Aesthetic Medicine


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Sauerstoff als letzter Bildhauer des genetischen Codes?!

Mainzer Wissenschaftler um Dr. Matthias Granold und Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann vom Institut für Pathobiochemie haben mittels quantenchemischer Berechnungen eine Lösung für eine der ältesten Fragen der Biochemie gefunden: Erstmals können sie erklären, warum es heute 20 Aminosäuren gibt, aus denen alles Leben aufgebaut ist, obwohl die ersten im Lauf der Zeit entstandenen 13 Aminosäuren ausreichen, um ein umfassendes Repertoire an funktionalen Proteinen aufzubauen. Entscheidend, so die Forscher, ist die größere chemische Reaktivität der neueren Aminosäuren – weniger deren räumliche Struktur. In der Fachzeitschrift PNAS leiten sie darüber hinaus ab, dass der aufkommende Sauerstoff in der Atmosphäre diese Aufnahme weiterer Aminosäuren in den „Protein-Baukasten“ getriggert hat.

Alles Leben ist aus 20 Aminosäuren aufgebaut. Diese wiederum werden aus der Erbsubstanz DNA „abgelesen“: Dabei stehen jeweils drei aufeinanderfolgende DNA-Bausteine für eine Aminosäure – Forscher nennen dieses Raster den „genetischen Code“. „Es war über Jahrzehnte rätselhaft, nach welchen Kriterien die 20 genetisch kodierten Aminosäuren von der Evolution ausgesucht worden sind“, beschreibt Univ.-Prof. Dr. Bernd Moosmann. „Besonders die letzten sieben Aminosäuren sind schwer erklärbar, da sich gute und funktionelle Proteine auch schon mit den ersten 10 bis 13 Aminosäuren zusammenbauen lassen.“

Die Forscher haben nun erstmals die Quantenchemie aller Aminosäuren, die das Leben benutzt, mit der Quantenchemie von Aminosäuren aus dem Weltall – gefunden in Meteoriten –sowie mit modernen Referenz-Biomolekülen verglichen. Dabei kam heraus, dass die neuen Aminosäuren systematisch „weicher“ (engl. „softer“) geworden sind. Chemisch „weich“ bedeutet dabei letztlich „leicht reaktiv“ oder chemisch leicht veränderbar. „Man könnte sagen, dass der Übergang von der toten Chemie des Weltalls zur modernen Biochemie in einer stetig steigenden Weichheit und damit Reaktivität der Bausteine bestand“, so Professor Moosmann. Für die Entwicklung der letzten Aminosäuren spielten also funktionelle Aspekte die entscheidende Rolle. Echte strukturelle Innovationen bieten die neuesten Bausteine hingegen kaum. In biochemischen Experimenten konnten die Forscher das Ergebnis ihrer theoretischen Rechnungen verifizieren.

Die sich anschließende Frage lautet: Warum kamen die „weichen“ Aminosäuren hinzu? Womit sollten die neuen, leicht reaktiven Aminosäuren denn reagieren? Aus ihren Ergebnissen folgern die Wissenschaftler, dass zumindest einige dieser neuen Aminosäuren, speziell Methionin, Tryptophan und Selenocystein, als Folge des aufkommenden Sauerstoffs in der Atmosphäre hinzugefügt wurden. Dieser Sauerstoff fördert die Bildung toxischer freier Radikale – in der Konsequenz sind moderne Organismen und Zellen massiv „Oxidativem Stress“ ausgesetzt. Die freien Radikale werden von den neueren Aminosäuren in sehr effizienter Weise gleichsam abgefangen – indem diese Aminosäuren chemische Reaktionen mit den freien Radikalen eingehen, die leicht reparierbar sind, und dadurch andere, wertvollere biologische Strukturen, die nicht reparierbar sind, vor der sauerstoff-induzierten Zerstörung schützen. Durch die neuen Aminosäuren ergab sich für die Urahnen aller heutigen Zellen somit ein echter Überlebensvorteil, der sie in der „neuen Welt“ bestehen ließ. „Man könnte den Sauerstoff daher auch als letzten Bildhauer des genetischen Codes verstehen“, veranschaulicht Professor Moosmann.

Originalveröffentlichung:

Matthias Granold, Parvana Hajieva, Monica Ioana Tosa, Florin-Dan Irimie, Bernd Moosmann; „Modern diversification of the amino acid repertoire driven by oxygen“; PNAS, January 2, 2018, vol. 115, no. 1, 41–46

http://www.chemie.de


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Wasserhülle der RNA in Echtzeit untersucht

Struktur der RNA-Doppelhelix, blaue Sphären stellen Natrium-Gegenionen dar. Rechts: Vergrößerung des aus Phosphat- und Zuckergruppen bestehenden RNA-Rückgrats, verbrückende Wassermoleküle sind schematisch dargestellt. Die Schwingungen des RNA-Rückgrats dienen als empfindliche Sonden, um den Einfluss unmittelbar benachbarter Wassermoleküle auf Struktur und Dynamik der RNA in Echtzeit zu verfolgen.

Bild: Forschungsverbund Berlin e.v


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Herzlichen Glückwunsch, Frederic!

zu Deiner ersten internationalen Arbeit als Erstautor. Ich freue mich, dass Du die Liebe zur Naturwissenschaft mit mir teilst. Ich verstehe von Deiner Arbeit nur die Hälfte, aber ich weiss, wieviele Stunden im Labor und frustrane Ansätze darin stecken.

Aber dies ist nur der Anfang und Du durftest einen Blick hinter die Geheimnisse der Schöpfung werfen. Ich wünsche Dir viel Erfolg bei Deinen weiteren Forschungen und Demut vor der Natur.

Dein Vater

https://www.nature.com/articles/s41467-017-02312-7


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In memoriam an meinen Hochschullehrer der Physik

In Memoriam an meinen Lehrer.

Ich verbeuge mich in Ehrerbietung.

R.I.P. Herr Prof. Dr. rer. nat. Alfred Benninghoven.

High performance liquid chromatography and time-of-flight secondary ion mass spectrometry: a new dimension in structural analysis of apolipoproteins

H-U.Jabs,* G. Assmann,“* D. Greifendorf,** and A. Benninghoven**

Institut fur Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (Zentrallaboratorium),Medizinische Einrichtungen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, Albert-Schweitzer Strasse 33, D-4400 Münster/FRG and Institut fur Arterioskleroseforschung an der Universität Münster/FRG,* and Physikalisches Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, Domagkstrasse 75, D-4400 Münster/FRG*

Journal of Lipid Research Volume 27, 1986

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Alfred_Benninghoven


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Chronobiologie & Regulationsmedizin für Gesundheit und Wohlbefinden

Neurons in the brain that produce the pleasure-signaling neurotransmitter dopamine also directly control the brain’s circadian center, or „body clock“ – the area that regulates eating cycles, metabolism and waking/resting cycles – a key link that possibly affects the body’s ability to adapt to jet lag and rotating shift work, a new University of Virginia study has demonstrated.

The finding is reported in today’s online edition of the journal Current Biology.
„This discovery, which identifies a direct dopamine neuron connection to the circadian center, is possibly the first step toward the development of unique drugs, targeting specific neurons, to combat the unpleasant symptoms of jet-lag and shiftwork, as well as several dangerous pathologies,“ said Ali Deniz Güler, a UVA professor of biology and neuroscience who oversaw the study in his lab.

Modern society often places abnormal pressure on the human body—from shifting time schedules due to air travel, to work cycles that don’t conform to natural light, to odd eating times—and these external conditions create an imbalance in the body’s natural cycles, which are evolutionarily synchronized to day and night. These imbalances may contribute to depression, obesity, cardiovascular diseases and even cancer.
„Scientists have been working for decades to help the body’s circadian system readily re-synchronize to variable work and eating schedules and flights across multiple time zones,“ Güler said. „Finding this connection between dopamine-producing neurons and the circadian center allows us to target these neurons with therapies that could potentially provide relief of symptoms for travelers and shift workers particularly, and possibly people with insomnia.“
Sleep disorders and abnormal circadian rhythms affecting the brain and other organs can worsen many pathologies involving aberrant dopamine neurotransmission, Güler said, including Parkinson’s disease, depression, attention deficit/hyperactivity disorder, bipolar disorder, schizophrenia and drug addiction.
„New understanding of dopamine-producing neurons and the connection to the body’s biorhythms may go a long way toward treatments to alleviate the harmful effects of these serious pathologies,“ Güler said.
Güler’s laboratory specializes in identifying neural circuits that govern biological rhythms in the brain, providing unique therapeutic targets for a range of diseases. Ph.D. candidate Ryan Grippo, Güler’s graduate student, led the Current Biology study.
The researchers used two types of mice in their investigation: one normal, the other with dopamine signaling disrupted. By shifting the light schedules of the two groups by six hours, a jet-lag effect, they found that the dopamine-disrupted animals took much longer to resynchronize to the six-hour time shift, indicating feedback between the dopamine neurons and the circadian center.
„This shows that when we engage in rewarding activities like eating, we are inadvertently affecting our biological rhythms,“ Güler said. „We may have found the missing link to how pleasurable things and the circadian system influence one another.“
More information: Current Biology (2017). DOI: 10.1016/j.cub.2017.06.084


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Das Gesetz des Minimums!

TORC1 ist ein Proteinkomplex, der mTOR und einige andere assoziierte Proteine mit einschließt. Dieser Komplex fungiert in der Zelle als Sensor für den Status von Nährstoffen, oxidativem Stress und Energie. Kontrolliert wird dieser Komplex durch Insulin, Wachstumshormone, oxidativem Stress und Aminosäuren, hier besonders durch Leucin.

Ein aktiviertes TORC1 aktiviert seinerseits die Proteinbiosynthese. Um eine Zelle wachsen zu lassen, müssen eine Reihe von Ressourcen für die Proteinbiosynthese vorhanden sein, wie genug zelluläre Energie in Form von ATP, Sauerstoff, Nährstoffe, die richtigen Wachstumsfaktoren und so weiter. mTOR ist ebenfalls ein Protein, das eine Reihe von Aktivitäten der Zelle reguliert, wie das Zellwachstum, Zellteilung, Zellmotilität, das Überleben der Zelle, Proteinbiosynthese und Transkription bei der Biosynthese.
Wenn also aufgrund der anspruchsvollen Anforderungen für die Aktivierung von TORC1 – ATP, Sauerstoff, Nährstoffe, die richtigen Wachstumsfaktoren und so weiter – ein Faktor fehlt, dann bleibt die Aktivierung von TORC1 aus. Und das genau geschieht beim Fehlen von Nährstoffen wie sie mit einer Kalorienrestriktion einhergehen.
http://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(14)00729-3