Kategorie-Archiv: Neu
Kristallstruktur einer kurzlebigen Peroxo-Zwischenstufe aufgeklärt
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.
OXM könnte Störungen der inneren Uhr korrigieren
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.
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.
Publikation:
Oxyntomodulin regulates resetting of the liver circadian clock by food. Dominic Landgraf, Anthony H Tsang, Alexei Leliavski, Christiane E Koch, Johanna L Barclay, Daniel J Drucker, Henrik Oster. eLife 2015;10.7554/eLife.06253.
DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.06253
Gesund essen mit kleinem Budget
Ein geringes Monatsbudget für Lebensmittel ist keine Ausrede für eine ungesunde Ernährungsweise, denn gute Lebensmittel können auch preiswert sein.
Viele Menschen in Deutschland müssen mit einem geringen monatlichen Einkommen haushalten und auch beim Lebensmitteleinkauf drastisch sparen. Doch eine vernünftige Ernährung ist kein Luxusgut und lässt sich auch mit kleinem Budget umsetzen. Wer auf seine Ernährung achtet, viele natürliche Lebensmittel einkauft und selbst kocht, spart schon automatisch.
Gemüse und Obst bilden eine preiswerte Basis für das tägliche Essen. Saisonangebote und Waren aus der Region sind aufgrund der geringen Lagerungs- und Transportkosten oft preisgünstiger, als viele denken. Hier reicht es, sich gut umzuschauen und die Kilogrammpreise zu vergleichen. Hülsenfrüchte und Vollkornprodukte sättigen durch den hohen Ballaststoffgehalt sehr gut. Gleiches gilt auch für Eiweiß und Fett in Eiern und Milchprodukten. Ein Linseneintopf mit Sahne und einer Scheibe Brot ist zum Beispiel ein preiswertes Gericht, das lange sättigt. Dabei müssen es auch nicht die teuren Produkte der Markenanbieter sein. In den Regalen stehen weiter unten meist preiswertere Alternativen, die genauso gut sind. Welcher Markenname auf dem Naturjoghurt oder dem Käse steht, spielt für die Qualität weniger eine Rolle.
Was das Budget hingegen stärker belastet, sind hochwertige Fleisch- und Fischprodukte. Hiervon sollten allerdings ohnehin nur zwei Portionen pro Woche auf den Teller kommen. Wer überwiegend vegetarische Kost mit Eiern und Milchprodukten isst, kauft in der Regel günstiger ein als regelmäßige Fleisch- und Wurstesser.
Aus welchen Stufen sich eine gesunde Ernährung zusammensetzt veranschaulicht die FET-Ernährungspyramide „Bewusste Ernährung“, die in der Rubrik „Unser täglich Brot“ mit weiterführenden Erklärungen vorgestellt wird.
Dipl.troph. Christine Langer
