Johann Deisenhofer

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Johann Deisenhofer (1989)

Johann Deisenhofer(*30. September1943inZusamaltheim,Landkreis Dillingen an der Donau) ist ein deutscherBiophysiker.Er beschäftigte sich vor allem mit der Strukturanalyse zum Aufbau und der Funktion vonProteinmolekülen.Für die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur desphotosynthetischen ReaktionszentrumsvonPurpurbakterienerhielt er 1988 gemeinsam mitRobert HuberundHartmut MicheldenNobelpreis für Chemie.[1]

Leben und Werk

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Familie und Schulzeit

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Johann Deisenhofer ist das erste Kind des Landwirts Johann Deisenhofer und seiner Frau Thekla (geb. Magg), 1948 wurde zudem seine Schwester Antonie geboren. Deisenhofer besuchte die Grundschule inZusamaltheimund wechselte 1956 zur Knabenmittelschule Hl. Kreuz,Donauwörth.Danach besuchte er von 1957 bis 1959 die Staatliche Realschule Wertingen. Seine Leistungen und Ergebnisse berechtigten ihn 1959 zum Besuch desHolbein-GymnasiumsinAugsburg,wo er 1963 das Abitur ablegte. Nach 18-monatigem Wehrdienst nahm er mit einem „Stipendium für besonders Begabte“des Bayerischen Staatsministeriums für Unterricht und Kultus 1965 das Studium derPhysikan derTechnischen Universität Münchenauf. Nach eigenen Angaben motivierte ihn vor allem sein Interesse an moderner Physik und Astronomie zum Physikstudium, unter anderem durch die Lektüre von populären Büchern vonFred Hoyle.[2]

Studium und frühe Forschungsarbeiten

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Während des Studiums bemerkte Deisenhofer, dass sich die theoretische Physik sehr stark von seinen Erwartungen unterschied, zugleich entwickelte er zunehmend Interesse für dieFestkörperphysik.1971 fertigte er seine Diplomarbeit in der Arbeitsgruppe vonKlaus Dransfeldunter der Betreuung von Karl-Friedrich Renk ab, die 1971 zu seiner ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung führte, einem Artikel in der ZeitschriftPhysical Review Lettersüber eine neue Technologie zum Nachweis vonPhononen.[3]Dransfeld beschäftigte sich zu dieser Zeit unter anderem mitbiophysikalischenFragestellungen, wodurch Deisenhofer 1971 seine Dissertation amMax-Planck-Institut für Biochemie(damals noch „Max-Planck-Institut für Eiweiß- und Lederforschung “) inMartinsriedbeiRobert Huberzusammen mitWolfgang Steigemannbegann. Sie arbeiteten gemeinsam an der kristallografischen Verfeinerung der Strukturaufklärung despankreatischenTrypsin-Inhibitorsdes Rindes durch eine Optimierung der Röntgenstrukturanalyse und der Auswertung und veröffentlichten die Ergebnisse in der ZeitschriftActa Crystallographica.[4]Deisenhofer beendete seine Dissertation Ende 1974 mit der Arbeit „Kristallographische Verfeinerung der Struktur des pankreatischen Trypsin-Inhibitors bei 1.5ÅAuflösung “.[2][5]

Robert Huber, 2008, Doktorvater von Deisenhofer

Im Anschluss an seine Dissertation bot ihm Huber eine Post-Doktorandenstelle für zwei Jahre an, die er annahm und die 1976 zu einer permanenten Stelle umgewandelt wurde. Deisenhofer arbeitete gemeinsam mitPeter M. ColmanundWalter Palmvon derUniversität Grazan dem menschlichenImmunglobulinKol, einemMyelom-Protein aus der Gruppe derImmunglobuline der Klasse G.Nach der Strukturaufklärung dieses Proteins arbeitete er mit Huber bis 1980 an der Arbeit von Peter Colman am humanen Fc-Fragment und den Komplex mit einem Fc-bindenden Teil des Protein A vonStaphylococcus aureus.[6]In der Folge arbeitete Deisenhofer unter anderem an Strukturaufklärungen des humanen C3a, derCitrat-Synthaseund einemalpha-1-Proteinase-Inhibitor.[2]

Forschungen am Photosynthese-Reaktionszentrum und Nobelpreis

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

1982 wurde er durch Hartmut Michel, der gemeinsam mitDieter Oesterheltnach Martinsried gekommen war, auf die Erfolge bei derKristallisationdes Photosynthese-Reaktionszentrums vonRhodopseudomonas viridisaufmerksam. Deisenhofer schloss sich der Arbeitsgruppe an und begann mit der Strukturaufklärung der dreidimensionalen Struktur des Reaktionszentrums. Ergänzt wurde die Gruppe durchKunio Miki,einem Post-Doktoranden derUniversität Osaka,der bis 1983 in Martinsried blieb, sowie später durchOtto Epp.Bereits Ende 1983 konnte die Gruppe erste Erfolge verzeichnen, innerhalb der nächsten zwei Jahre konnte die vollständige Struktur aufgeklärt werden und weitere zwei Jahre später, 1987, war die Verfeinerung der Struktur auf 2,3 Å Auflösung abgeschlossen.[2]Gemeinsam veröffentlichten die Forscher ihre Ergebnisse im Dezember 1985 in denProceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.[7][8]Hartmut Michel und Deisenhofer erhielten 1986 den Biological Physics Prize derAmerican Physical Societysowie 1988 denOtto-Bayer-Preis.Deisenhoferhabilitiertesich 1987 an der Technischen Universität München und erhielt 1988 eine Berufung als Professor für Biochemie derUniversity of TexasinDallas,USA,um eine eigene Arbeitsgruppe amHoward Hughes Medical Institutedes UT Southwestern Medical Centers aufzubauen.[2] 1989 wurde er zusätzlich Regental Professor und Inhaber des Virginia and Edward Linthicum Chair in Biomolecular Science der University of Texas.[9]

Wissenschaftliche Karriere und Leben nach dem Nobelpreis

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Nach dem Nobelpreis beschäftigte sich Deisenhofer weiter mit Strukturaufklärung von Biomolekülen, darunter etwa mit Strukturproblemen im Zusammenhang mit der Regulation der Synthese, der Aufnahme und Verteilung vonCholesterin.[9]

Kurz nach seiner Ankunft in die USA lernte er Kirsten Fischer Lindahl, Professorin für Microbiology und Biochemie sowie ebenfalls Gründerin am Howard Hughes Medical Institute kennen, die er 1989 heiratete.[2]Seit 2001 ist Deisenhofer offiziell Bürger der Vereinigten Staaten.[10]Ebenfalls 2003 gehörte Deisenhofer als einer von 22 Nobelpreisträgern zu den Unterzeichnern des 3. Humanistischen ManifestsHumanism and Its AspirationsderAmerican Humanist Association.[11]2010 unterzeichnete Deisenhofer gemeinsam mit 255 Unterzeichnern derNational Academy of Scienceseinen offenen Brief mit dem TitelClimate Change and the Integrity of Sciencein der ZeitschriftScience.In dem Brief wurde das Unverständnis der Forscher über den Umgang von Politikern mit Forschern und insbesondere Klimaforschern und demIntergovernmental Panel on Climate Change(IPCC) in der politischen Debatte um dieGlobale Erwärmungausgedrückt.[12]

Forschung

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Frühe Arbeiten

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Die erste wissenschaftliche Publikation von Johann Deisenhofer gibt die Ergebnisse seiner Diplomarbeit über den Nachweis vonPhononendurch eine neu entwickelte Methode wieder. Hierbei wurden 1012-Hz-Phononen in einemRubin-Kristall mit veränderlichem Anteil von Cr3+-Ionen eingefangen und nachgewiesen.[3][13]

In seiner Dissertation arbeitete Deisenhofer erstmals an der Strukturanalyse eines Proteins, indem er gemeinsam mit Wolfgang Steigemann die Strukturaufklärung des pankreatischen Trypsin-Inhibitors des Rindes durch eine Optimierung der Röntgenstrukturanalyse verfeinerte und eine Auflösung von 1,9[14]und später 1,5 Ångström (Å) erreichen konnte.[4]

Reaktionszentrum der Photosynthese

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Schematische Zeichnung der dreidimensionalen Struktur des Photosynthesereaktionszentrums vonRhodopseudomonas viridis.

Den Schwerpunkt der Forschung Deisenhofers stellen Strukturanalysen dreidimensionaler Moleküle, insbesondere Proteine, dar. Während seiner Forschungen am Max-Planck-Institut für Biochemie gelang es ihm durch eine Weiterentwicklung und Anwendung derRöntgenstrukturanalyseden Aufbau und die Funktion von Proteinmolekülen aufzuklären. Gemeinsam mit Robert Huber arbeitete er von 1982 bis 1985 an den Grundlagen derPhotosyntheseund an den damit verbundenen Molekülen.[15]

Der Arbeitsgruppe, zu der auch Hartmut Michel gehörte, gelang es erstmals, die dreidimensionale Struktur zweier an der Photoreaktion beteiligter Protein-Pigment-Komplexe aufzuklären. Dabei handelte es sich zum einen um ein Protein, das das Licht einfängt und weiterleitet und zum anderen um ein Reaktionszentrum, das den lichtgetriebenen Transport vonElektronendurch eineBiomembraninduziert. Den Forschern gelang es damit erstmals, einen Einblick in die Funktionsweise und den Feinbau einer biologischen Photozelle zu bekommen und durch Röntgenstrukturanalyse den atomaren Feinbau der beteiligten Komplexe aufzuklären. Als Modellorganismus diente ihnen dabei das zu den Purpurbakterien zählendeRhodopseudomonas viridis.Hiermit gelang zudem die erste vollständige Röntgenstrukturanalyse eines membrangebundenen und komplexen Proteins. Diese sind im Gegensatz zu Proteinen abseits der Membran nicht wasserlöslich und entsprechend schwierig zu isolieren und zukristallisieren.[15]

Weitere Kristallisationen und Strukturaufklärungen

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Sowohl vor seiner Beschäftigung mit der Aufklärung der dreidimensionalen Struktur des Photosynthesereaktionszentrums wie auch danach arbeitete Deisenhofer an zahlreichen weiteren Molekülen. Dabei handelte es sich sowohl um Biomoleküle humanen Ursprungs wie auch anderer Organismen wie etwa der FruchtfliegeDrosophila melanogasteroder derAcker-Schmalwand(Arabidopsis thaliana).

Cholesterin-Aufnahme

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
N-terminale Domäne des ProteinsNPC1L1(grün) mit Sterin-Bindungstasche für die selektive Bindung von Cholesterin; in grau die Bindungsstelle des ProteinsNPC1

Ein Schwerpunkt der Forschung der letzten Jahre stellte die Aufnahme des Cholesterins und die Struktur der damit verbundenen Moleküle dar. Dabei konzentrierte sich die Arbeitsgruppe vor allem auf das zum Transport des Cholesterins notwendigeLow Density Lipoprotein(LDL), die membrangebundenen ProteineNPC1undNPC1L1und das freie ProteinNPC2sowiePCSK9,die Proprotein-Convertase Subtilisin/Kexin Typ 9.

Die Arbeitsgruppe arbeitet unter anderem an der Aufklärung der Struktur der Proteine NPC1 und NPC1L1, die die Aufnahme von Cholesterin imDünndarmdurch die Zellmembran ermöglichen und als Andockpunkt des MedikamentsEzetimibzur Hemmung derResorptiondes Cholesterins im Dünndarm wirken. Die Proteine übernehmen das Cholesterin von NPC2, an das es von dem LDL-Protein übergeben wurde. Die Arbeitsgruppe konnte die Struktur der für die Bindung zuständigen N-terminalen Domäne von NPC1 und NPC1L1 und die Bindung und den mit Cholesterin und 25-Hydroxycholesterin gebildeten Komplex auflösen[16].Später stellten sie die Selektivität des NPC1L1 für Cholesterin anhand der Struktur derSterin-Bindungsstelle in Form einer geschlossenen Tasche dar.[16][17]

