Protein 2.0

Praktisch alle natürlichen Eiweiße sind aus Aminosäuren eines einzigen Typs aufgebaut. Dabei hätte die Natur durchaus die Wahl gehabt, glaubt eine amerikanische Chemikerin. Gemeinsam mit ihren Kollegen stellte sie ein Molekül aus “unnatürlichen” Aminosäuren her, das sich verhält wie biologische Proteine.

Im Innern der “Beta Bundles” ist kein Platz für Wasser. Grafik: Schepartz/Yale

Die künstlichen Proteine würden allerdings nicht von zelleigenen Enzymen angegriffen, erläutert Alanna Schepartz von der Yale University. Daher könnten sie sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Entwicklung neuer Medikamente nützlich sein. Schepartz und Kollegen präsentieren ihre Resultate im “Journal of the American Chemical Society”.

Als Bausteine für ihre Kunstproteine nutzte die Gruppe Aminosäuren, die gegenüber natürlichen Alpha-Aminosäuren ein zusätzliches Kohlenstoffatom aufweisen. Je zwölf solcher Beta-Aminosäuren verknüpften die Forscher zu Ketten. Indem jedes Kettenglied eine schwache Bindung zu seinem übernächsten Nachbarn ausbildete, wanden sich die Ketten um sich selbst und bildeten Schrauben, in denen auf jeden Umgang drei Aminosäuren kamen.

Ein einfacher Trick machte diese Schrauben gesellig: An jeder dritten Kettenposition saß das “verlängerte” Gegenstück zum Leucin, einer wasserabweisenden Alpha-Aminosäure. Jede Schraube wies daher eine stark wasserabweisende Seite auf, mit der sie sich in einer wässrigen Lösung an ihresgleichen schmiegte. Als Folge lagerten sich je acht Schrauben zu einer Doppelpyramide mit einem wasserfreien Inneren zusammen. Diese Gebilde verkrafteten Temperaturen von 70 Grad Celsius.

“Mit anderen Worten: Die Beta-Peptidaggregate sehen echten Proteinen nicht nur sehr ähnlich, sie verhalten sich auch so”, erklärt Schepartz. Beta-Aminosäuren seien in Meteoriten gefunden worden und vermutlich auch auf der jungen Erde vorhanden gewesen, so die Forscherin. Damit stelle sich die Frage, warum die Natur Alpha-Aminosäuren den Vorzug gegeben habe.

Forschung: Douglas S. Daniels und Alanna Schepartz, Department of Chemistry und Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, Yale University, New Haven, Connecticut; und andere

Veröffentlichung Journal of the American Chemical Society, DOI 10.1021/ja068678n

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Proteine / Enzyme
Das Leucin-Zipper-Motiv