Proteine: Evolution aus dem Peptidbaukasten

18. Januar 2016
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Proteine bestehen aus verschiedenen Proteindomänen. Diese haben sich aus Peptiden entwickelt, die schon vor 3,5 Milliarden Jahren existierten. 40 dieser Peptid-Bausteine konnten nun identifiziert werden. Künftig könnten Wissenschaftler so Proteine selbst entwickeln und optimieren.

Proteine und Sprache haben einige Gemeinsamkeiten – bei beiden ergibt sich die Bedeutung erst über die richtige Anordnung ihrer Grundbausteine. Forscher am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen nutzen bioinformatische Methoden, um die Grundbausteine der Proteine zu entschlüsseln. Einen ähnlichen Ansatz verfolgen Sprachwissenschaftler, wenn sie die Vokabeln am Ursprung heutiger Sprachen rekonstruieren möchten. Die Wissenschaftler konnten nun 40 Proteinfragmente identifizieren, die vermutlich schon vor 3,5 Milliarden Jahren existierten und aus denen sich die modernen Proteine entwickelt haben.

„Das Leben, wie wir es heute kennen, kann man als das Ergebnis der chemischen Aktivität von Proteinen betrachten“, sagt Lupas, Direktor der Abteilung für Proteinevolution am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Er und seine Mitarbeiter widmen sich seit langem der Frage, wie sich Proteine entwickelt und letztlich das Leben ermöglicht haben.

Proteindomänen aus dem Lego-Baukasten

Es ist bekannt, dass viele Proteine aus einzelnen Untereinheiten, den sogenannten Proteindomänen, bestehen. Wie diese Domänen entstanden sind, wirft allerdings viele Fragen auf. Die Wissenschaftler um Prof. Lupas verfolgen die Hypothese, dass sich Proteindomänen über eine Art „Lego-Baukasten-Prinzip“ entwickelt haben: Demnach gibt es ursprüngliche Fragmente, also Peptide, die schon zu der Zeit des letzten gemeinsamen Vorfahrens aller heute lebender Organismen, vor rund 3,5 Milliarden Jahren, existierten und aus denen sich in unterschiedlicher Anzahl und Kombination die heute bekannten Proteindomänen zusammensetzen.

In einer vergleichenden Analyse konnten die Wissenschaftler nun erstmals 40 Peptidfragmente identifizieren, die in scheinbar nicht miteinander verwandten Proteinen vorkommen, sich aber in ihrer Sequenz und Struktur sehr ähnlich sind. Da diese Peptide gerade in sehr alten Proteinen zahlreich vorkommen und für viele physiologische Vorgänge, wie für die Entstehung und den Erhalt von Leben notwendig sind, ist anzunehmen, dass es sich um sehr ursprüngliche Peptide handelt – Peptide, die einer urzeitlichen RNA-Welt entstammen, welche vor dem Aufkommen erster zellulärer Lebensformen existierte.

Neue Faltungsmuster für Proteine?

Im nächsten Schritt gilt es nun herauszufinden, wie maßgeblich die Peptide daran beteiligt sind, dass sich die Proteine zu ihrer endgültigen Struktur auffalten können. „Wenn wir den Prozess verstanden haben, müsste es auch möglich sein, neue Faltungsmuster zu entwerfen. Das wäre dann so, als ob man eine neue Art von Legosteinen erfände, mit denen man plötzlich ganz andere Formen bauen kann“, so Lupas. In naher Zukunft könnten Wissenschaftler Proteine optimieren oder neue entwickeln. Dies bietet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Biotechnologie.

Originalpublikation:


A vocabulary of ancient peptides at the origin of folded proteins
Vikram Alva et al.;  Elife, doi: 10.7554/eLife.09410; 2015

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Forschung, Medizin

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1 Kommentar:

Juergen Schwertner
Juergen Schwertner

Bitte, was versteht man in diesem Zusammenhang unter sehr alten Proteinen?
Peptidsequenzen in Cyanobakterien?
Jürgen Schwertner
Biologe

#1 |
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