Göttinger Wissenschaftler entschlüsseln am BESSY II grundlegende Wirkprinzipien biochemischer Reaktionen
Atomare Struktur eines verbogenen, kurz vor der Spaltung stehenden Zuckermoleküls im humanen Enzym Transketolase.
Enzyme sind die molekularen Katalysatoren des Lebens mit vitalen Funktionen im Stoffwechsel jeder Zelle. Bisher wurde spekuliert, dass Enzyme bei der Durchführung biochemischer Reaktionen ihre Ausgangsstoffe regelrecht verbiegen und dadurch spalten können. Wissenschaftlern am Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB) ist es nun erstmals gelungen, diese Hypothese zweifelsfrei zu bestätigen. Dazu nutzten sie die MX-Beamline an BESSY II. Die Ergebnisse der Studie sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemistry erschienen.
Die Göttinger Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Kai Tittmann und Prof. Dr. Ralf Ficner züchteten zunächst hochgeordnete Proteinkristalle des humanen Enzyms Transketolase, das eine Schlüsselrolle bei der Verwertung von Zuckern im menschlichen Stoffwechsel einnimmt. Diese Proteinkristalle versetzten sie mit den natürlichen Zuckersubstraten. Die Analyse der Struktur des Enzymkristalls erfolgte anschließend an der MX-Beamline des Elektronenspeicherrings BESSY II und im französischen Grenoble. Den Wissenschaftlern gelang es, eine ultrahochaufgelöste Struktur des im Enzym gebundenen Zuckermoleküls unmittelbar vor seiner Spaltung in zwei Teile, mit einer extrem hohen Ortsauflösung von 0,1 Nanometer zu bestimmen. „Dieser in seiner Schärfe bis heute einmalige Schnappschuss eines arbeitenden Enzyms offenbart unzweifelhaft, dass das Zuckersubstrat im Enzym verbogen wird wie ein eingespanntes Werkstück in einem Schraubstock“, sagt Prof. Tittmann.
Enzyme stellen oft Angriffspunkte für Medikamente dar. Deshalb sind die neuen Erkenntnisse wichtig für die Entwicklung maßgeschneiderter, hochspezifischer Wirkstoffe, wie zum Beispiel für die Krebstherapie. „Auch die in der vorliegenden Studie untersuchte humane Transketolase übt eine Schlüsselfunktion im Stoffwechsel von Krebszellen aus“, sagt Prof. Tittmann.
Quelle: Universität Göttingen
- Die Zukunft der Korallen – Was Röntgenuntersuchungen zeigen könnenIn diesem Sommer war es in allen Medien. Angetrieben durch die Klimakrise haben nun auch die Ozeane einen kritischen Punkt überschritten, sie versauern immer mehr. Meeresschnecken zeigen bereits erste Schäden, aber die zunehmende Versauerung könnte auch die kalkhaltigen Skelettstrukturen von Korallen beeinträchtigen. Dabei leiden Korallen außerdem unter marinen Hitzewellen und Verschmutzung, die weltweit zur Korallenbleiche und zum Absterben ganzer Riffe führen. Wie genau wirkt sich die Versauerung auf die Skelettbildung aus?
Die Meeresbiologin Prof. Dr. Tali Mass von der Universität Haifa, Israel, ist Expertin für Steinkorallen. Zusammen mit Prof. Dr. Paul Zaslansky, Experte für Röntgenbildgebung an der Charité Berlin, untersuchte sie an BESSY II die Skelettbildung bei Babykorallen, die unter verschiedenen pH-Bedingungen aufgezogen wurden. Antonia Rötger befragte die beiden Experten online zu ihrer aktuellen Studie und der Zukunft der Korallenriffe.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.
- Elektrokatalyse mit doppeltem Nutzen – ein ÜberblickHybride Elektrokatalysatoren können beispielsweise gleichzeitig grünen Wasserstoff und wertvolle organische Verbindungen produzieren. Dies verspricht wirtschaftlich rentable Anwendungen. Die komplexen katalytischen Reaktionen, die bei der Herstellung organischer Verbindungen ablaufen, sind jedoch noch nicht vollständig verstanden. Moderne Röntgenmethoden an Synchrotronquellen wie BESSY II ermöglichen es, Katalysatormaterialien und die an ihren Oberflächen ablaufenden Reaktionen in Echtzeit, in situ und unter realen Betriebsbedingungen zu analysieren. Dies liefert Erkenntnisse, die für eine gezielte Optimierung genutzt werden können. Ein Team hat nun in Nature Reviews Chemistry einen Überblick über den aktuellen Wissensstand veröffentlicht.