Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Wirtschaft + Wissenschaft> Archiv>

Warum es exakt 20 Aminosäuren als Baustoffe des Lebens gibt

AminosäurenWarum genau diese zwanzig?

Mainzer Wissenschaftler haben mittels quantenchemischer Berechnungen eine Lösung für eine der ältesten Fragen der Biochemie gefunden: Erstmals können sie erklären, warum es heute 20 Aminosäuren gibt, aus denen alles Leben aufgebaut ist, obwohl die ersten im Lauf der Zeit entstandenen 13 Aminosäuren ausreichen, um ein umfassendes Repertoire an funktionalen Proteinen aufzubauen.

sep
sep
sep
sep
Aminosäuren: Warum genau diese zwanzig?

Entscheidend, so die Forschenden um Dr. Matthias Granold und Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann vom Institut für Pathobiochemie, sei die größere chemische Reaktivität der neueren Aminosäuren – weniger deren räumliche Struktur. In der Fachzeitschrift PNAS leiten sie darüber hinaus ab, dass der aufkommende Sauerstoff in der Atmosphäre diese Aufnahme weiterer Aminosäuren in den „Protein-Baukasten“ getriggert hat.

Alles Leben ist aus 20 Aminosäuren aufgebaut. Diese wiederum werden aus der Erbsubstanz DNA „abgelesen“: Dabei stehen jeweils drei aufeinanderfolgende DNA-Bausteine für eine Aminosäure. „Es war über Jahrzehnte rätselhaft, nach welchen Kriterien die 20 genetisch kodierten Aminosäuren von der Evolution ausgesucht worden sind“, beschreibt Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann. „Besonders die letzten sieben Aminosäuren sind schwer erklärbar, da sich gute und funktionelle Proteine auch schon mit den ersten 10 bis 13 Aminosäuren zusammenbauen lassen.“

Anzeige

Die Forscher haben nun erstmals die Quantenchemie aller Aminosäuren, die das Leben benutzt, mit der Quantenchemie von Aminosäuren aus dem Weltall – gefunden in Meteoriten – sowie mit modernen Referenz-Biomolekülen verglichen. Dabei kam heraus, dass die neuen Aminosäuren systematisch „weicher“ (engl. „softer“) geworden sind. Chemisch „weich“ bedeutet dabei letztlich „leicht reaktiv“ oder chemisch leicht veränderbar. „Man könnte sagen, dass der Übergang von der toten Chemie des Weltalls zur modernen Biochemie in einer stetig steigenden Weichheit und damit Reaktivität der Bausteine bestand“, so Professor Moosmann. Für die Entwicklung der letzten Aminosäuren spielten also funktionelle Aspekte die entscheidende Rolle. Echte strukturelle Innovationen bieten die neuesten Bausteine hingegen kaum. In biochemischen Experimenten konnten die Forscher das Ergebnis ihrer theoretischen Rechnungen verifizieren.

Neue Aminosäuren als Folge des Luft-Sauerstoffs

Die sich anschließende Frage lautet: Warum kamen die „weichen“ Aminosäuren hinzu? Womit sollten die neuen, leicht reaktiven Aminosäuren denn reagieren? Aus ihren Ergebnissen folgern die Wissenschaftler, dass zumindest einige dieser neuen Aminosäuren, speziell Methionin, Tryptophan und Selenocystein, als Folge des aufkommenden Sauerstoffs in der Atmosphäre hinzugefügt wurden. Dieser Sauerstoff fördert die Bildung toxischer freier Radikale – in der Konsequenz sind moderne Organismen und Zellen massiv oxidativem Stress ausgesetzt. Die freien Radikale werden von den neueren Aminosäuren in sehr effizienter Weise gleichsam abgefangen – indem diese Aminosäuren chemische Reaktionen mit den freien Radikalen eingehen, die leicht reparierbar sind, und dadurch andere, wertvollere biologische Strukturen, die nicht reparierbar sind, vor der sauerstoff-induzierten Zerstörung schützen. Durch die neuen Aminosäuren ergab sich für die Urahnen aller heutigen Zellen somit ein echter Überlebensvorteil, der sie in der „neuen Welt“ bestehen ließ. „Man könnte den Sauerstoff daher auch als letzten Bildhauer des genetischen Codes verstehen“, veranschaulicht Professor Moosmann.

