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Proteine Protein-Evolution folgt dem Baukasten-Prinzip

Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Tübinger Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Proteine aus ähnlichen Aminosäure-Ketten aufgebaut sein können, selbst wenn sich ihre dreidimensionale Form deutlich unterscheidet. Das deutet darauf hin, dass die heute existierenden Proteine aus gemeinsamen Vorläufern entstanden sind. Vermutlich wurden sie im Laufe der Evolution nach dem Baukastenprinzip aus kleinen Fragmenten zusammengefügt.

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Auf den ersten Blick erscheinen Proteine mit Fass- (links) und Sandwich-artiger Faltung (rechts) völlig unterschiedlich. ... (Ausschnitt)
Auf den ersten Blick erscheinen Proteine mit Fass- (links) und Sandwich-artiger Faltung (rechts) völlig unterschiedlich. ... (Ausschnitt)
(Bild: MPI f. Entwicklungsbiologie/ B. Höcker)

Tübingen – Proteine verleihen der Zelle Form und Stabilität, halten den Stoffwechsel am Laufen und übertragen Signale. Damit sie diese mannigfaltigen Aufgaben ausüben können, besitzen sie komplexe dreidimensionale Formen. Proteine bestehen aus langen Ketten mit 20 verschiedenen Aminosäure-Bausteinen, die sich zu einer charakteristischen dreidimensionalen Struktur falten. Auffällig ist dabei, dass einzelne Module, so genannte Protein-Domänen, häufiger vorkommen als andere. Wissenschaftler vermuten, dass viele dieser Domänen einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben.

Um diese Annahme zu überprüfen, haben Forscher vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen zwei große und evolutionär alte Proteingruppen unter die Lupe genommen, die sich in ihrem Faltungsmuster deutlich unterscheiden. Während sich Protein-Domänen mit „Flavodoxin-ähnlicher“ Faltung zu einer Art Sandwich zusammenklappen, lagern sich bei den so genannten (βα)8-barrel-Proteinen zwei Sandwich-Elemente zu einer fassartigen Struktur zusammen. „Im gefalteten Zustand lassen sich zwischen diesen beiden Faltungstypen kaum Ähnlichkeiten erkennen“, erklärt José Arcadio Farías-Rico, Erstautor der Studie. Die Tübinger Wissenschaftler haben deshalb in einer Computeranalyse die Aminosäure-Ketten von über tausend Vertretern beider Faltungstypen verglichen. Dabei zeigte sich, dass bei beiden Faltungstypen kurze, charakteristische Abschnitte in der Abfolge der Aminosäuren auftreten.