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Umwelt+Natur

Warum die Natur die Helix so liebt

Biomoleküle wie beispielsweise die Erbsubstanz DNA haben etwas mit Wendeltreppen in einer engen Wohnung gemeinsam: Sie nutzen den vorhandenen Platz optimal aus, in dem sie sich in Form einer Spirale winden. Gleichzeitig erlaubt die spiralförmige Anordnung in einer solchen Helix den Zugang von allen Seiten, was unter anderem beim Ablesen oder der Vervielfältigung der DNA unverzichtbar ist. Das haben Yehuda Snir und Randall Kamien von der Universität von Pennsylvania in Philadelphia bei einer Simulation des überfüllten Inneren einer Zelle gezeigt, über die sie im Fachmagazin Science berichten (Bd. 307, S. 1067).

Nicht nur die DNA, auch die verwandte RNA und viele Proteinanteile liegen sehr häufig als Helix vor. Um dahinter zu kommen, warum die Natur diese Spiralform so sehr bevorzugt, entwarfen Snir und Kamien im Computer ein grob vereinfachtes Modell einer Zelle. Dazu füllten sie einen großen Teil des vorhandenen Platzes mit harten, kugelförmigen Objekten und fügten anschließend ein flexibles Rohr hinzu. Dann ließen sie den Computer sozusagen im Schnelldurchlauf ausprobieren, in welcher Form das Rohr am wenigsten mit den Kugeln kollidiert und ihnen am wenigsten Platz wegnimmt. Das Ergebnis: Am Ende der Simulation hatte das Rohr ebenfalls die Form einer Helix eingenommen, deren Geometrie stark den natürlichen Spiralformen ähnelte.

Die Natur hat dieses platzsparende Prinzip im Lauf der Zeit immer weiter optimiert. So winden sich beispielsweise die beiden Stränge eines DNA-Moleküls in gegenläufigen Helices umeinander, wobei die Struktur durch Bindungen zwischen den beiden Strängen stabilisiert wird. Muss das Erbmolekül bearbeitet oder kopiert werden, trennen sich die beiden Stränge kurzfristig und lagern sich hinterher sofort wieder zusammen.

ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
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