Nova Acta Leopoldina Band 110 Nummer 377

nerie zugänglich gemacht werden. Dies passiert in einem fein regulierten Prozess, der als epi- genetisches Programm bezeichnet wird und dessen globale Organisation bis heute im Wesent- lichen unverstanden ist. Das junge Gebiet der epigenetischen Bioinformatik (Computational Epigenetics) analy- siert, vornehmlich mit vergleichenden Methoden, genomweit Aspekte der lokalen Chroma- tinstruktur (BOCK und LENGAUER 2008, FELSENFELD und GROUDINE 2003). Insgesamt ist zu subsummieren, dass die Analyse von DNA-Struktur, dort wo sie aufgrund der Konstanz der Doppelhelix nicht trivial ist, uns heute noch vor große Herausforderungen stellt. 2.2 Proteine Proteine sind die molekularen Maschinen des Lebens. Ihre molekularen Ketten sind aus den 20 Aminosäuren zusammengebaut. Diese Aminosäuren bilden so etwas wie einen universellen Baukasten für organische Chemie. Es gibt Aminosäuren unterschiedlichster Größe und che- mischer Qualität. Durch das Aneinanderketten der Aminosäuren mittels der Peptidbindung entstehen hoch flexibel strukturierte molekulare Arrangements. Während die DNA ein mole- kularer Spezialist zur Informationsspeicherung ist, sind Proteine Spezialisten für die Imple- mentierung molekularer Abläufe. Proteine halten nicht sehr lange und eignen sich deshalb nicht zur Speicherung von Informationen. Dafür können sie etwas, was DNA aufgrund ihrer unzureichenden strukturellen Vielfalt nicht kann, nämlich molekulare Arbeit verrichten. Dies tun sie vornehmlich auf zweierlei Weise. Zum einen ändern sie ihre dreidimensionale Kon- formation, und zum anderen binden sie an andere Moleküle, die wiederum Proteine, DNA, RNA oder kleine Moleküle wie Zucker oder Fette sein können. Proteine stellen für die Computermodellierung der molekularen Struktur die ideale Domäne dar. Bei vielen Proteinen ist die Struktur eindeutig in der Proteinkette codiert. Das ist nur na- heliegend, denn die Natur benötigt zur Umsetzung des Lebens zuverlässige Bausteine. Dabei soll nicht übergangen werden, dass gewisse Proteine „absichtlich“ unstrukturiert sind: Die Natur bedient sich z. B. auch gern molekularer Versionen von Angelleinen. Wir kennen die Struktur bereits von einer ganzen Reihe von Proteinen, aber bei weitem nicht von allen. Je nachdem, was man als gleichartige und verschiedenartige Strukturen definiert, verwendet die Natur etwa ein paar 1000 wesentlich verschiedene Proteinstrukturen. Geschätzte 30 % von ihnen sind uns heute bekannt (KOONIN et al. 2002, GRANT et al. 2004). Abbildung 6 zeigt ein typisches Protein, die HIV-Protease. Dieses Protein agiert wie eine molekulare Schere. Das HI-Virus bringt es mit sich und benutzt es dazu, Proteinketten für neue virale Partikel auseinanderzuschneiden. Abbildung 6 zeigt deutlich den scherenartigen Aufbau des Proteins: Es besteht aus zwei identischen Proteinketten mit je 99 Aminosäuren, die wie bei einer Schere rotationssymmetrisch angeordnet sind. Das Protein hat eine offene Form, in der es die zu schneidende Proteinkette einlässt, und eine geschlossene Form, in der es schneidet. Proteine sind von unterschiedlichster Größe und Gestalt und haben unterschiedlichste Auf- gaben (Abb. 7). Eine wesentliche Bemerkung ist, dass einzelne Proteinketten, sogenannte Mo- nomere, sich zu größeren Komplexen aggregieren und so überaus beeindruckende molekulare Maschinen bilden können. In Abbildung 7 sind die Proteine nach aufsteigender Größe und Komplexität aufgereiht. Liegt die Sequenz eines Proteins vor, so kann man über das Protein vielfältige Fragen stel- len, die man versuchen kann, mit Computerhilfe zu beantworten. Eine grundlegende ist die Wie funktioniert das Leben? Nova Acta Leopoldina NF 110, Nr. 377, 11–44 (2011) 21