Biowissenschaften Nobelpreis für Chemie für die US-Amerikaner Robert Lefkowitz und Brian Kobilka

Diese beiden Forscher erhalten den Nobelpreis in Chemie für bahnbrechende Arbeiten auf dem Gebiet der Signaltransduktion in den Biowissenschaften.

Es ist das Verdienst der Forscher, sogenannte G-Protein gekoppelte Rezeptoren in der Membran von Zellen entdeckt zu haben, welche in einer riesigen Vielfalt im Organismenreich existieren. Das erklärt sich durch den durchschlagenden Evolutionserfolg ihres Funktionsprinzips.

G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind Eiweiße in der Plasmamembran mit 7 Transmembrandurchgängen. Sie sind sozusagen mit 7 Stichen in die Membran eingenäht. Ein Teil der Rezeptoren ragt somit nach außen und ist an der Bildung der Zelloberfläche beteiligt, ein anderer Teil ist intrazellulär. Auf der Außenseite der Membran sind die Rezeptoren in der Lage andere Moleküle (Signalemoleküle) zu binden, woraufhin sich ihre Konformation (3-dimensionale Gestalt) auch im intrazellulären Bereich ändert. Dies bewirkt, dass dort kleinere Proteine (G-Proteine) verändert werden, was wiederum je nach Typ unterschiedlichste Konsequenzen für die Zelle haben kann.

Das Funktionsprinzip der G-Protein gekoppelten Rezeptoren war in der Evolution so erfolgreich, dass sich unglaublich viele Varianten entwickelt haben, die auf unterschiedliche Signalmoleküle spezialisiert sind, sich aber auch intrazellulär in ihrer Wirkung, je nach Art der angekoppelten G-Proteine, unterscheiden können.

Ich persönlich habe meinen Studenten die Existenz der G-Protein gekoppelten Rezeptoren immer als ein großes vereinheitlichendes Prinzip in der Biologie vorgestellt. Diese Eiweißmoleküle sind die Antennen, mit denen Zellen Signale aus ihrer Umwelt aufnehmen. Das sind nicht nur Nerven- und Sinneszellen, sondern praktisch alle Körperzellen besitzen solche Antennen.

Bekannte Beispiele sind der muscarinische Acetylcholinrezeptor im Herzmuskel (ohne ihn würde unser Herz nicht schlagen), die Opsine im Auge, die mit Hilfe eines Chromophores Lichtquanten einfangen und in intrazelluläre Signale umwandeln können (ohne sie wären wir blind), aber auch die Geruchsrezeptoren, welche notwendig sind, um ganz unterschiedliche Duftstoffe zu binden und dies weiter zu melden.

Ohne G-Protein gekoppelte Rezeptoren wären Zellen ihres wichtigsten Kommunikationskanals beraubt. Robert Lefkowitz und Brian Kobilka haben deshalb diesen Preis zu Recht erhalten.

Karl

Diese G-Protein-Rezeptoren sind in der Tat für die Vorstellung eines Laien aufregend. Wenn alle unsere Körperzellen definitiv damit ausgestattet sind, fungieren sie quasi als Einfallstor für andere Moleküle, schädliche oder auch nützliche. Das bietet doch neue Möglichkeiten für die Herstellung wirksamer Medikamente. Auch Krebszellen müssten demnach über solche Rezeptoren verfügen. Chance für das Andocken wirksamer Substanzen an die Rezeptoren.

Karl, im Grunde sind deine Erklärungen über das "vereinheitlichende Prinzip in der Biologie" eine Fortsetzung und wichtige Ergänzung meines vor vielen Jahrzehnten erlebten Bio-Unterrichts. Damals gewann ich die Vorstellung vom Leben als ungeheurer Vielfalt aufgebaut auf der Zelle als Einheit. Aber jede Zelle war anders. Jetzt sehe ich ein einheitliche Baukastenprinzip wirksam in den Zellen. Zellen, die Kontakt aufnehmen können nach außen. Sehr rational und effizient geplant von der Evolution.. Unglaublich.

Danke, lieber carlos1, dass Du dieses Thema wieder aufgegriffen hast. Es gibt tatsächlich so etwas wie einen biologischen Baukasten, auf mehreren Hierarchieebenen. Durch Neukombination von Baukastenelementen sind in der Evolution immer wieder neue Formen entstanden und ausprobiert worden. Verdopplungen von Elementen (z. B. Rezeptoren) haben es dann auch erlaubt, die Duplikate zu modifizieren und anderen Aufgaben zuzuführen.

Als Beispiel können die vielen Rezeptoren für Duftstoffe dienen. Sie sind alle gleichartig aufgebaut, aber kleine Änderungen in der Struktur bewirken eine spezifische Bindung an ihren speziellen Duftstoff. Eine solche Bindung setzt dann durch den innerzellulären Anteil des Rezeptors gleichartige Prozesse in Gang, die der Zelle, die Träger dieses Rezeptorentyps ist, mitteilt, dass sie erregt worden ist. Die Meldung wird dann direkt über den Nervenzellfortsatz dieser Zelle ins Gehirn weitergeleitet. Die Nervenzellfortsätze aller Geruchszellen mit dem gleichen Rezeptor erkennen sich während der Gehirnentwicklung, werden gebündelt und innervieren eine definierte Zielregion im Riechhirn. Nervenzellfortsätze von Geruchszellen mit anderer Geruchsspezifität haben andere, gut abgegrenzte Zielregionen im Riechhirn. Man kann dies heutzutage auch gut sichtbar machen.

Übrigens funktioniert das Riechhirn bei Säugern und Insekten prinzipiell gleich.

Karl