Form follows function - Einblicke in die Elektronenmikroskopie
Für Gebrauchsgegenstände gilt das Motto ,,form follows function“ – die Gestaltung der Form eines Gegenstands passt sich also dessen Funktion an und ordnet sich dieser unter. Dass dies auch für Proteine gilt, lernten die Schüler und Schülerinnen des W-Seminars „Methoden der Biochemie“ am 12.05.2022 bei Dr. Katja Lammens am Genzentrum der LMU München.
Wenn ein Proteinmolekül funktionieren soll, muss es auch eine dafür geeignete Form haben. Hier bedingt also die sich aus der Evolution ergebende Form der Aminosäurekette die mögliche Funktion, z.B. als Enzym oder Strukturprotein. Am Anfang der Erkenntnis über Proteine steht also deren Struktur selbst: nur, wenn die räumliche Lage der Atome eines Moleküls zueinander bekannt ist, kann auch die Funktion eines Proteins verstanden werden. Das Ermitteln von Proteinstrukturen nimmt daher in der Bioinformatik eine Schlüsselposition ein, weil sie das Bindeglied zwischen Sequenz und Funktion darstellt.
Wie sieht ein Proteinmolekül aus? Ein benachbartes Molekül sieht nur die Elektronenwolke, nicht aber die darunterliegenden Atomkerne. Genau diese Elektronenwolken können mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse und der Elektronenmikroskope dargestellt werden.
Für das menschliche Verständnis der Abhängigkeit der Funktion von strukturbildenden Aminosäuren ist der Anblick einer diffusen Wolke jedoch nicht ausreichend, deshalb werden am Computer die Aminosäureketten ergänzt. Dabei ist die bildliche Darstellung von Strukturen extrem hilfreich. In der Regel werden die Elektronenwolken aus den Beugungsbildern von Röntgenstrahlen an Proteinkristallen oder mit Hilfe der Elektronenmikroskopie gewonnen.
Beide Werkzeuge zur Verdeutlichung von Proteinstrukturen lernten die Schüler und Schülerinnen im Rahmen von Exkursionen kennen. Bei einer ersten Exkursion im vergangenen Herbst konnten sie selbst Proteinkristalle für die Röntgenstrukturanalyse ansetzen, bei der zweiten Exkursion an das Genzentrum der LMU bekamen die Schüler faszinierende Einblicke in die Theorie der Strukturbiologie und in die Elektronenmikroskopie.
