Die Aminosäuresequenzanalyse

FREDERIK SANGER bekam 1958 den Nobelpreis für die Strukturaufklärung von Proteinen und 1980 für die Sequenzanalyse von Nukleinsäuren. Unter anderem hat er auch den Aufbau des Insulins erklärt und weiter wichtige Evolutionstheorien geliefert.

Methode: Eine Strukturaufklärung von Proteinen beginnt mit der Reinigung des Materials. Dann wird die Probe stundenlang mit starken Säuren gekocht, um das Molekül hydrolytisch (Spaltung chemischer Verbindungen durch Reaktion mit Wasser) in alle seine Aminosäuren zu spalten. Die chromoatographische Untersuchung ergibt einen Überblick über alle in dem Protein vorkommenden Aminosäuren. Das Ergebnis sagt aber noch nichts aus über die Reihenfolge der Aminosäuren im Molekül aus.

Weiterhin besteht dir Möglichkeit, die endständigen Aminosäuren mit speziellen Farbmolekülen z verbinden, wobei spezifische Reaktionen für das C- terminale Ende der Kette bzw. des N- terminale Ende zur Verfügung stehen. C- terminal ist das Ende, das die freie Carboxylgruppe trägt, N- terminal das mit der freien Aminogruppe. Bestimmte Enzyme oder Reagenzien trennen nun spezifisch die jeweils letzten Aminosäuren ab, die man chromatographisch nachweisen kann. So ist es möglich, die Kette Glied für Glied abzubauen und die Einzelbruchstücke nacheinander nachzuweisen. Satt der hier beschriebenen enzymatischen Spaltungwerden auch hydrolytische Verfahren mit Säuren oder Laugen angewandt. SANGER  brauchte für die Aufklärung der Insulinstruktur (1953) 100g Substanz und 10 Jahre. Das Insulinmolekül besteht aus 51 Aminosäuremolekülen. Heute kann die Struktur einer Kette von ca. 1000 Bausteinen mit automatisch arbeitenden Geräten aus einigen Milligramm in wenigen Tagen aufgeklärt werden. (eine fortschreitende Technologie). Die Aminosäuresequenzen von Tausenden von Proteinen sind inzwischen für die weitere Untersuchung in Computerspeichern festgehalten.

Erklärung der Methode am Bsp. Cytochrom C

Man betrachtet für die Untersuchung ein Molekül, das bei möglichst vielen Arten von Lebewesen vorkommt. In unserem Beispiel ist es das Enzym Cytochrom-c, ein Bestandteil der Atmungskette, die bei allen atmenden Lebewesen vorkommt. Der vergleich der Aminosäuresequenzen dieser Proteine zeigt, dass zwischen den einzelnen Arten Unterschiede bestehen. Jeder Aminosäure- Unterschied kann aber als Änderung der DNA- Struktur dieser Lebewesen aufgefasst werden, dass heißt also als Ausdruck einer Mutation. Je mehr Aminosäure- Unterschiede vorhanden sind, desto mehr Mutationen haben also seit der Trennung der Lebewesen im stammesgeschichtlichen Ablauf stattgefunden, desto größer ist also auch ihre verwandtschaftliche Distanz. Die Berechnung des Cytochrom-c - Stammbaums .

Autoren: Christian Freier (Webmaster), Sarah Schmidt, René Küttel

Quellen:

Linder Biologie, J.B. Metzler, 20. Auflage, J.B. Metzlersche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart
- Biologie heute S II, Schroedel, Wolfgang Miram und Karl-Hein Scharf, 1981, Hannover
- Evolution, Schroedel, Peter Hoff / Wolfgang Miram, Schroedel Schulbuchverlag, 1987, Hannover
- http://www.i-a-s.de/IAS/botanik/d43/43e.htm