Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Biochemiker lösen Rätsel in der Evolution von Enzymen

14.02.2012
Ein interessantes Detail für den Aufbau und die Funktion von Enzymen fand Prof. Dr. Mario Mörl vom Institut für Biochemie der Universität Leipzig.

Ausgehend von seinen Untersuchungen an tRNA-Nukleotidyltransferasen - Enzymen, die aus einzelnen Bausteinen (Nukleotiden) Ribonucleinsäuren (in diesem Fall transfer-RNAs) aufbauen bzw. vervollständigen können - ist das Team um Biochemiker Mörl einen wichtigen Schritt vorangekommen. In der aktuellen Ausgabe von PNAS berichtet es über den Aufbau und die Funktion eines sogenannten A-addierenden Enzyms - ein Enzym, das ganz gezielt einen einzelnen Nukleotid-Baustein (Adenosinmonophosphat oder kurz "A") an tRNAs heftet. Erstmals erklären sie, warum diese Enzyme trotz ihrer Ähnlichkeit zu komplexeren Nukleotidyltransferasen nur diese eingeschränkte Reaktion katalysieren können.

tRNA-Nukleotidyltransferasen heften drei Nukleotidbausteine (zwei Cytidinmonophosphate, kurz "C", und ein Adenosinmonophosphat, "A") in der Reihenfolge C-C-A an tRNA-Moleküle und generieren dabei die Position, an der tRNAs mit Aminosäuren beladen werden - eine essentielle Voraussetzung bei der Synthese von Proteinen in der Zelle.

Zunächst war es ein interessantes Phänomen, das Professor Mörl so beschreibt: "Einige dieser Enzyme können nicht die komplette Sequenz C-C-A synthetisieren, sondern sind auf den Einbau der beiden C-Positionen (CC-addierende Enzyme) bzw. der A-Position (A-addierende Enzyme) spezialisiert.

Beide Enzymtypen sehen jedoch auf den ersten Blick gleich aus, sodass nicht klar war, woher diese Spezialisierung kommt." In einer vorangegangenen PNAS-Veröffentlichung (2008) konnten die Forscher bereits klären, weshalb die CC-addierenden Enzyme kein A einbauen können. Bei den A-addierenden Enzymen war dies jedoch deutlich schwieriger: Strukturell gesehen besitzen diese Enzyme alle Komponenten, die nötig sind, um eine komplette C-C-A-Sequenz an tRNAs zu heften.

Aktuell ging es somit um die Frage: "Wenn diese Enzyme alle Elemente zur C-C-A-Addition tragen, warum können sie dann lediglich einen einzelnen A-Rest einbauen?". Die Leipziger Biochemiker entfernten dazu sukzessive immer größere Teile von A-addierenden Enzymen und testeten die entstandenen verkürzten Varianten auf ihre Aktivität. Dabei zeigte sich, dass eine kleine Region dafür verantwortlich ist, dass die A-addierenden Enzyme eine eingeschränkte Funktionalität besitzen. Entfernte man diese Region, so konnten die Enzyme tatsächlich komplette C-C-A-Sequenzen synthetisieren. Die inhibitorische Wirkung dieser Region scheint darin zu liegen, dass über sie reguliert wird, welche tRNAs vom Enzym erkannt werden - nämlich nur noch tRNAs, die bereits die Sequenz C-C erhalten haben und denen somit nur noch das letzte A fehlt. Der Bereich, in dem sich diese Region befindet, ist in der Evolution überraschend variabel und kaum konserviert. Die erhaltenen Daten weisen darauf hin, dass diese Region offenbar von der Natur genutzt wurde, um im Lauf der Evolution die Funktionalität dieser Enzyme zu verändern und sie mit neuen Eigenschaften auszustatten.

Tretbar, S., Neuenfeldt, A., Betat, H., and Mörl, M. (2011) An inhibitory C-terminal Region dictates the Specificity of A-adding Enzymes.

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, No. 52, 21040-21045.

Editing-Reaktionen als Enzymaktivitäten

Eine weitere aktuelle Veröffentlichung aus der gleichen Arbeitsgruppe beschäftigt sich ebenfalls mit der Entstehung von neuen Enzymfunktionen. Manche RNAs müssen nach ihrer Synthese an einzelnen Positionen noch verändert bzw. durch den Einbau zusätzlicher Nukleotid-Bausteine korrigiert werden. Diese Reaktionen bezeichnet man als "RNA-Editing".

Wie beim klassischen Henne - Ei - Problem stellt sich hierbei die interessante Frage, wie diese Editing-Ereignisse entstanden sind. Einer gängigen Hypothese nach müssen zunächst Nukleotid-einbauende Enzyme vorhanden gewesen sein, die über ein breites Substratspektrum verfügten und somit Bausteine in viele verschiedene RNA-Moleküle einbauten. Erst dann konnten durch Mutationen im Erbgut RNAs entstehen, die durch diese Enzyme editiert und damit wieder korrigiert wurden. Durch verschiedene Experimente an Hefe wies das Team um Professor Mario Mörl nun ein derartiges substrat-tolerantes Enzym nach, das über die beschriebenen Eigenschaften verfügt.

Bislang war diese Enzymaktivität dafür bekannt, eine Qualitätskontrolle an RNAs durchzuführen, wobei es fehlerhafte und unvollständige RNAs durch das Anheften von Nukleotiden zum Abbau markierte. Mit dieser Funktion ist es aber offensichtlich auch in der Lage, unvollständige RNAs zu komplettieren und damit eine Editing-Funktion zu übernehmen. Damit gelang es der Arbeitsgruppe, die Theorie zur Evolution von RNA-Editing Ereignissen experimentell zu belegen und ein entsprechendes Kandidaten-Enzym für Editing-Reaktionen zu identifizieren, das tatsächlich alle bisher postulierten Eigenschaften besitzt.

Molecular Biology and Evolution. 2012.

Anne Alexander

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Mario Mörl
Telefon: +49 341 97-36911
E-Mail: moerl@uni-leipzig.de

Dr. Manuela Rutsatz | Universität Leipzig
Weitere Informationen:
http://www.uni-leipzig.de
http://www.biochemie.uni-leipzig.de/agmoerl

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress
23.02.2018 | Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

nachricht Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics