Ich möchte erst mal als Beispiel auf das Kupferprotein Hämocionin eingehen.

Das ist ein Protein, das kommt vor in Weichtieren, also zum Beispiel dem Octopus Dovlini. Das sind so Riesen, pacifische Riesenkraken. Und auch in Gliederfüßlern kann man dieses Protein finden. Das ist zum Beispiel in Lemulus polefinus. Das sind diese Pfeilschwanzkrebse, die man auch schon häufig gesehen hat.

Und was Hämocionin macht, das ist einfach das selbe, was Hemoglobin bei uns macht. Das ist ein Sauerstofftransporter im Blut. Nur während Hemoglobin bei uns Eisen den Sauerstoff bindet und das deswegen diese intensive rote Farbe hat, haben wir bei Hämocionin Kupferproteine, die den Sauerstoff binden. Und das führt anstatt zu einer Rot- zu einer intensiven blauen Farbe.

Das heißt, wir haben es also bei diesen Organismen mit echten Blaupflütern zu tun. Im Alter der interessante Unterschied zwischen Hemoglobin und Hämocionin ist auch, dass Hemoglobin an unsere roten Glutkörperchen gebunden wird und dadurch durch den Körper transportiert wird. Während das Hämocionin große oligomere Proteinkomplexe formt,

also Komplexe aus ganz vielen verschiedenen Hämocionin-Einheiten, die alle Sauerstoff binden können und durch den Körper von zum Beispiel so einem Giant Squid diffundieren. Und was dadurch interessant ist, was da auftritt, ist, dass das die höchste Kooperativität bisher bei Enzymen gefunden hat.

Und das heißt einfach, dass in dem Fall, wenn ein Sauerstoffatom an diesen Hämocioninkomplex gebunden wird, dass die Affinität, weitere Sauerstoffatome dran zu binden, noch weiter erhöht wird. Und sehr interessant ist, wenn man sich Hämocionin von Weichtieren und Gliederfüßlern anguckt,

ist, dass die Hämocionin in Gliederfüßlern eigentlich recht verschieden sind zu den Hämocioninen in Weichtieren. Weil wenn wir das vergleichen mit anderen Proteinen, finden wir bei den Weichtieren Hämocionin Ähnlichkeit zu den Proteinen Tyrosinase und bei den Gliederfüßlern Hämocionin Ähnlichkeit zur Phenoloxidase.

Deswegen ist momentan die Theorie, dass man davon ausgeht, dass es irgendwann so ein Urtyp Kupfer-3-Protein gab, dass irgendwann im Laufe der Entwicklung so zwei Äste aufgespalten sind. Auf den einen Ast hat sich dann eben Tyrosinase und das Weichtier Hämocionin gebildet

und am anderen Ast die Phenoloxidase und das Gliederfüßler Hämocionin. Und diese Ur-Proteine, diese Urtyp-3-Kupfer-Proteine, die waren vermutlich einfach da zur Entgiftung. Weil in der frühen Erdgeschichte gab es noch keinen Sauerstoff in der Atmosphäre.

Das war noch alles relativ sauerstofffrei. Und Sauerstoff ist nur entstanden bei irgendwelchen Reaktionen, die in Bakterien und anderen Organismen stattgefunden haben. Und das war zunächst kein Problem, weil der OC-Wahn war voll mit Ionen wie Eisen oder so, was mit Sauerstoff schwerlöslich Oxide gebildet hat, was dann auf dem Meeresboden gesunken ist.

Damit war das O2 dann weg. Mit der Zeit sind dann irgendwann die Ionen alle aufgebracht worden. Das heißt, es kam durch die ganzen Organismen, die Sauerstoff bei irgendwelchen Reaktionen hergestellt haben, zu einem sprunghaften Anstieg von der Sauerstoffkonzentration, was zu einem riesigen Massensterben weltweit geführt hat, wo halt nur wenige Organismen überlebt haben, die eben so Enzyme wie diese Typ-3-Kupfer-Proteine hatten,

um irgendwie den Sauerstoff abfangen zu können und gegen diese Toxizität. Weil das ja ein sehr reaktives Molekül ist, was unternehmen konnten. Und auf Basis dieser Organismen ist das Leben, wie wir das heute kennen, mit Sauerstoffarten und so überhaupt erst entstanden. Imper sind ein sehr interessantes Typ-3-Kupfer-Protein.

