Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste Hier wird es anschaulicher Y4 276 5. Evolutionsschritt – D i e N u t z u n g d e r P r o t e i n m a s c h i n e r i e Am Beginn der Evolution waren für das »Überleben« von RNA-Molekülen Stabilität, Kopierge- nauigkeit und Kopiergeschwindigkeit entscheidend. Nach der Einhüllung des Lebens durch Membranen wurden andere Fragen bedeutsam: Wie kooperationsfähig sind RNA und Protein? Kann die Rückmeldung über die Funktionstauglichkeit eines Proteins von der RNA verwertet werden? Die Hyperzyklen-Theorie des Nobelpreisträgers Manfred Eigen und des österreichi- schen Mathematikers Peter Schuster zeigt, dass sich Rückkopplungsschleifen zwischen RNA- und Protein-Molekülen von selbst ausformen können. Hat sich einmal ein umhüllter Informa- tionsspeicher mit einer Proteinmaschinerie entwickelt, so wird er durch Mutation und Selektion ständig verbessert. Dieser Gedanke Darwins wurde 1978 von dem englischen Zoologen Richard Dawkins weitergeführt: Auch das Verhaltensrepertoire höherer Organismen hat sich entwickelt, um die Überlebenschancen der Gene zu verbessern. Das Wohl des Besitzers der Gene spielt dabei keine Rolle. Elektronen- mikroskopische Aufnahme und Modell einer Bakteriengeißel mit Rotor Elektronenmikroskopische Aufnahme und Modell des Transportes von Vesikeln Mit ihrer Oberfläche »fangen« Enzyme be- stimmte Moleküle ein: Nährstoffe werden zerlegt, Biomoleküle aus Bausteinen zusam- mengesetzt, DNA und RNA kopiert und viele weitere Reaktionen katalysiert. Proteine können als Bauteile wirken, die sich von selbst zusammenfügen zu »Kabeln«, »Röhren«, »Rädern«, »Käfigen«, »Antennen«, »Verankerungen«, »Spulen« uam. Häufig kommt es zu wiederholbaren, mechanischen Veränderungen der dreidimensionalen Gestalt eines Proteins. Die entsprechenden Kreisläufe werden meist von ATP angetrieben und durch Botenmoleküle ausgelöst oder gestoppt. Signale werden aus der Umwelt aufgenommen. Stoffe werden durch Membranen transportiert. Moleküle wirken als Antennen und lösen im Zellinneren Reaktionen aus. Kanäle und Käfige öffnen oder schließen sich. Zusammen können sie als Pumpen wirken. Nervenzellen leiten ein elektrisches Signal weiter. Vorwärtsbewegungen (zB das Zusammenziehen von Muskelzellen) Botenmoleküle öffnen Ionenkanäle. Die einströmenden Ionen bewirken, dass auch die benachbarten Ionenkanäle ihre »Schleusen« öffnen. Dieser Prozess setzt sich über die lang gestreckte Nervenzelle fort und führt zuletzt wieder zur Freisetzung von Botenstoffen (siehe R4). Proteine strecken und knicken sich und tasten sich dabei »ruderbootartig« an geeigneten Oberflächen vorwärts. Ein ständiges Einströmen von Protonen durch einen Membrankanal wird ähnlich wie bei einem Mühlrad genutzt (siehe Q4). Rotationsbewegungen (zB von Bakteriengeißeln) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv