Medizinnobelpreis 1959: Severo Ochoa — Arthur Kornberg

Medizinnobelpreis 1959: Severo Ochoa — Arthur Kornberg

 

Die beiden Amerikaner erhielten den Nobelpreis »für die Entdeckung des Mechanismus in der Biosynthese der Ribonucleinsäure und Desoxyribonucleinsäure«.

 

 Biografien

 

Arthur Kornberg, * New York 3. 3. 1918; ab 1946 Mitarbeiter von Ochoa am College of Medicine in New York, ab 1953 Professor und Leiter der Abteilung für Mikrobiologie an der Washington University School of Medicine in St. Louis (Missouri), ab 1959 Professor für Biochemie an der Stanford University School of Medicine (Palo Alto, Kalifornien).

 

Severo Ochoa, * Luarca(Spanien) 24. 9. 1905, ✝ Madrid 1. 11. 1993; ab 1956 US-Staatsbürger, ab 1931 Privatdozent an der Universität von Madrid, ab 1942 Professor an der New York University School of Medicine, zuletzt am Roche-Institut für Molekularbiologie in Nutley (New Jersey).

 

 Würdigung der preisgekrönten Leistung

 

Die mikroskopisch kleine Amöbe und der 100 Meter hohe Mammutbaum, der tonnenschwere Elefant und die ultraleichte Blaualge, der 30 Meter lange Blauwal und der wuchernde Schleimpilz, die 200-jährige Schildkröte und ein nur 20 Minuten lebendes Bakterium. Sie alle bauen sich nach den gleichen Grundprinzipien auf: Proteine und Nucleinsäuren bilden das Grundgerüst der Zellen, die entweder selbst eigenständige Lebewesen sind oder die sich zu Verbänden von vielen Millionen oder Milliarden Zellen zusammenschließen, aus denen ein Tier oder eine Pflanze besteht. Wie diese beiden Grundbausteine Protein und Nukleinsäure zusammenhängen, haben Severo Ochoa und Arthur Kornberg herausgefunden. Decken Wissenschaftler solche grundlegenden Zusammenhänge auf, ist das Stockholmer Komitee geradezu verpflichtet, ihnen den Nobelpreis zu verleihen.

 

 Funktionsprinzipien der Grundbausteine des Lebens

 

Leben funktioniert ähnlich wie das Alphabet — dieser schlichte Satz spiegelt eine Grunderkenntnis der Biologie im 20. Jahrhundert wider. Die beiden Grundbausteine des Lebens, Proteine und Nucleinsäuren, bauen sich nämlich, ähnlich dem Alphabet, aus sehr wenigen Bausteinen auf, deren Kombination trotzdem eine unendliche Vielfalt erlaubt. 26 Buchstaben umfasst das Alphabet, das im Deutschen oder Englischen verwendet wird. Jedes Schulkind schreibt diese Zeichen rasch und problemlos in eine Zeile. Und doch lassen sich Buchstaben zum Beispiel zu den Werken eines Shakespeare oder Goethe kombinieren und füllen unendliche Reihen von Bibliotheken mit unterschiedlichstem Wissen, Unterhaltung oder lustigen Geschichten. So erfolgreich ist dieses Alphabet, dass niemand sich je daran gemacht hat, etwas Besseres zu erfinden. Und wenn nach Zukunftsprognosen gefragt wird, steht eines außer Frage: Es wird weiter mit den bekannten 26 Buchstaben geschrieben werden, ob auf Tontafeln, auf Papier oder in die Tastatur eines Rechners.

