Druckresistenz von Proteintröpfchen gibt Hinweise auf Ursprung des Lebens

So wie Wasser an einem feuchten Tag zu Tropfen kondensiert, können sich auch Proteine in Lösung zu tropfenförmigen Ensembles zusammenschließen und biologische Funktionen erfüllen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind der Meinung, dass diese biomolekularen Systeme eine Rolle bei der Entwicklung des Lebens gespielt haben, da die harten Temperatur- und Druckbedingungen der frühen Erdgeschichte dazu geführt haben könnten, dass einfache organische Verbindungen zu Tröpfchen kondensieren.

Die Gruppe des RESOLV-Wissenschaftlers Prof. Roland Winter vom Bereich Physikalische Chemie I der TU Dortmund wirft nun ein neues Licht darauf, wie sich Druck auf den Kondensationsprozess von Proteinen in Lösung auswirkt. Winter stellte fest, dass Tröpfchen des Augenlinsenproteins y-Crystallin durch Zugabe eines in Tiefseefischen gefundenen Proteinstabilisators gegen hohen Druck resistent werden. Die Ergebnisse wurden im Mai im renommierten "Journal of the American Chemical Society (JACS)" veröffentlicht.

Hinweise auf Entstehung des Grauen Stars

Mit einer Reihe von Mikroskopie- und Spektroskopiemethoden haben die RESOLV-Forscherinnen und -Forscher die Auswirkungen des Drucks auf y-Crystallin gemessen – ein Protein, das das Zytoplasma der Augenlinsenzellen ausfüllt. Bei Temperaturen um 4 °C lösen sich Tröpfchen von y-Crystallin mit einem Druck von nur 0,1 kbar leicht auf. Dies änderte sich, als die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Proteinstabilisator TMAO hinzufügten. TMAO ist eine Verbindung, die Proteinstrukturen unter Druck stabilisiert und in Organismen, die in der Tiefsee gedeihen, sehr präsent ist. Die Ergebnisse von Winter zeigen, dass TMAO auch die Tröpfchenphase bis zu Hunderten von Bar stabilisieren kann – ein Druck, der in der Tiefsee herrscht. „Da der Ursprung des Lebens auf der Erde die Tiefsee gewesen sein könnte, geben unsere Ergebnisse einen Einblick in die mögliche Bildung erster zellähnlicher Strukturen unter Vorlebensbedingungen“, sagt Winter. Darüber hinaus kann die Kondensation von Crystallinen auch ein Faktor für die Entstehung des Grauen Stars sein, einer Krankheit mit oft unbekannten Ursachen, ergänzt Winter.

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