Der Nobelpreis für Chemie 2009 geht an drei Forscher, die sich mit der Struktur und der Funktion des Ribosoms beschäftigt haben. Welche Funktion hat das Ribosom? Wie sieht es aus? Und was ist die medizinische Relevanz der Forschung and dieser molekularen Maschine?

Es gibt das sogenannte zentrale Dogma der Biologie, welches den Informationsfluss von der DNA über die mRNA zum Protein beschreibt. Dieser Vorgang ist so fundamental, dass er in jeder Zelle, egal ob Pflanze, Tier, Pilz oder Bakterium abläuft. Viren nutzen diese zelluläre Maschinerie ebenfalls, um ihre Proteine herzustellen.

Das Ablesen der Informationen von der DNA und die Herstellung der mRNA nennt man Transkription. Dafür ist die RNA-Polymerase verantwortlich. Ein Proteinkomplex für dessen Strukturaufklärung Roger Kornberg 2006 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Die mRNA, also das abgelesene Gen, bindet dann eine der zwei ribosomalen Untereinheiten, andere Proteine und die zweite, größere Unterheinheit des Ribosoms wird rekrutiert, und die RNA Sequenz wird in eine Aminosäuresequenz umgeschrieben, translatiert.

Die Funktion des Ribosoms

Immer drei Nukleotide, also die Bausteine der DNA und RNA, codieren für eine Aminosäure. Die Nukleotide werden von sogenannten tRNA-Molekülen erkannt, die eine Aminosäure nach der anderen spezifisch ans Ribosom anliefern. Die Aminosäurekette verlässt Stück für Stück das Ribosom durch eine tunnelartige Struktur und faltet sich in die korrekte dreidimensionale Struktur, das neue Protein ist fertig.

Ribosomen sind also an einem zentralen Mechanismus der Zelle beteiligt. Man muss sich das Ribosom als eine riesige molekulare Maschine vorstellen, die aus über 50 unterschiedlichen Proteinen besteht. Weiter enthält das Ribosom spezielle rRNA Moleküle, die unter anderem mit den tRNAs interagieren und bei der Bildung der Bindungen zwischen den einzelnen Aminosäuren beteiligt ist.

Ribosomen zählen wohl zu den ursprünglichsten Molekülen lebender Zellen, da ohne sie ja keine Proteine existieren würden. Wie etwas so Komplexes so früh in der Evolution auftauchen konnte, darüber zerbrechen sich Forscher den Kopf, unter anderem die Herren Venter, Church, Dyson, Shapiro, Sasselov und Lloyd, deren Buch “Leben, was ist das” Ich hier im Blog neulich vorgestellt habe.

Ribosomen – Angriffspunkte für Antibiotika

Obwohl Bakterien und wir Menschen beide gleichermaßen Ribosomen besitzen, gibt es doch kleine Unterschiede in der Größe und Zusammensetzung zwischen den Translationsmaschinen. Diese Unterschiede sind von großer medizinischer Relevanz, sie dienen als Angriffspunkte für spezifische Antibiotika. Streptomycin, Tetracyclin, Spectinomycin, Erythromycin, Clindamycin und Chloramphenicol sind nur ein paar bekannte antibakterielle Substanzen, die zum Teil auch in aktuell verschriebenen Antibiotika enthalten sind und spezifisch mit bakteriellen Ribosomen wechselwirken und so deren Funktion beeinträchtigen. Mit unseren Ribosomen interagieren die Antibiotika nicht, so werden bei einer Infektion spezifisch die verursachenden Bakterien bekämpft.

Zum Teil hemmen die Antibiotika die Bindung der tRNA an die Ribosomen, zum Teil wird verhindert, dass sich die Aminosäuren verbinden, oder dass die neu entstandene Polypeptidkette weiterrutscht.

Durch die Strukturaufklärung des Ribosoms und die Erforschung der Funktion dieses Proteinkomplexes ist es möglich geworden, bekannte Antibiotika in silico zu verändern und deren spezifische Bindeeigenschaften im Computer zu testen, sowie zu erforschen, wie genau antimikrobielle Substanzen wirken, die das Ribosom als Ziel haben.

Ein absolut verdienter und längst überfälliger Nobelpreis für die Erforschung der Struktur und der Funktion des Ribosoms. Venki Ramakrishnan arbeitet am MRC in Cambridge (Lab-Website), Tom Steitz in Yale (Lab-Website) und Ada Yonath am Weizman Insitut (Lab-Website).

Die Abbildung der beiden ribosomalen Unterheinheiten oben sind von Ada Yonaths Website. Dort gibt es animierte .gifs der einzelnen Untereinheiten. Ribosomale Proteine sind bunt, die rRNA grau.