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Warum all unsere Zellen Linkshänder sind

in Aus der Welt der Wissenschaft 30.07.2012 10:17
von franzpeter | 8.079 Beiträge

30. Juli 2012
Warum all unsere Zellen Linkshänder sind

Von Dirk Eidemüller
Schon die Grundbausteine des Lebens, die von Meteoriten stammen, besaßen eine linksdrehende Orientierung

Künstlerische Darstellung der Bedeutung von Meteoriten für die Linkshändigkeit des Lebens
© NASA / Mary P. Hrybyk-Keith


Greenbelt (USA) - Nicht nur bei seinen Händen bevorzugt der Mensch links oder rechts. Auch seine Proteine ziehen eine Drehrichtung vor: Sie sind sämtlich linksdrehend. Und nicht nur bei uns Menschen, sondern auch bei allen anderen Lebewesen auf unserem Planeten. Die Natur muss sich also schon ganz zu Beginn der Evolution dafür entschieden haben, die Proteine, die Werkzeuge unserer Zellen, grundsätzlich linkshändig zu bauen. Biologen stehen aber schon seit langem vor der entscheidenden Frage, warum das so ist und warum wir in der Natur praktisch keine rechtshändigen Proteine finden.
Die Antwort könnte in den Sternen liegen, wie amerikanische Astrobiologen und Kometenforscher nun herausgefunden haben: Laut ihrer Studie, die demnächst im Fachblatt Meteoritics and Planetary Science erscheint, ist wahrscheinlich eine Kombination von Sternenlicht und Kristallisationsprozessen dafür verantwortlich, dass auf Meteoriten bevorzugt die linkshändigen Aminosäuren entstehen, aus denen alle Proteine aufgebaut sind. Da die ersten Aminosäuren als Grundbausteine des Lebens dereinst von Meteoriten auf unseren Planeten geliefert wurden, wäre die Linkshändigkeit also kein biologischer Zufall, sondern schon vor allem Leben auf unserem Planeten – und vielleicht auch auf anderen Planeten – angelegt.

„Die Händigkeit, die wir bei biologischen Molekülen beobachten, ist eine wichtige Eigenschaft für molekulare Prozesse und nach unserem Wissen ein Voraussetzung für das Leben“, so Jason Dworkin vom Goddard Space Flight Center. Die auf links gepolten biologischen Moleküle können die falsch orientierten Aminosäuren nicht verwerten oder gar von ihnen beschädigt werden. Die verschiedenen Formen lassen sich nicht ineinander überführen; so wenig, wie ein rechter Handschuh auf die linke Hand passt. In linkshändigen biologischen Prozessen entstehen immer nur weitere linkshändige Proteine. Passend zu ihnen sind rechtshändige Zucker und Nukleinsäureketten, aus denen auch die Erbinformation in unseren Zellkernen besteht.

Wie entscheidend die richtige Händigkeit für das Funktionieren biochemischer Prozesse ist, konnte man am tragischen Beispiel des Wirkstoffs Thalidomid erkennen, der unter dem Markennamen Contergan vertrieben wurde. Der Wirkstoff wurde als Mischung aus synthetisch hergestellten links- und rechtshändigen Molekülen eingesetzt: Die eine Komponente wirkt wie gedacht als Schlafmittel, die andere führt zu schwersten Missbildungen bei Neugeborenen. Auch Joghurt hat rechts- und linksdrehende Milchsäure. Ihr Unterschied liegt aber nur darin, dass die rechtsdrehende etwas schneller verwertet wird.

Linkshändigkeit kein Zufall
Warum aber benutzt die Natur praktisch nur linkshändige Proteine und rechtshändige Zucker? Man weiß schon länger, dass die ersten Formen des Lebens sich in der Ursuppe der frühen Ozeane aus insgesamt 20 verschiedenen Aminosäuren entwickelt haben. Diese schlossen sich zu immer komplexeren chemischen Einheiten zusammen, bis schließlich das uns bekannte zelluläre Leben entstand. Lange vermuteten Wissenschaftler, dass vielleicht der bloße Zufall dafür zuständig war, dass eben linkshändige Aminosäuren sich gegenüber rechtshändigen durchgesetzt haben. Wenn allerdings in der Ursuppe, in der das Leben entstand, von Beginn an die linkshändigen Aminosäuren in der Mehrzahl waren, dann hätte die linkshändige Biochemie einen deutlichen Startvorteil gehabt und die rechtshändige verdrängt.

