27.10.2021 13:20
Optimale Konzentration von Enzymen und ihren Substraten
Bioinformatik: Veröffentlichung in PLOS Biology
Plötzlich gesund
Fortschreitende Naturerkenntnis, ganz allgemein gesprochen, ‘Wissenschaft’, ist der stärkste Feind des medizinischen Wunders. Was unseren Vorfahren als Wunder erschien, was einfache Naturvölker heute noch in heftige Erregung versetzt, das berührt den zivilisierten Menschen längst nicht mehr.
Doch es gibt einen Gegensatz, der jedem Denkenden sofort auffällt: der unerhörte, durchaus nicht abgeschlossene Aufstieg der wissenschaftlichen Heilkunde und die ebenso unerhörte Zunahme der Laienbehandlung und der Kurpfuscherei. Man schätzt die Zahl der Menschen, die der Schulmedizin kein Vertrauen schenken, auf immerhin 50 Prozent.
Wie kann es sein, daß Laienbehandler und Kurpfuscher immer wieder spektakuläre Erfolge aufweisen, von denen die Sensationspresse berichtet?
Der Autor geht dieser Frage nach und kommt zu interessanten Erkenntnissen, aus denen er Vorschläge für eine bessere Krankenbehandlung durch seine ärztlichen Standesgenossen ableitet.
Biologische Zellen investieren einen großen Teil ihrer Ressourcen in die Produktion von Enzymen, die die Umwandlung von Substraten in Produkte katalysieren. Ein internationales Team von Bioinformatikern und -physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Martin Lercher von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) fand nun heraus, dass diese Katalyseprozesse besonders effizient sind, wenn ein bestimmtes Verhältnis zwischen den intrazellulären Konzentrationen von Enzymen und Substraten vorliegt. Sie beschreiben diese Entdeckung in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift PLOS.
Ohne Enzyme geht es nicht. Sie arbeiten in jeder Zelle und katalysieren darin unzählige chemische Reaktionen, die ohne sie nicht oder nur in sehr geringem Maße ablaufen können. Die Enzyme sind also das entscheidende Werkzeug für die Zellen, um alle ihre Bestandteile herzustellen, aber auch, um ihre Prozesse zu steuern.
Biologische Zellen enthalten Hunderte verschiedener Enzyme und Substrattypen, aus denen die notwendigen Substanzen hergestellt werden. Für die Molekularbiologie und viele Bereiche der Medizin ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Konzentrationen dieser einzelnen Stoffe auf die Zellfunktionen auswirken. Ein solches Wissen hilft aber auch der Biotechnologie dabei, effizientere Biofabriken zu entwickeln, die auf Enzymen basieren.
Bisher ging die Forschung davon aus, dass es keine allgemeine Beziehung zwischen den einzelnen Konzentrationen gibt. Ein Team von Forschern des HHU-Instituts für Computational Cell Biology und des Department of Physics der University of California in San Diego (UCSD) hat nun aber eine solche Beziehung abgeleitet, indem sie Prozesse mit optimaler zellulärer Effizienz betrachteten.
Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass die intrazelluläre Masse eines Substrats gleich der Masse der Enzyme sein sollte, die darauf warten, das Substrat zu verbrauchen und in Produkte umzusetzen. Diese Beziehung konnten sie anhand experimenteller Daten für das Bakterium E. coli bestätigten.
Prof. Lercher sagte zu den Ergebnissen: „Es ist erstaunlich, dass eine so einfache Beziehung in lebenden Zellen zu existieren scheint; ich erwarte, dass dieses wichtige Ergebnis im Laufe der Jahre seinen Weg in Lehrbücher für Biochemie und Zellphysiologie finden wird.“
Originalpublikation:
Hugo Dourado, Matteo Mori, Terence Hwa, Martin J. Lercher, On the optimality of the enzyme–substrate relationship in bacteria, PLOS Biology (2021).
DOI: 10.1371/journal.pbio.3001416
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Informationstechnik, Medizin
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