Originalpublikation
Matthias Granold, Parvana Hajieva, Monica Ioana Tosa, Florin-Dan Irimie, Bernd Moosmann, Modern diversification of the amino acid repertoire driven by oxygen, PNAS, January 2, 2018, vol. 115, no. 1, 41–46; Doi: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1717100115.

 

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Chemische EvolutionWie entstand RNA auf der Erde?

Vor dem Leben kam die RNA: LMU-Forscher haben die ursprüngliche Entstehung dieser Erbgut-Bausteine aus simplen Molekülen simuliert; allein der Wechsel von Feuchtigkeit und Trockenheit auf der Ur-Erde könnte diesen Prozess angetrieben haben.

…mehr
Bohren am Knochenfragment: Forscher benötigen nur winzige Mengen Knochenpulver für die Erbgutanalyse. (Bild: Frank Vinken)

Erbgutanalyse aus KnochenNeandertaler-DNA beeinflusst, wie leicht wir bräunen

Forscher vom MPI für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben herausgefunden, dass unser Neandertaler-Erbe sich auch auf andere Eigenschaften auswirkt – darunter Hautton, Haarfarbe, Schlaf, Stimmung und sogar, ob eine Person raucht oder nicht.

…mehr
Hat auch Relevanz in der Alternsforschung: Charles Darwins Evolutionsforschung

AutophagieWas lässt uns altern? – Das Geheimnis der Jugend

Forscher am Institut für Molekulare Biologie (IMB) in Mainz haben einen Durchbruch bei der Erforschung des Alterungsprozesses erzielt. Die neu gewonnenen Erkenntnisse könnten auch Bedeutung für die Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und Chorea Huntington haben.

…mehr
Evolution: Kein Gen ist eine Insel

EvolutionKein Gen ist eine Insel

Eine neue Studie von Calin Guet, Professor am Institut of Science and Technology Austria (IST Austria) und Magdalena Steinrück, PhD Studentin in Guets Gruppe, zeigt, dass die Nachbarschaft eines Gens mitentscheidend ist, ob und wie sich die Aktivität des Gens in der Evolution verändert.

…mehr
Neandertaler-Evolution: Urmenschen-Migration aus Afrika viel früher?

Neandertaler-EvolutionUrmenschen-Migration aus Afrika viel früher?

Ein Oberschenkelknochen eines Neandertalers lieferte den Hinweis, dass unter dessen Vorfahren Urmenschen aus Afrika gewesen sein dürften, die eng mit modernen Menschen verwandt waren.

 

…mehr
Anzeige

Mediadaten 2018

LABO Einkaufsführer

Produktkataloge bei LABO

Produktkataloge zum Blättern


Hier finden Sie aktuelle Blätter-Kataloge von Herstellern aus der Branche. Einfach durchblättern oder gezielt nach Stichwort suchen!

Anzeige - Produkt der Woche

Das passende Mikroskop für Ihr Anwendung !

Das passende Mikroskop für Ihr Anwendung !

Sie haben die Aufgabe, wir haben das passende Mikroskop dafür. Auf Wunsch mit Kamera, Auswertesoftware und auf Sie zugeschnittenem Zubehör für effizientes und ermüdungsfreies Arbeiten

www.kern-sohn.com

Anzeige - Highlight der Woche

Hier stellt Ihnen die STARLAB INTERNATIONAL GmbH das Highlight der Woche vor. Weitere Informationen finden Sie direkt bei: www.starlab.de.

Anzeige

LABO Web-Guide 2016 als E-Paper

LABO Web-Guide 2016

Web-Guide 2016


- Stichwortregister

- Firmenscreenshots

-Interessante Webadressen aus dem Labor

Anzeige

Neue Stellenanzeigen

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

LABO bei Facebook und Twitter