Älter als die Atmosphäre – und noch immer reaktionsfreudig

Forscher klären erstmals Struktur eines Radical SAM-Enzyms auf

Braunschweiger Wissenschaftler haben jetzt erstmals Aufbau und Wirkungsweise eines Biomoleküls aus der Klasse der so genannten „Radical SAM-Enzyme“ aufgeklärt. Proteine dieses Typs spielen im Stoffwechsel vieler Lebewesen eine Schlüsselrolle und sind vor allem bei Mikroorganismen verantwortlich für den Aufbau wichtiger Zellbausteine.

„Radical SAM-Enzyme kommen hauptsächlich in Bakterien vor. Deshalb kann die Kenntnis ihrer Struktur medizinische Bedeutung haben“, erklärt Dr. Wolf-Dieter Schubert, Strukturbiologe der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF). „Könnte man sie gezielt blockieren, ließe sich auf dieser Grundlage vielleicht eine hoch wirksame, für Menschen ungefährliche Waffe gegen bakterielle Infektionen entwickeln.“ Schubert und seine Kollegen, ein Team von Forschern der GBF und der Technischen Universität Braunschweig, haben eines dieser Enzyme genauer unter die Lupe genommen: Das HemN. Es stammt aus dem im menschlichen Darm lebenden Bakterium Escherichia coli und wird von Fachleuten auch „Coproporphyrinogen-III-Oxidase“ genannt. HemN spielt eine wichtige Rolle bei der biologischen Herstellung von Häm, das die Zelle für die Energiegewinnung benötigt. Ihre Ergebnisse beschreiben die Braunschweiger Wissenschaftler in der neuesten Ausgabe des Fachmagazins The EMBO Journal.

Ihren Namen haben die Radical SAM-Enzyme vom S-Adenosyl-Methionin (kurz: SAM), einem Molekül, das sie für ihre Reaktionen benötigen. Die Enzyme spalten SAM, wobei ein Radikal entsteht – das ist ein sehr aggressives Molekülbruchstück. Die Energie dieses äußerst reaktionsfreudigen Bruchstücks nutzt das Enzym dann für weitere chemische Schritte.

Aufschlussreiche Familienähnlichkeit

Die Molekül-Familie der Radical SAM-Enzyme ist sehr alt – älter als die sauerstoffhaltige Atmosphäre, ohne die wir auf unserem Planeten nicht überleben könnten. „So genannte anaerobe Bakterien haben schon auf der Erde gelebt, bevor es dort Sauerstoff gab“, sagt Prof. Dr. Dirk Heinz, Leiter der Abteilung Strukturbiologie an der GBF. Noch heute gibt es manche Radical SAM-Enzyme, die für ihre Reaktionen keinen Sauerstoff benötigen. Einige sind sogar empfindlich dagegen und werden an der Luft sofort zerstört. Bakterien mit solchen Enzymen leben nur in sauerstofffreien Zonen, wie man sie unter anderem in bestimmten Erdschichten oder in Faulschlamm findet. Die Struktur von HemN gibt auch Hinweise auf viele andere Proteine desselben Typs, denn: „Die Radical SAM-Enzyme sind sich mit hoher Wahrscheinlichkeit alle sehr ähnlich“, erläutert Prof. Dr. Dieter Jahn von der TU Braunschweig.

Hinweise

Detaillierte Informationen bietet der Originalartikel: G. Layer, J. Moser, D.W. Heinz, D. Jahn, W.-D. Schubert: Crystal Structure of coproporphyrinogen III oxidase reveals cofactor geometry of Radical SAM enzymes. The EMBO Journal, Vol. 22, No. 23 pp 6214-6224, 2003