Biologische Information und Interaktom einer Zelle

Biologische Information ist u. a. durch biologische Funktion gekennzeichnet. Dazu gehört bei Enzymproteinen beispielsweise die Fähigkeit, chemische Reaktionen zu katalysieren. Darüber hinaus müssen Proteine aber auch miteinander und mit anderen Zellkomponenten (Nukleinsäuren, Zuckermoleküle etc.) interagieren, also in einer Wechselwirkung zueinander stehen. Die Gesamtheit dieser Interaktionen der Komponenten einer Zelle nennt man Interaktom. Nun können die Komponenten einer Zelle auf unvorstellbar viele Arten miteinander interagieren: Wenn eine Zelle nur aus 50 verschiedenen Teilen bestünde (heutige Zellen haben tausende von Komponenten), gäbe es theoretisch rund 1032 paarweise Interaktionsmöglichkeiten. Wie viele davon für eine Funktion der Zelle nötig sind, ist unbekannt.

Tompa & Rose (2011) haben darauf hingewiesen, dass die bloße Mischung der passenden Zahl aller chemischen Komponenten einer heutigen Zelle nicht „lebt“, wenn man sie mit einer Hülle umgibt (obwohl die Einzelteile das Potential für die notwendigen Interaktionen aufweisen sollten). Anders ausgedrückt: Leben kann nicht auf die Präsenz der notwendigen chemischen Komponenten einer Zelle reduziert werden, diese müssen zusätzlich auf eine hochspezifische Weise im Interaktom konzertiert zusammenwirken. Das Interaktom repräsentiert demnach eine besondere Art biologischer Information, die von einer Mutterzelle an eine Tochterzelle weitergegeben wird und die auf zahlreichen hierarchisch geordneten, energiegetriebenen und raumzeitlich gesteuerten Proteinassemblierungssystemen beruht. Man hat bisher keine Hinweise darauf, dass diese „Information“ aus den reinen Komponenten einer Zelle durch zufällige Interaktionen („self-assembly“) von selbst entsteht.

Dieses Prinzip dürfte auch für eine hypothetische erste, primitive Zelle aus relativ wenigen Bestandteilen gelten. Für die Entstehung eines ersten zellulären Replikators reicht es daher wahrscheinlich nicht aus, wenn nur dessen chemische Bestandteile (auf unbekannte Weise) entstehen und (auf ebenfalls unbekannte Weise) zusammen in ein Kompartiment gelangen. Neben der Frage der Chemie der Lebensentstehung, der Entstehung von chemischen Molekülen als Informationsträger, der selektiv durchlässigen Umhüllung von Zellen und anderen Fragen gesellt sich zur Frage der Lebensentstehung also auch die Frage nach der Entstehung der Wechselwirkungen der molekularen Komponenten von Zellen.

S. Scherer

[Tompa P & Rose GD (2011) The Levinthal paradox of the interactome. Protein Science 20, 2074-2079.]