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Proteinmodellierung (Helix)

Historisches

Betrachtet man die Biochemie der Proteine wissenschaftshistorisch, so gibt es auffällige Perioden, die fast immer von dogmatischen Annahmen geprägt wurden. Diese hemmten die Entwicklung so lange, bis ein methodischer Durchbruch das nächste Dogma begründete. Das gilt besonders für die Strukturvorhersagen der Proteine. Geprägt durch die Methoden der Naturstoffchemie wollte man schon immer, selbst auf der Basis weniger Daten, die Funktion der Proteine durch ihre Struktur erklären.

Die Bedeutung dieses Bereiches wird eindrucksvoll dadurch belegt, dass quasi jeder Meilenstein der Entwicklung mit einem Nobelpreis belohnt wurde. Es begann 1897 mit der Entdeckung der zellfreien Gärung durch Buchner. Die entsprechenden Faktoren wurden als Fermente oder Enzyme bezeichnet. Im nächsten Schritt gelang es, diese Enzyme zu kristallisieren. Dadurch wurde für alle Welt, und natürlich besonders für die misstrauischen Chemiker klar, dass Enzyme genauso zu behandeln sind wie jeder andere im Labor synthetisierte oder aus der Natur gewonnene Stoff.

Das größte Dilemma der Chemie bestand schon seit Justus Liebigs Zeiten darin, dass sich mit Hilfe der Elementaranalyse keinerlei Unterschiede in den Inhaltsstoffen der Tiere und Pflanzen feststellen ließen. Im Grunde war es gleichgültig, ob man eine Erbse oder ein Stück Fleisch analysierte; man fand keine signifikanten Unterschiede. Das galt immer noch, als man gelernt hatte, reine Proteine darzustellen. Erschwerend kam hinzu, dass man nur mit sehr geringen Stoffmengen arbeiten konnte.

Nach der Erfindung der Röntgen-Kristallographie gelang ein erster Blick in das Innere der Proteine. Dorothy Hodgkin gelang 1932 das erste Beugungsbild eines Proteins. Linus Pauling verglich 1948 die Signale von Proteinen ganz unterschiedlicher Herkunft und fand zwei deutlich unterscheidbare, universell auftretende Signale. Frederick Sanger entwickelte ab 1943 am Beispiel des Insulins, den ersten Weg zur Bestimmung der Aminosäure-Sequenz eines Proteins. John Kendrew und Max Perutz gelang 1960 die erste Röntgenstrukturanalyse eines Proteins. Christian B. Anfinsen wies 1961 nach, dass die Funktion eines Proteins direkt mit seiner räumlichen Struktur korreliert und nur durch seine Sequenz bestimmt wird. Jede dieser Entdeckungen ist ein Meilenstein in der Chemie und wurde mit einem Nobelpreis gewürdigt.

Tab.1
Wichtige Schritte bei der funktionellen Charakterisierung der Proteine
1897 Eduard Buchner weist die zellfreie Gärung nach und zeigt damit die erste Funktion eines Proteins. Chemie-Nobelpreis 1907
1912 Max von Laue entdeckt die Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen Physik-Nobelpreis 1914
1913 William Henry Bragg und sein Sohn William Lawrence Bragg entwickeln die Drehkristallmethode und das Bragg´sche Gesetz. Physik-Nobelpreis 1915
1920 Erste exakte Beschreibung der Proteine als kolloidale Makromoleküle durch Richard Zsigmondy Chemie-Nobelpreis 1925
1930 Erste Proteinkristalle durch John Howard Northrop und James B. Sumner Chemie-Nobelpreis 1946
1934 Erste Kristallisation eines Virus durch Wendell M. Stanley Chemie-Nobelpreis 1946
1936 Erstbeschreibung von Sekundärstrukturen innerhalb der Proteine durch Linus Pauling Chemie-Nobelpreis 1954
1948 Erste Röntgenstrukturanalyse einer biologisch aktiven Substanz (Vitamin B12) durch Dorothy Crowfoot-Hodgkin Chemie-Nobelpreis 1964
1955 Frederick Sanger beendet die 1943 begonnene Sequenzierung des Insulins erfolgreich. Chemie-Nobelpreis 1958
1958 Stanford Moore und William H. Stein beschrieben das erste aktive Zentrum eines Enzyms und erfinden die automatische Aminosäureanalyse Chemie-Nobelpreis 1972
1959 Raumstruktur des Myoglobins durch John Kendrew und des Hämoglobins durch Max Perutz; Erfindung des isomorphen Ersatzes zur Lösung des Phasenproblems Chemie-Nobelpreis 1962
1961 Christian B. Anfinsen gelingt es, die enzymatische Aktivität der Ribonuclease nach Reduktion der Disulfidbrücken zu reaktiven. Chemie-Nobelpreis 1972
1964 Erste Beschreibung einer Nucleosom-Struktur mithilfe der Elektronenmikroskopie durch Aaron Klug; Anwendung der Fourier-Transformation Chemie-Nobelpreis 1982
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