 

Ganz ähnlich bauen sich auch sämtliche Proteine auf der Erde auf, nämlich aus den 20 bisher bekannten Aminosäuren. Genau wie Buchstaben zu Silben, Wörtern und Sätzen aneinander gefügt werden, verketten sich auch Aminosäuren zu langen Reihen. Diese können aus vielen tausend oder wie das menschliche Insulin auch nur aus 51 Bausteinen bestehen. Wie Perlen auf einer Kette reihen sich die Aminosäuren aneinander und bilden oft wendeltreppenartige Gebilde. Einige der so entstehenden Eiweiße bauen Zellwände auf oder bilden Teile bestimmter Körperorgane. Andere Eiweiße beschleunigen als so genannte Enzyme Reaktionen zwischen bestimmten Biomolekülen, die sonst viel länger dauern würden, als der jeweilige Organismus lebt. Wieder andere schließen sich mit Nucleinsäuren oder Metallatomen zu komplizierten Strukturen zusammen. Dazu gehört zum Beispiel das Ribosom, das sich aus Proteinen und Nucleinsäuren zusammensetzt und die Proteinfabrik der Zelle ist. Der Blutfarbstoff Hämoglobin wiederum besteht aus langen Proteinen mit mehreren Eisenatomen und transportiert den lebensnotwendigen Sauerstoff im Blut. Ganz ähnlich baut sich Chlorophyll auf, das allerdings Magnesiumatome enthält und in Pflanzen für die Umwandlung von Sonnenlicht in Bioenergie und Körperbausteine sorgt.

 

 Das Nucleinsäurealphabet

 

Das Alphabet der Nucleinsäuren ist sogar erheblich einfacher als das Aminosäurealphabet aufgebaut. Die Erbsubstanz DNS (Desoxyribonucleinsäure, auch DNA; das A stammt vom englischen Wort »acid« für »Säure«) kommt mit gerade einmal vier Nucleotide genannten Buchstaben aus. Drei dieser Nucleotide werden in ähnlicher Form von der zweiten wichtigen Nucleinsäure, der RNS (Ribonucleinsäure, auch RNA) übernommen, nur das vierte Nucleotid wird durch ein relativ stark verändertes ersetzt. Die RNS ist im Prinzip eine Kopie eines bestimmten Gens auf der DNS und überträgt diese Information zum Ribosom. Dort wird nach Vorlage der RNS dann ein entsprechendes Protein synthetisiert. Letztlich besteht das Grundprinzip des Lebens aus dem Nucleinsäurealphabet mit vier Zeichen, das mithilfe des Ribosoms in die Proteinsprache und deren 20 Buchstaben, die Aminosäuren, übersetzt wird. Ohne Nucleinsäuren also keine Proteine, könnte man diese Tatsache kommentieren.

 

 Ohne Proteine keine Nucleinsäuren

 

Ochoa und Kornberg haben bewiesen, dass der Satz auch umgekehrt gilt: »Ohne Proteine gibt es keine Nucleinsäuren. Die Wissenschaftler isolierten jeweils ein Enzym, also ein spezielles Protein, ohne das in der Natur DNS oder RNS nicht hergestellt werden kann. Noch heute ist das so genannte Kornberg-Enzym, das die Bildung von DNS aus Nucleotiden herbeiführt, für einen Molekularbiologen ein zentrales Handwerkszeug, das mit rein technischen Methoden nicht annähernd ersetzt werden kann.

 

Beide Enzyme, die Kornberg und Ochoa isolierten, funktionieren ähnlich. Einige dieser Prinzipien konnten erst nach der endgültigen Aufklärung der DNS-Struktur enträtselt werden. Beide Enzyme benötigen eine Vorlage, nach deren Vorbild sie Nucleinsäure produzieren. Die aus dem Darmbakterium Escherichia coli isolierte Kornberg-Polymerase ergänzt einen einzelnen DNS-Strang mit Nucleotiden zu einem Doppelstrang. Die von Ochoa aus einem Essigsäurebakterium isolierte RNS-Polymerase nimmt ebenfalls einen DNS-Einzelstrang als Vorlage und produziert davon eine RNS-Kopie, nach deren Vorbild Eiweiße im Ribosom zusammengebaut werden. Beide Enzyme sind so zentral für alle biologischen Prozesse, dass der Nobelpreis 1959 als einer der wichtigsten in der Geschichte dieser Auszeichnung bezeichnet werden muss.

 

R. Knauer, K. Viering