Wer das Meer, die Stille und den endlosen Horizont über dem Wasser mag, wird die Halligen lieben. Mit der neuen „Erlebniswelt Halligen“ bietet Dertour erholsame Tage auf den weltweit einzigartigen, nicht eingedeichten Inseln im UNESCO Weltnaturerbe Wattenmeer. Wahlweise vier oder sieben Nächte genießt der Gast in einer Ferienwohnung des gemütlichen, typisch friesischen Gästehauses „Bi de Ley“ auf der Hallig Langeneß. Auch die beiden Nachbar-Halligen Hooge und Oland lernt der Urlauber während seines Norddeutschland-Trips kennen. Mit der Fähre geht es nach Hallig Hooge, hier steht eine Kutschfahrt über die Hallig an. Oland erreichen die Gäste mit einer Lore von Langeneß. In der gemütlichen Halligstube kommt einfach jeder zur Ruhe und zu sich selbst. Bei einem Pharisäer und traditionellem Gebäck verblasst der hektische Alltag immer mehr und die norddeutsche Gelassenheit zeigt ihre ganze Wirkung.
Struktur des menschlichen Enzyms DOHH (Abb.: Han et al.)
Lübecker Biochemiker und Physiker eröffnen eine neue Möglichkeit für das maßgeschneiderte Design von chemischen Katalysatoren und therapeutischen Wirkstoffen
Die chemische Oxidation von Kohlenwasserstoffen ist sehr energieaufwendig. So müssen etwa für die Umwandlung des Methans, des Hauptbestandteils von Erdgas, in flüssiges Methanol drastische Reaktionsbedingungen wie hoher Druck und hohe Temperaturen angewendet werden.
In der Natur laufen solche Reaktionen viel schonender ab; sie werden häufig durch eisenhaltige Enzyme katalysiert, die molekularen Sauerstoff (O2) aus der Luft aufnehmen, aktivieren, in atomaren Sauerstoff (O) spalten und diesen dann in die Bindung zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff des Kohlenwasserstoffmoleküls einfügen.
Es ist von großem Interesse, das aktive Zentrum solcher Enzyme durch chemische Synthese nachzubauen und so einen Katalysator zu gewinnen, der die Oxidationsreaktionen viel schonender und kostengünstiger durchführt als die derzeitigen technischen Verfahren. Leider sind die entsprechenden Zwischenstufen der Sauerstoff-Aktivierung nur sehr kurzlebig; in den meisten Fällen existieren sie nur für ein paar Sekundenbruchteile. Ihre Strukturen sind daher sehr schwer zu untersuchen.
Es gibt allerdings ein Enzym namens Deoxyhypusin-Hydroxylase (DOHH) aus menschlichen Zellen, welches eine ähnliche Oxidationsreaktion einer seltenen Aminosäure katalysiert – in diesem Fall ist die sauerstoff-aktivierende Zwischenstufe über einige Tage stabil.
Prof. Rolf Hilgenfeld und sein Doktorand Zhenggang Han vom Institut für Biochemie der Universität zu Lübeck haben diese sogenannte Peroxo-Zwischenstufe der DOHH nun kristallisiert und ihre dreidimensionale Struktur aufgeklärt, und Prof. Alfred Xaver Trautwein vom Institut für Physik der Universität Lübeck hat die Wechselwirkungen zwischen Sauerstoff und Eisenatomen im Zentrum des Enzyms spektroskopisch untersucht.
Durch diese Arbeit, die in der aktuellen Online-Ausgabe des Fachjournals „Structure“ erschienen ist, wurde zum ersten Mal die Struktur einer biologischen Zwischenstufe dieser Art sichtbar gemacht; damit eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für deren Nachahmung durch chemische Synthese.
Neben dieser Rolle als Modell für kurzlebige Zwischenstufen kommt dem Enzym DOHH auch eine wichtige Funktion bei der HIV-Infektion, bei bestimmten Krebsarten und bei Diabetes zu, so dass die neue Kristallstruktur aus Lübeck nun das maßgeschneiderte Entwerfen von Wirkstoffen gegen eine ganze Reihe von Krankheiten ermöglicht.
