vCell. die virtuelle Zelle

Nichts dampft, nichts zischt, nichts scheppert – die molekulare Fabrik in unseren Zellen arbeitet unauffällig. Und sie ist höchst effektiv.

Hunderttausende verschiedene Produkte bietet sie an, herstellbar jederzeit auf Abruf und binnen Sekunden. Ein kurzes Kommando, und die Maschine läuft. Proteine werden in allen Körperzellen gebildet. Ihre Bauanleitung liegt im Zellkern: gespeichert auf der DNA, unserem Erbgut. Da die Proteine nicht im Zellkern gebildet werden, muss die Information zunächst hinaus transportiert werden. Für diesen Transport wird ein Negativabbild des betreffenden DNA-Abschnitts erstellt, eine so genannte mRNA . Die mRNA ist klein genug, um aus dem Zellkern in das Plasma, also die Zellflüssigkeit zu wandern.

Vom Gen zum Protein: Die Bauanleitung, eine mRNA-Kopie, wandert vom Zellkern ins Zellplasma und wird dort übersetzt (zum Vergrößern anklicken)

Im Zellplasma gibt es molekulare Maschinen, die so genannten Ribosomen, welche die Bauanleitung der DNA ausführen und die Proteine herstellen. Entsprechend dem genetischen Code legt dabei ein Kodon von jeweils drei Basen entlang der RNA die passende Aminosäure fest. Die einzelnen Aminosäuren schwimmen frei im Plasma. Dort werden sie von Trägermolekülen namens tRNA eingesammelt und zu den Ribosomen gebracht. Die Information auf der mRNA wird Schritt für Schritt abgearbeitet. Für jedes Kodon wird eine Aminosäure an den wachsenden Proteinfaden angehängt. Ist der Proteinfaden vollständig, folgt ein Stopp-Kodon und das Ribosom trennt sich wieder von der mRNA. Dieser gesamte Vorgang wird als Proteinbiosynthese bezeichnet.

30S-Untereinheit eines Bakterien-Ribosoms

Schon während das Protein gebildet wird, beginnt sich die Aminosäurekette zu falten. Damit am Ende die richtige Raumstruktur entsteht, muss diese spontane Faltung manchmal allerdings verhindert werden – spezielle Helferproteine halten in diesem Fall die Aminosäurekette entfaltet, bis das vollständige Protein gebildet worden ist. Das ist wichtig, weil die Struktur eines Proteins auch über seine Funktion entscheidet. Falsch geformte Proteine werden daher wieder entfaltet, um ihnen Gelegenheit zu geben, die richtige Struktur auszubilden. Gelingt das nicht, werden sie abgebaut.

Die Anstrengungen um das Genom – sei es das von Hefe oder Mensch – waren erst der Anfang. Die eigentlichen Goldminen für Arzneimittelforschung oder Diagnostik liegen verborgen im Proteom, der Protein-Ausstattung der Zellen. Amerikanische Forscher charakterisierten jetzt erstmals ein komplettes Proteom: Sie bestimmten die Lokalisation aller Proteine der Hefe.

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Nicht nur Menschen und Pudel müssen zum Friseur – auch Proteine werden in Form gebracht, bevor sie ihren Job antreten. Und oft bekommen sie noch ein paar Extras mit dazu.

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Zu einer Zeit, als niemand das langweilige DNA-Molekül für wichtig hielt, waren die Proteine die Könige. Ihnen traute man zu, die Herrscher der Zelle zu sein. Heute, da die DNA regiert, sind Proteine nur noch Arbeiter – aber sicher nicht weniger wichtig.

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Die Proteine lassen uns leben. Sie bewerkstelligen alle Aufgaben, die innerhalb und außerhalb unserer Zellen nötig sind. Entsprechend unterschiedlich sind ihre hoch angepassten Strukturen.

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Zwanzig verschiedene Bausteine, wie Perlen einer Kette aneinander gereiht, bilden die Vielfalt der Natur. Die Perlen sind Aminosäuren, die Kette ist ein Protein: Bei der Herstellung der Proteine in der Zelle wird die Reihenfolge der Aminosäuren festgelegt, danach bildet das Protein seine Gestalt. Die Abfolge der Aminosäuren nennt man die Primärstruktur.

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Viele Krankheiten entstehen, wenn das Wechselspiel der Proteine im Körper gestört ist. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Eiweißstoffe nicht in der richtigen Menge zur Verfügung stehen, oder wenn sie in ihrer Struktur so weit von der Norm abweichen, dass ihre Funktion beeinträchtigt ist. Grund dafür ist immer eine Mutation des entsprechenden Genes oder der Bereiche des Erbguts, die für die Regulierung des Genes zuständig sind.

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Erfolge mit Alzheimer-Impfung bei Mäusen

Amerikanische Forscher haben durch eine Impfung die Gedächtnisleistung bei Mäusen mit der Alzheimer-Krankheit deutlich steigern können. Behandelt wurden die Tiere mit speziellen Antikörpern, die an die lösliche Form des Alzheimer-Proteins binden. Aus den Ergebnissen ergeben sich auch neue Hinweise auf die Ursache der Krankheit.

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Neue Arzneien braucht die Welt

Seit Menschengedenken nutzen wir Kräuter, Wurzeln, Baumrinde und Pflanzensäfte als Arzneistoffe. Das Wissen um ihre Wirkung wurde von Generation zu Generation weitergegeben. Heute helfen uns die Vorbilder aus der Natur, um mit modernen Methoden zu neuen Wirkstoffen zu gelangen.

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Professor Axel Ullrich erhielt den mit 120.000 DM dotierten Robert-Koch-Preis für seine Verdienste in der Tumorforschung und der Entwicklung neuer Medikamente gegen Krebs.

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