Spieglein, Spieglein an der Wand, wer ist das schönste Protein im Land?

Über Schönheit lässt sich, wie aus Märchen bekannt, streiten. Wer die Schönste im Lande ist, ist eine subjektive Wahl. Und so verwundert es nicht, dass wir bis zum heutigen Tage Schönheit mathematisch nicht definieren können. Fest steht, dass Schönheit abhängig ist von der Epoche, in der wir leben, von dem Kulturkreis, dem wir angehören, von unserem Bildungsgrad oder auch von unserem Geschlecht. Von zentraler Bedeutung für empfundene Schönheit scheint Symmetrie zu sein.So werden Menschen mit symmetrischen Gesichtsproportionen generell als attraktiv wahrgenommen.Die spiegelsymmetrischen schwarzen Streifen auf dem Kopf eines Tigers (siehe Bild 1) erscheinen wunderschön und symbolisieren insbesondere in asiatischen Ländern Stärke und Kraft.Die Rotationssymmetrie in der Kuppel der Scheich-Lotf-Allah Moschee in Isfahan/Iran oder die Verzierungen im Alhambra Palast in Granada/Spanien wirken ebenfalls geradezu hypnotisierend.

Symmetrie findet man aber nicht nur im Makrokosmos, den wir tagtäglich mit unseren Sinnen erfahren. Symmetrie durchdringt auch den Nanokosmos und ist ein elementarer Bestandteil lebender Zellen. Proteinmoleküle scheinen der Symmetrie geradezu verfallen zu sein. Da Proteine jedoch mit bloßem Auge nicht erkennbar sind und nur mit sehr großem Aufwand und hoch komplexen Apparaturen sichtbar gemacht werden können, bleibt ihre Schönheit den meisten Menschen verborgen. Dabei sind Proteine lebensnotwendig. Wie essentiell sie sind, bemerken wir erst dann, wenn sie Fehlfunktionen aufweisen, wie bei Laktose-Intoleranz oder Farbblindheit, oder zu Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer oder Krebs führen. Ursache dieser und vieler anderer Krankheiten sind oft Mutationen. Von Mutationen spricht man, wenn Aminosäuren innerhalb der Proteinsequenz ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt werden. Denn ähnlich wie bei einer Halskette definieren die Länge und die spezifische Reihenfolge von Aminosäuren das Protein und seine Funktion. Fehlt eine Aminosäure oder wird sie über Mutationen ausgetauscht, kann dies zum Verlust der Proteinfunktion führen. Abhängig von der Wichtigkeit des Proteins können dabei elementare Mechanismen der Zelle verloren gehen. Geradeso wie der Ausfall einer Zündkerze und das Fehlen eines Radios unterschiedliche Auswirkungen auf das Fahrverhalten eines Autos haben, kann der Ausfall bestimmter Proteine schwere oder gar keine Krankheiten hervorrufen. Für die Funktionsausübung eines Proteins ist seine räumliche Struktur entscheidend, d.h., die Positionierung seiner Aminosäurekette im Raum. Denn die meisten Aminosäureketten liegen nicht flach ausgebreitet in der Zelle vor, auch gleichen sie nicht einem Wollknäuel. Vielmehr sind sie wie Origamis in einer ganz bestimmten Anordnung gefaltet. Diese Anordnung ist nicht rein zufällig, sondern spezifisch und wird in erster Linie von der Aminosäuresequenz selbst bestimmt.

Um Krankheiten verstehen und Medikamente gegen sie entwickeln zu können, ist es daher von großer Bedeutung, die Aminosäuresequenz der Proteine und deren räumliche Anordnung zu entschlüsseln. Seit über 50 Jahren bemühen sich Wissenschaftler und Pharmakonzerne, die räumliche Struktur von Proteinen besser kennenzulernen.Kenntnisse über Proteinstrukturen verhelfen uns zu einem besseren Verständnis von Krankheiten. Sie eröffnen uns aber auch Einblicke in die Schönheit der Zellen. Denn die Symmetrie vieler Proteine verleiht dieser Welt im Nanokosmos eine unglaubliche Schönheit und Ästhetik. Im Folgenden soll eine kleine Auswahl an Proteinstrukturen präsentiert werden…