Die ersten Aminosäuren wurden von Meteoriten auf die Erde transportiert. Auf den Gesteinsbrocken, die durch unser Sonnensystem sausen, entstehen diese komplexen Moleküle durch verschiedene chemische Reaktionen mit dem ungefilterten Sonnenlicht. Aus Meteoritenproben von der westkanadischen Provinz British Columbia konnten die Wissenschaftler jetzt verschiedene Aminosäuren extrahieren. Sie sind eindeutig nicht irdischen Ursprungs, wie sie anhand von Isotopenanalysen und spektroskopischen Verfahren nachweisen konnten. Bei Asparaginsäure, die in allen Zellen auftritt, fanden sie einen vierfach stärker links- als rechtshändigen Anteil. Bei Glutaminsäure war der Unterschied ebenfalls stark ausgeprägt, bei Alanin deutlich weniger.

Die Forscher führen das auf unterschiedliche Kristallisationsprozesse zurück. Asparagin- und Glutaminsäure kristallisieren bevorzugt in einer einzigen Händigkeit aus, so dass ein vorhandener leichter Überschuss an linksdrehenden Aminosäuren durch diesen Effekt verstärkt würde. Alanin hingegen kristallisiert als gleichwertige Mischung beider Händigkeiten, wodurch ein zu Anfang bestehender Überschuss verringert würde. Durch die Kristallisation können also bestehende Konzentrationsunterschiede zwischen den links- und rechtshändigen Anteilen bei bestimmten Aminosäuren verstärkt werden. Damit bleibt aber die Frage offen, woher diese Unterschiede ursprünglich stammen. Die Antwort hierauf könnte im Sternenlicht liegen.

Sternenlicht machte den Unterschied
Aus astronomischen Messungen von Licht aus dem Orion-Nebel weiß man, dass dort viel polarisiertes Licht vorherrscht. In dieser Region – einem großen Sternentstehungsgebiet mit vielen jungen, intensiv leuchtenden Sonnen – wird das starke Sternenlicht durch die Staubpartikel im Gasnebel bevorzugt in eine bestimmte Polarisation, d.h. Drehrichtung, gebracht.

Dieses polarisierte Licht wiederum wirkt etwas stärker auf die passend händigen Aminosäuren in Meteoriten und kann somit die rechtshändigen Varianten in leicht größerem Umfang zerstören. Den entstehenden leichten Überschuss an linkshändigen Aminosäuren würden dann, zumindest bei einigen der entscheidenden Säuren, die Kristallisationsprozesse weiter verstärken, so dass schließlich ein deutlicher Überschuss an linkshändigen Komponenten im Weltall zu finden wäre. Wenn diese Hypothesen zutreffen, wäre es wahrscheinlich, dass mögliches Leben auf anderen Planeten ebenfalls bevorzugt linkshändig ist.

Den Astrobiologen jedoch, die nach fremden Leben forschen, macht die neue Erkenntnis das Leben etwas schwerer. Denn würde man Lebensformen finden, die auf rechtsdrehenden Proteinen basieren, wäre dies ein schlagkräftiges Indiz dafür, dass diese Organismen unabhängig von irdischem Leben entstanden sind. Sollte man auf dem Mars oder vielleicht auch auf dem Saturnmond Titan aber linkshändiges Leben finden, wäre nicht auszuschließen, dass es vielleicht durch Meteoritentrümmer von der Erde dorthin transportiert worden wäre. Es gibt durchaus Mikroben, die die starke kosmische Strahlung im interplanetaren Raum überleben können.

© Wissenschaft aktuell
Quelle: "Unusual nonterrestrial l-proteinogenic amino acid excesses in the Tagish Lake meteorite", Daniel P. Glavin et al.; Meteoritics & Planetary Science, DOI: 10.1111/j.1945-5100.2012.01400.x


Mit freundlichen Grüßen
franzpeter
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