Der Stoff, von dem das Leben abhängt

GBF-Wissenschaftler analysieren Enzym-Struktur für die Blutfarbstoffbildung

22.09.2005

Häm heißt der rote Farbstoff, von dem das Leben abhängt. Er ist ein wichtiger Bestandteil menschlichen und tierischen Blutes und transportiert den lebenserhaltenden Sauerstoff von der Lunge in das Gewebe. Wissenschaftler der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung (GBF) und der Technischen Universität Braunschweig (TU) haben jetzt die dreidimensionale Struktur des Enzyms aufgeklärt, das den ersten Schritt der Hämbildung im Körper katalysiert. „Mit unserem Projekt konnten wir ein Stück Wissenschaftsgeschichte abschließen“, erklärt GBF-Bereichsleiter Professor Dirk Heinz: Mit ALAS – so der wissenschaftliche Name des Moleküls – seien nun die Strukturen aller an der Häm-Bildung beteiligten Enzyme bekannt. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift EMBO Journal.
Die Herstellung von Häm ist im menschlichen oder tierischen Körper wie eine Fließbandarbeit organisiert: Insgesamt zehn Enzyme haben im Produktionsprozess jeweils eine bestimmte Aufgabe. Sie erhalten vom vorgeschalteten Enzym ein Zwischenprodukt, verändern es gezielt und reichen es dann an das nächste Enzym in der Kette weiter. ALAS (5-Aminolevulinat-Synthase) habe dabei eine besondere Bedeutung, stellt TU-Professor Dieter Jahn fest: „Da dieses Enzym im Syntheseweg an erster Stelle steht, stört eine defekte ALAS die Blutbildung entscheidend. Krankheiten wie Anämien sind die Folge.“
Ursache für eine beeinträchtigte ALAS ist ein Defekt auf dem X-Chromosom. Menschen, die davon betroffen sind, leiden an einer schweren Anämie: Obwohl sie keinen Eisenmangel haben – die häufigste Ursache für diese Krankheiten – bildet ihr Körper nur unzureichend roten Blutfarbstoff und wird schlechter mit Sauerstoff versorgt. Symptome reichen von blasser Haut, Müdigkeit oder Konzentrationsschwäche bis zu schweren Organschäden auf Grund einer toxischen Eisenanreicherung im Gewebe. Den Betroffenen können die Erkenntnisse der Wissenschaftler langfristig helfen: „Mit der nun bekannten ALAS-Struktur wird es möglich, die Ursachen dieser Anämie viel besser zu verstehen, die Symptome zu erklären und später die Therapie zu verbessern“, so Arbeitsgruppenleiter Dr. Wolf-Dieter Schubert.
Möglich gemacht hat die Strukturanalyse der ALAS ein Trick der Evolution: An einem biologischen Mechanismus, der sich als erfolgreich erwiesen hat, hält das Leben über Milliarden von Jahren hinweg fest. So auch bei der Biosynthese von Häm: ALAS findet sich schon bei evolutionär sehr alten Bakterien, den so genannten Proteobakterien, die das „Produktionsverfahren“ für die Farbstoffe, zu denen auch das Häm gehört, in der Frühzeit des Lebens vor 3,5 Milliarden Jahren entwickelt haben. Für Ihre Untersuchungen konnten die GBF-Wissenschaftler deshalb auf bakterielle ALAS zurückgreifen: Sie ähnelt dem menschlichen Enzym sehr stark – und ist so stabil, dass man es für die strukturanalytischen Untersuchungen aufbereiten kann.



Hinweis für die Medien

Ausführliche Informationen bietet der Originalartikel:
Isabel Astner, Jörg O. Schulze, Joop van den Heuvel, Dieter Jahn, Wolf-Dieter Schubert and Dirk W. Heinz: Crystal structure of 5-aminolevulinate synthase, the first enzyme of heme biosynthesis, and its link to XLSA in humans. The EMBO Journal (2005) 24, 18, 3166-3177



Bildunterschriften

ALAS: Schematische Darstellung des Enzyms "ALAS" Es besteht aus zwei Untereinheiten: Eine Untereinheit ist farbig, die andere grau dargestellt.
ALAS mutiert: Jede Mutation (Änderung des Moleküls) des Enzyms ALAS, die zur Ausbildung einer schweren Anämie führt, ist als farbige Kugel dargestellt.