Ehrungen

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
  1. ↑abInformationenderNobelstiftungzur Preisverleihung 1988 an Johann Deisenhofer (englisch)
  2. ↑abcdefJohann Deisenhofer – Biographicalauf den Seiten der Nobelstiftung.
  3. ↑abK. F. Renk, J. Deisenhofer:Imprisonment of Resonant Phonons Observed with a New Technique for the Detection of 1012-Hz Phonons.Physical Review Letters 26, 1971; S. 764–766.
  4. ↑abJ. Deisenhofer, W. Steigemann:Crystallographic refinement of the structure of bovine pancreatic trypsin inhibitor at l.5 Å resolution.Acta Crystallographica Section B – Structural Crystallography and Crystal Chemistry 31 (1), Januar 1975; S. 238–250,doi:10.1107/S0567740875002415
  5. ↑Informationenzu undakademischer StammbaumvonJohann Deisenhoferbei academictree.org, abgerufen am 29. Januar 2018.
  6. ↑J. Deisenhofer:Crystallographic refinement and atomic models of a human Fc fragment and its complex with fragment B of protein A from Staphylococcus aureus at 2.9- and 2.8-.ANG. resolution.Biochemistry 20 (9), 1981; S. 2361–2370,doi:10.1021/bi00512a001
  7. ↑J. Deisenhofer, O. Epp, K. Miki,R. Huber,H. Michel:Structure of the protein subunits in the photosynthetic reaction centre of Rhodopseudomonas viridis at 3 Å resolution.Nature 318 (6047), 1985; S. 618–624,doi:10.1038/318618a0
  8. ↑E. W. Knapp, S. F. Fischer, W. Zinth, M. Sander, W. Kaiser, J. Deisenhofer, H. Michel:Analysis of optical spectra from single crystals of Rhodopseudomonas viridis reaction centers.In:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.Band 82, Nummer 24, Dezember 1985,ISSN0027-8424,S. 8463–8467,PMID 16593636,PMC 390936(freier Volltext).
  9. ↑abcDeutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina – Neu gewählte Mitglieder 2003,Leopoldina 2004; S. 17 (PDF; 1,8 MB)
  10. ↑Homepage des Deisenhofer Lab;abgerufen am 21. Oktober 2013.
  11. ↑Humanist Manifesto III: Humanism and Its AspirationsderAmerican Humanist Association.Johann Deisenhofer wird alsprominenter Unterzeichner(Mementovom 21. Oktober 2013 imInternet Archive) gelistet.
  12. ↑P. H. Gleick et al.:Climate Change and the Integrity of Science.Science 328 (5979), 7. Mai 2010; S. 689–690,doi:10.1126/science.328.5979.689
  13. ↑James P. Wolfe:Imaging Phonons.Cambridge University Press, 2005,ISBN 978-0-521-02208-8,S.381(Cambridge Books Online).
  14. ↑R. Huber R, D. Kukla, W. Bode, P. Schwager, K. Bartels, J. Deisenhofer, W. Steigemann:Structure of the complex formed by bovine trypsin and bovine pancreatic trypsin inhibitor. II. Crystallographic refinement at 1.9 A resolution.Journal of Molecular Biology 89 (1), 1974; S. 73–101.
  15. ↑abDeisenhofer, Johann.In: Bernhard Kupfer:Lexikon der Nobelpreisträger.Patmos-Verlag, Düsseldorf 2001;ISBN 3-491-72451-1,S. 133.
  16. ↑abHyock Joo Kwon, Lina Abi-Mosleh, Michael L. Wang, Johann Deisenhofer, Joseph L. Goldstein, Michael S. Brown, Rodney E. Infante:Structure of N-Terminal Domain of NPC1 Reveals Distinct Subdomains for Binding and Transfer of Cholesterol.In:Cell.137, Nr. 7, 2009, S. 1213–1224,doi:10.1016/j.cell.2009.03.049,PMID 19563754.
  17. ↑Hyock Joo Kwon, Maya Palnitkar, Johann Deisenhofer:The structure of the NPC1L1 N-terminal domain in a closed conformation.PLoS One 6(4), 15. April 2011; e18722,doi:10.1371/journal.pone.0018722
  18. ↑Mitgliederverzeichnis: Johann Deisenhofer.Academia Europaea,abgerufen am 16. Januar 2018(englisch).
  19. ↑Auskunft des Bundespräsidialamtes.
  20. ↑Member Directory: Johann Deisenhofer.National Academy of Sciences,abgerufen am 16. Januar 2018(englisch).

Literatur

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
  • Deisenhofer, Johann,in: Bernhard Kupfer:Lexikon der Nobelpreisträger.Patmos-Verlag, Düsseldorf 2001;ISBN 3-491-72451-1,S. 133.
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Personendaten
NAME Deisenhofer, Johann
KURZBESCHREIBUNG deutscher Biophysiker, Nobelpreisträger für Chemie (1988)
GEBURTSDATUM 30. September 1943
GEBURTSORT Zusamaltheim,Landkreis Dillingen an der Donau
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Johann_Deisenhofer&oldid=241370568“