9.2.2004, 15:58 Uhr
Januskopf macht Fische frostfest
Viele Lebewesen verkraften einen Abfall der Körpertemperatur auf Minusgrade, da sie ihr eigenes Frostschutzmittel produzieren. Eine japanisch-kanadische Forschergruppe hat nun systematisch Glykoproteine untersucht, mit denen antarktische Fische dem Gefriertod entgehen. Von entscheidender Bedeutung scheint demnach zu sein, dass die Moleküle zwei "Gesichter" besitzen.
Frost bedeutet für Zellen den Tod, da die wachsenden Eiskristalle die zarten Membranen der Zellen selbst und ihrer Organellen zerstören. Daher produzieren Tiere und Pflanzen in kalten Umgebungen ihr eigenes Frostschutzmittel. Besonderen Aufwand treiben dabei antarktische Fische. Ihr Haupt-Frostschutz besteht aus Glykoproteinen, mit Zuckern gespickten Aminosäureketten. Shin-Ichiro Nishimura von der Hokkaido University in Sapporo und seine Kollegen stellten nun mehrere Varianten dieser Moleküle her und untersuchten deren Eigenschaften.
Das Rückgrat der Glykoproteine besteht aus unterschiedlich vielen Wiederholungen der Aminosäure-Sequenz Alanin, Threonin, Alanin. Jedes Threonin trägt wiederum einen Zweifachzucker, bestehend aus N-Acetyl-Galactosamin und Galactose. Wie die Forscher im Fachblatt "Angewandte Chemie" berichten, scheint die Evolution diesen Frostschutz-Typ bis zum Optimum ausgereizt zu haben: Veränderten sie nämlich einen der Bausteine oder auch nur die Art der Bindung zwischen den Zuckern, sank damit die Fähigkeit der Glykoproteine, den Gefrierpunkt von Wasser zu senken.
Ultraviolett- und Magnetresonanz-Spektren zufolge formt das Aminosäuren-Rückgrat der Glykoproteine eine linksgängige Spirale. Sämtliche Zuckergruppen stehen dabei zur gleichen Seite ab. Einem Januskopf gleich, besitzt das Moleküle damit zwei Gesichter: Zur einen Seite schauen die wasserliebenden (hydrophilen) Zuckergruppen, zur anderen die eher wasserabweisende (hydrophobe) Aminosäuren-Kette. Nach Ansicht der Forscher ist diese Struktur von entscheidender Bedeutung für den Frostschutz-Effekt. Weitere Untersuchungen müssten nun zeigen, wie genau das Molekül die Bildung von Eiskristallen störe. Bereits früher war vorgeschlagen worden, den biologischen Frostschutz medizinisch zu nutzen, etwa zur Lagerung von Blutkonserven.
Forschung: Yuki Tachibana und Shin-Ichiro Nishimura, Division of Biological Sciences, Graduate School of Science, Hokkaido University, und Research Center for Glycoscience, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Sapporo; und andere
Veröffentlicht in Angewandte Chemie, Vol. 116(7), pp 874-80, DOI 10.1002/ange.200353110
WWW:
Nishimura Lab
Biologischer Frostschutz
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