Verschiedene Proteinkristalle

Ohne Proteine wäre Leben nicht möglich. Ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise sind jedoch noch wenig erforscht. Dies lässt sich mittels Röntgenstrukturanalyse bewerkstelligen. Ein Vorgang, der qualitativ hochwertige Proteinkristalle voraussetzt. Diese wiederum lassen sich nur in der Schwerelosigkeit erzeugen. Daher befinden sich mehrere Kristallisationseinrichtungen auf der ISS, darunter eine im europäischen Columbus-Modul: die Protein Crystallisation Diagnostics Facility (PCDF).

Proteine sind zentrale Bausteine der lebenden Materie. Die kleinen Wunderwerke bestehen aus Hunderten oder gar Tausenden Aminosäuren und sind in drei Dimensionen kompliziert gefaltet. Dieser Aufbau wiederum bestimmt die einwandfreie Funktion eines Proteins. Um in seine Geheimnisse einzudringen, benötigen die Wissenschaftler sehr kurzwellige Röntgenstrahlen hoher Leistung, die die Molekülstrukturen bis ins Innerste „ausleuchten“ können. Dieses Verfahren ist als Röntgenstrukturanalyse bekannt.

Die Schwerkraft stört

Röntgenstrahlen werden aber nur an kristallinen Strukturen gebeugt. Die zu untersuchenden Proteine müssen also zunächst kristallisiert werden. Das geschieht mittels übersättigter Proteinlösungen durch ausfällen. Ein diffiziler Vorgang, bei dem sich die Schwerkraft durch Konvektion und Sedimentation von Lösungskomponenten bemerkbar macht. Das Kristallgitter wird verzerrt oder es entsteht gar in anderer nicht gewünschter Form. Schon früh sind die Wissenschaftler deshalb auf die Idee gekommen, die Kristallzüchtung im Weltraum vorzunehmen.
Die Erfahrungen mit Kristallen aus dem All sind sehr gut. Zurück auf der Erde, werden sie in Teilchenbeschleunigeranlagen – das sind wahre Monstermaschinen mit mehreren 100 Metern Durchmesser – der Strukturanalyse unterzogen. Es entstehen Beugungsmuster, aus denen Computerprogramme die Proteinstruktur berechnen und darstellen.