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Biochemie: Zuwachs bei Globinen
Mainzer Forscher haben gleich zwei neue Proteine entdeckt, die Körperzellen Sauerstoff zuführen - beides Verwandte des Blutfarbstoffs Hämoglobin
Für ihren Stoffwechsel brauchen höhere Lebewesen Sauerstoff, und damit das Atemgas zu Organen und Zellen transportiert und in besonders aktivem Gewebe gespeichert werden kann, bedarf es so genannter Atmungsproteine. Diese nehmen Sauerstoff in Eisen- oder Kupferverbindungen auf und geben ihn bei Bedarf wieder ab.
Die größte Gruppe dieser respiratorischen Proteine bilden die Globine. Sie wurden nicht nur bei Tieren, sondern auch bei Pflanzen, Pilzen, Einzellern und Bakterien gefunden und gehören wegen ihrer lebenswichtigen Funktion zu den best-untersuchten Proteinen überhaupt. Umso überraschender ist nun die Entdeckung zweier völlig neuer Globine. "Neuroglobin" und "Cytoglobin" taufte das Team um den Molekulargenetiker Thomas Hankeln und den Zoologen Thorsten Burmester von der Universität Mainz den "Nachwuchs" im "Globin-Zoo". Neuroglobin kommt nur im Gehirn und sonstigen Nervengeweben vor, Cytoglobin wiesen die Forscher vom Blinddarm bis zur Blase im Plasma aller Zellen nach.
Zur bereits seit langem bekannten Verwandtschaft der Moleküle zählt Hämoglobin, das in den roten Blutkörperchen den Sauerstoff aus der Lunge im Körper verteilt; außerdem Myoglobin, das der Zwischenspeicherung von Sauerstoff im Muskel dient. Da Hämoglobin mit dem Blutstrom in den gesamten Körper gelangt, wurde ein weiteres Sauerstoffbinde-Protein bislang für nicht notwendig gehalten.
Vom Neuroglobin wissen die Forscher bereits, dass es Sauerstoff speichern und so die Zellen vor Schädigung bei Sauerstoffmangel schützen kann. Dies ist im Gehirn besonders wichtig, denn obwohl es nur zwei Prozent des Körpergewichts ausmacht, beansprucht unser Denkorgan 20 Prozent des verfügbaren Sauerstoffs. Weil das Cytoglobin 40 Aminosäure-Bausteine länger ist als die anderen Globine, hat es neben der Sauerstoffspeicherung vermutlich noch weitere Funktionen. Ein solches in allen Geweben vorkommendes Protein könnte zum Beispiel als Sensor fungieren, der misst, wie viel Sauerstoff in einer Zelle vorhanden ist.
Die Gene für die körpereigene Produktion von Neuro- und Cytoglobin fand das Forscher-Team durch Datenbanksuche in den riesigen Mengen noch nicht analysierter Sequenzen, die das Humangenomprojekt HUGO geliefert hatte. Aus den Gensequenzen und den sie umgebenden Bereichen konnten die Forscher ablesen, dass Cytoglobin und Myoglobin nahe Verwandte sind. Das altbekannte Myoglobin ist also eine gewebespezifische Variante des Cytoglobins, die sich wohl entwickelt hat, um den hohen Sauerstoffbedarf im Muskel zu decken.
Den neuen Erkenntnissen zufolge besaß der letzte gemeinsame Vorfahre aller Wirbeltiere zwei Globin-Gene. Das eine, das Neuroglobin-Gen, hat sich vermutlich schon parallel zur Entstehung des Nervensystems der Tiere entwickelt, da man es auch bei vielen Wirbellosen wie beispielsweise dem Ringelwurm Aphrodite aculeata findet. Das andere Gen war das Vorläufer-Gen von Hämo-, Cyto- und Myoglobin.
Vor allem bei Neuro- und Cytoglobin-Genen haben sich die Sequenzen weitgehend erhalten – offenbar wurde nur rund alle 20 Millionen Jahre ein Baustein ausgetauscht. Dies ist etwa dreimal seltener noch als etwa beim Hämoglobin-Gen und ist ein Beleg dafür, dass ein funktionieren des Atmungsprotein seit jeher besonders wichtig für das Überleben war.
