Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC
Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC
Frankfurt Institute for Molecular Life Sciences (FMLS) - CEF-MC
Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
10 11<br />
leben verSteHen<br />
alle lebewesen bestehen aus Zellen. leben verstehen<br />
bedeutet daher in erster linie: Zellen verstehen.<br />
Zahlreiche organismen sind einzeller. Durch biochemisch<br />
gesteuerte prozesse produzieren sie auf kleinstem<br />
raum energie, betreiben stoffwechsel, synthetisieren<br />
alle zum leben notwendigen Verbindungen und vermehren<br />
sich. Dabei tauschen sie mit ihrer umgebung<br />
ständig energie und materie aus. Zellen – und damit<br />
alle lebewesen – leben in einem fließenden Gleichgewicht,<br />
das auf einem ausgeklügelten regelmechanismus<br />
beruht. so erneuern sich die Zellen des menschlichen<br />
Körpers vollständig innerhalb von sieben monaten. Die<br />
Bäckerhefe benötigt dafür zwei stunden, das Darmbakterium<br />
Escherichia coli nur 20 minuten. Der ausspruch<br />
des griechischen philosophen Heraklit »alles fließt«, der<br />
seiner lehre von der einheit aller Dinge entsprang, erfährt<br />
durch die erkenntnisse der Zellbiologie eine neue,<br />
aktuelle Bedeutung.<br />
auf der molekularbiologischen ebene begannen Biologen<br />
und Chemiker das rätsel des lebens mitte des<br />
vergangenen Jahrhunderts zu entschlüsseln: den genetischen<br />
Code. alle Zellen speichern ihre genetische<br />
In<strong>for</strong>mation in <strong>for</strong>m von Dna, verpackt in Chromosomen,<br />
die entweder in einem membranumschlossenen<br />
Zellkern (eukaryonten) oder in einem kernäquivalenten<br />
Bereich, dem nucleoid (prokaryonten), zusammengefasst<br />
sind. Die analyse genetischer Veränderungen<br />
hatte für die evolutionstheorie große Bedeutung, denn<br />
sie stellte Darwins Idee auf eine molekulare Grundlage:<br />
Verwandtschaften zwischen lebewesen lassen sich<br />
heute aus der Ähnlichkeit der Gene erschließen. experimente<br />
mit künstlich erzeugten mutationen verdeutlichen<br />
nicht nur die funktion einzelner Gene, sondern<br />
auch, wie im laufe der erdgeschichte Varianten von<br />
spezies entstanden sind – eine wichtige Grundlage für<br />
die evolution. Den Höhepunkt dieses wissenschaftlichen<br />
abenteuers, das zahlreiche biotechnologische anwendungen<br />
mit sich brachte, bildete die sequenzierung<br />
des menschlichen Genoms im Jahr 2000.<br />
erst in jüngster Zeit ist auch das »schwester-molekül«<br />
der Dna, die rna, aus dem schattendasein als bloßes<br />
Botenmolekül herausgetreten. Die rna, die bis auf<br />
eine nukleobase aus den gleichen Bausteinen besteht<br />
wie die Dna, transportiert eine Kopie der genetischen<br />
In<strong>for</strong>mation zu den ribosomen, wo sie in proteine umgesetzt<br />
wird – aber rna kann noch viel mehr: Durch<br />
Basenpaarungen innerhalb eines rna-strangs können<br />
schleifen entstehen, die mit anderen schleifenstrukturen<br />
komplexe dreidimensionale architekturen bilden.<br />
Diese weisen eine ähnliche strukturelle Vielfalt auf wie<br />
die proteine und können als Bindestellen für andere<br />
moleküle (liganden) oder als katalytische Zentren dienen.<br />
nach dem Genom ist eine der nächsten großen wissenschaftlichen<br />
Heraus<strong>for</strong>derungen zum Verständnis<br />
des lebens das proteom: Die summe aller unterschiedlichen<br />
proteine (eiweiße), die im Körper entstehen. als<br />
exakt gebaute molekulare maschinen übernehmen proteine<br />
vielfältigste funktionen: sie können andere moleküle<br />
erkennen, binden, transportieren oder verändern.<br />
Das ist erstaunlich, denn der genetische Code aus vier<br />
Buchstaben wird in die vergleichsweise geringe Zahl<br />
von nur 20 aminosäuren, den Grundbausteinen der<br />
proteine, übersetzt. Diese aufgabe übernehmen in der<br />
Zelle die ribosomen: sie verknüpfen aminosäuren zu<br />
langen polypeptid-Ketten.<br />
Das Geheimnis ihrer funktion liegt bei den proteinen<br />
in ihrer dreidimensionalen struktur, die durch<br />
eine reihe komplizierter faltungen entsteht – so wie<br />
ein Wollfaden erst wärmt, wenn er zu einem pullover<br />
verstrickt wird. Wie diese strukturen entstehen, ist<br />
heute zum größten teil noch unbekannt, da es eine ungeheure<br />
Vielfalt potentieller möglichkeiten gibt. ebenso<br />
ist nur ein Bruchteil der proteinstrukturen bisher experimentell<br />
aufgeklärt worden. Da viele proteine ihre<br />
funktion darüber hinaus nicht allein, sondern im Konzert<br />
mit anderen proteinen im dicht bevölkerten Inneren<br />
der Zelle erfüllen, wird die aufgabe, ihre funktion<br />
im lebendigen organismus zu verstehen, noch einmal<br />
komplizierter.<br />
Die hohe Komplexität heutiger Zellen wäre ohne membranen<br />
nicht denkbar. sie trennen nicht nur das Zellinnere<br />
von der außenwelt, sondern unterteilen auch<br />
die Zelle selbst in verschiedene reaktionsräume (Kompartimente),<br />
die unabhängig voneinander arbeiten.<br />
Das Zusammenspiel dieser einheiten untereinander<br />
und der austausch mit der umwelt werden dadurch<br />
gewährleistet, dass membranen für bestimmte stoffe<br />
durchlässig sind. auch hier spielen proteinkomplexe,<br />
die membranen wie poren oder kompliziert aufgebaute<br />
pumpen durchziehen, eine entscheidende rolle. membranproteine<br />
haben darüber hinaus eine schlüsselfunktion<br />
bei der Gewinnung von adenosintriphosphat<br />
(atp) in den mitochondrien, die die Zelle mit energie<br />
versorgen. Zur aufklärung dieses mechanismus haben<br />
Cef-<strong>for</strong>scher wesentlich beigetragen. sie fügten damit<br />
dem großen puzzle, das leben zu verstehen, ein weiteres<br />
teil hinzu.