Publikation: Zhenggang Han, Naoki Sakai, Lars Böttger, Sebastian Klinke, Joachim Hauber, Alfred Xaver Trautwein & Rolf Hilgenfeld: Crystal Structure of the Peroxo-diiron(III) Intermediate of Deoxyhypusine Hydroxylase, an Oxygenase Involved in Hypusination. Structure, im Druck. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.str.2015.03.002
Die gedruckte Ausgabe von Structure mit dieser Publikation erscheint am 5. Mai 2015.
Oxyntomodulin reguliert die nahrungsvermittelte Synchronisation der zirkadianen Uhr der Leber (Abb.: Oster)
Das Peptidhormon Oxyntomodulin reguliert die nahrungsvermittelte Synchronisation der zirkadianen Uhr der Leber
Das vom Darmepithel gebildete Peptidhormon Oxyntomodulin vermittelt die Adaptation der Stoffwechsel-Tagesrhythmik in der Leber an die der Nahrungsaufnahme über eine postprandiale Aktivierung der Period-Uhrengene. Dies konnte jetzt eine Forschergruppe um den Lübecker Chronophysiologen Prof. Dr. rer. nat. Henrik Oster zusammen mit Wissenschaftlern aus Göttingen, Toronto (Kanada) und San Diego (USA) nachweisen. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden in der Open-Access-Fachzeitschrift eLIFE veröffentlicht.
Prof. Dr. Henrik Oster
Menschen (wie alle anderen Tiere) haben im Verlauf der Evolution ihr Verhalten und ihre Physiologie an den 24-Stunden-Rhythmus von Tag und Nacht angepasst. Bestimmte Gene werden im Tagesverlauf in allen Zellen unseres Körpers zuverlässig an- und ausgeschaltet. Sie wirken so als molekulare „zirkadiane“ (von lateinisch circa diem – „um den Tag herum“) Uhren, die dem Körper den 24-Stunden-Takt vorgeben. Bestimmte Signale, sogenannte „Zeitgeber“, synchronisieren diese inneren Uhren untereinander und mit der äußeren Zeit. So ist Sonnenlicht der stärkste Zeitgeber für die Zentraluhr im Gehirn, während die Nahrungsaufnahme wichtig für die Adaptation von Uhren – und somit von uhrenkontollierten physiologischen Rhythmen – in peripheren Organen ist.
Unsere zirkadianen Uhren werden empfindlich gestört, wenn wir z.B. in Nacht- oder Rotationsschichten arbeiten müssen, was wiederum die Entwicklung von metabolischen Krankheiten wie Diabetes, aber auch von Krebs- und Herz-Kreislauferkrankungen fördert. Eine wichtige Rolle scheint dabei die tageszeitlich ungünstige Nahrungsaufnahme zu spielen.
Die der jetzt veröffentlichten Arbeit aus der Arbeitsgruppe Oster an der Medizinischen Universitätsklinik I in Lübeck zugrundeliegende Hypothese war, dass, wenn nach der Nahrungsaufnahme vom Magen-Darm-Trakt ausgeschüttete, sogenannte „postprandiale“ Hormone zu einer Zeit ins Blut gelangen, in der die Person normalerweise schlafen würde, dies die zirkadianen Uhren in Stoffwechselorganen wie der Leber aus dem Takt bringen könnte. Mithilfe von organotypischen Leberschnittkulturen konnten die Lübecker Forscher ein Peptidhormon, das Oxyntomodulin (OXM), identifizieren, das nach der Nahrungsaufnahme im Darm gebildet wird und in der Leber die sogenannten Period-Uhrengene akut aktivieren kann. Diese Period-Aktivierung ähnelte dabei sehr der Uhrengenantwort auf nächtliche Lichtexposition im Gehirn.
Landgraf, Tsang et al. konnten zeigen, dass die Leberuhr-Effekte von Oxyntomodulin in Kultur und in Mäusen zu den Zeiten am größten waren, wenn die Tiere normalerweise schliefen – und damit fasteten. Eine Antikörper-vermittelte Blockierung des Hormons dagegen konnte die Störung der Leberuhr nach Nahrungsaufnahme in der Ruhephase effektiv unterbinden. Beim Menschen könnten diese Resultate zu einem neuartigen therapeutischen Ansatz führen, um den durch Störungen der inneren Uhr vermittelten Gesundheitsrisiken bei Schichtarbeitern entgegenzuwirken.