Was wir auch bereits erwähnt hatten, ist die Tyrosinase. Die Tyrosinase, die katalysiert Oxidation von Phenolen und Orthokatecholaten zu Orthokinonen. Und diese Reaktion ist eigentlich, im normalen Leben kommt die relativ oft vor, bzw. ein Teil dieser Reaktion, und zwar z.B. wenn man einen Apfel anschneidet und ein bisschen liegen lässt.

Kann jeder mit der Apfel irgendwann braun an der Schnittstelle. Das liegt einfach daran, dass dann Sauerstoff da reinkommt und mit der Tyrosinase da Reaktionen stattfinden. Und ein anderen Bräunungsprozess, den man vielleicht auch kennt, ist das, wenn man sich in die Sonne legt. Weil durch die UV-Strahlung, die auf einen trifft, wird dann in der Haut die Tyrosinase-Produktion hochgefahren.

Das heißt, man produziert mehr Tyrosinase und die startet dann damit Tyrosin, das ist eine Aminosäure, und L-Dopa, das ist ein Produkt, aus dem dieser Aminosäure-Tyrosinase im Körper hergestellt wird zum Teil. Dass diese Produkte einfach oxidiert werden zu den Startmaterialen in der Melanin-Synthese.

Melanine, das sind Farbpigmente, die in Haut und Haaren vorkommen. Und wenn man z.B. durch ein Gendefekt keine Tyrosinase herstellen kann oder nur eine inaktive Version von dem Protein, dann stellt man keine Melanin her. Und dann tritt das auf, was wir heutzutage als Albinismus bezeichnen.

Wenn man jetzt Emotionen mit Tyrosinase vergleicht, dann fällt einem recht schnell auf, dass das aktive Zentrum von beiden sehr ähnlich ist.

Weil es sind beide Typ 3-Kupfer-Proteine. Sie sind dadurch charakterisiert, dass sie 2 Kupferatome haben, die von jeweils 3 Hystidien koordiniert werden. Und die sind dazu in der Lage, eben den Sauerstoff zu binden. Das passiert dadurch, dass der Sauerstoff die Kupferatome von der plus 1. plus 2-Oxidationsstufe oxidiert.

Und die dabei gebildete Per-Oxido-Sauerstoff-Spezies dann über ein µE2-E2-Bindungsmuster gewohnt. Das heißt also, die Per-Oxido-Spezies wird einfach über Brücken zwischen beiden Kupferatomen eingelagert. Und das Interessante ist eben einfach dabei, dass die Tyrosinase uns wirklich Oxidationsreaktionen macht,

während Hemosionin nur reversibel Sauerstoff bindet und das wieder abgibt und keine Reaktionen macht. Und die Erklärung dafür ist eigentlich relativ simpel, weil vor der Bindungstasche, also vor dem aktiven Zentrum bei Hemosionin, sind einfach viele Aminosäurereste, die das so blockieren, dass nur Sauerstoff in die Bindungstasche reinkommen kann.

Aber keine Substrate wie bei Tyrosinase. Wenn wir jetzt allerdings dahergehen und diese Aminosäuren entfernen im Vitro durch irgendwelche anderen Enzyme oder irgendwelche anderen Methoden und diese Bindungstasche freiräumen, dann können da Substrate hineindiffundieren und man kann tatsächlich Tyrosinaseaktivität dabei beobachten.

Natürlich ist nicht so stark wie bei der Tyrosinase an sich, weil die Bindungstasche hat immer noch nicht die ideale Form für diese Substrate, weil es einfach nicht darauf angepasst ist durch die Evolution. Aber im Prinzip sind dann auch damit diese Reaktionen möglich.