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Prostatakrebs: Krankheitsverlauf besser vorhersagen

Ein internationales Team von Krebsforschern hat das Tumorerbgut von fast 300 Prostatakrebs-Patienten unter die Lupe genommen. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass ein erbgutveränderndes Enzym für die früh auftretenden Mutationen verantwortlich ist. Sie entdeckten außerdem einen möglichen Biomarker, der früh auf aggressiven Verlauf der Erkrankung hinweisen könnte und entwickelten anhand der Mutationsmuster aller Patienten ein Computermodell, das Ärzten dabei hilft, besser zwischen aggressiven und weniger aggressiven Tumoren zu unterscheiden.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Maschinelles Lernen macht Stoffwechselprozesse verständlich

Bioinformatik: Veröffentlichung in Nature Communications

07.12.2018 – Bioinformatiker von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der University of California in San Diego (UCSD) setzen Methoden des maschinellen Lernens ein, um die Kinetik von Enzymen und damit auch komplexe Stoffwechselvorgänge besser zu verstehen. Ihre Ergebnisse beschreibt das Team um Erstautor Dr. David Heckmann in der aktuellen Ausgabe des Magazins Nature Communications.
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Getreidepflanzen nutzen ihre Abwehrstoffe multifunktional gegen verschiedene Schädlinge

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Bern (Schweiz), des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und ihren Partnern hat die Multifunktionalität von Benzoxazinoiden in Weizen charakterisiert. Benzoxazinoide wirken einerseits als Giftstoffe gegen Schmetterlingsraupen, regulieren aber auch Abwehrprozesse gegen Blattläuse. Als Schalter zwischen diesen unterschiedlichen Funktionen identifizierten die Forscher ein Methyltransferase-Enzym, das über Raupenfraß aktiviert wird und das es Weizenpflanzen ermöglicht, ihre Abwehr auf den jeweiligen Befall einzustellen.
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Industrielle Ausgangsstoffe biologisch produzieren

Die Industrie verbraucht große Mengen Erdöl, um daraus Ausgangsstoffe für Medikamente, Kosmetik, Kunststoffe oder Lebensmittel herzustellen. Diese Prozesse kosten jedoch viel Energie und erzeugen Abfall. Nachhaltiger sind biologische Verfahren mit Enzymen. Die Eiweißmoleküle können unterschiedlichste chemische Reaktionen katalysieren, ohne Hilfsstoffe oder Lösungsmittel zu verbrauchen. Jedoch sind sie teuer und daher bislang ökonomisch unattraktiv. Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein neues Biomaterial entwickelt, das den Einsatz der Enzyme stark vereinfacht. Die Ergebnisse stellen sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie vor (DOI: 201810331).
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Enzymkette für die Erzeugung leuchtender Lebewesen entdeckt

Forscherteam identifizierte Reaktionskette für die Biolumineszenz von Pilzen und schleuste sie in anderes Lebewesen ein – Studie erschienen in PNAS
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Kohlmeisen entgiften auf Kosten der Lebensdauer

Manchmal stehen Fortpflanzung und Überleben im Widerspruch zueinander. Ein Grund für dieses Dilemma könnten sogenannte freie Radikale sein. Wenn Kohlmeisen-Männchen während der Brutzeit höhere Energiekosten haben, entstehen in ihrem Körper mehr dieser reaktionsfreudigen und daher schädlichen Moleküle. Wissenschaftlerinnen vom Max-Planck-Institut für Ornithologie haben herausgefunden, dass sie diese Kosten auch durch Gewichtsverlust und höhere Stresshormonwerte im Blut wettmachen, ohne Nachteile für ihren Nachwuchs und ihr eigenes Überleben. Ein Teil der Vögel neutralisiert die freien Radikale durch ein Enzym, das Zellschäden vorbeugt. Diese Tiere überleben häufiger nicht den nächsten Winter
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Warum Geckos an Wänden haften können

Sie ermöglichst es Geckos, an Wänden und Decken zu haften, beim Aufbau von Membranen in Zellen ist sie genauso beteiligt wie beim Andocken von Arzneistoffen an Enzyme im menschlichen Körper. Die Dispersion, also die „schwache Wechselwirkung“, ist in der Chemie allgegenwärtig. Einem Team von Wissenschaftlern an der Jacobs University Bremen unter Leitung von Dekan und Chemieprofessor Dr. Werner Nau ist es nun erstmals gelungen, die nach dem deutschen Physiker Fritz London benannte „London Dispersion“ in Lösung experimentell zu quantifizieren. Die Ergebnisse ihrer Grundlagenforschung sind jetzt in dem renommierten Journal „Nature Chemistry“ erschienen.
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Nächster Schritt auf dem Weg zu einer effizienten Biobrennstoffzelle

Brennstoffzellen, die mit dem Enzym Hydrogenase arbeiten, sind prinzipiell genauso effizient wie solche, die das teure Edelmetall Platin als Katalysator enthalten. Allerdings brauchen die Enzyme eine wässrige Umgebung, und durch diese gelangt der Ausgangsstoff für die Reaktion – Wasserstoff – nur schwer zu der enzymbeladenen Elektrode. Dieses Problem lösten Forscherinnen und Forscher, indem sie zuvor entwickelte Konzepte für die Verpackung der Enzyme mit der Gasdiffusionselektroden-Technik verknüpften. Das so entwickelte System erzielte erheblich höhere Stromdichten, als bisher mit Hydrogenase-Brennstoffzellen erreicht wurden.
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Welchen Weg Protonen nehmen

Wie genau bestimmte Algenenzyme Wasserstoff produzieren, war bisher Gegenstand von Spekulationen. Dr. Martin Winkler, Dr. Jifu Duan, Prof. Dr. Eckhard Hofmann und Prof. Dr. Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) ist es gemeinsam mit Kollegen der Freien Universität Berlin erstmals gelungen, den Weg der Protonen bis ins aktive Zentrum dieser [FeFe]-Hydrogenasen exakt nachzuvollziehen. Das könnte es erlauben, solche effizienten, aber anfälligen Biokatalysatoren chemisch stabiler nachzubauen. Die Forscher berichten in der Zeitschrift Nature Communications vom 9. November 2018.
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Wie die äußere Struktur die Funktion von Enzymen beeinflussen kann

Enzyme sind als Biokatalysatoren an vielen Stoffwechselprozessen beteiligt. Sie binden einen bestimmten Stoff, das Substrat, und setzen ihn um. Welche Substrate ein Enzym verarbeitet, wird in der Regel durch die Ausgestaltung der Substratbindetasche in seinem Inneren bestimmt. Ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und aus Südafrika hat zwei Enzyme mit identischer Substratbindetasche untersucht, die dennoch unterschiedliche Substrate umsetzen. Dabei zeigte sich, dass Veränderungen an der Oberfläche des Enzyms die Substratspezifität beeinflussen, indem sie die Dichte der Packung im Inneren verändern. Das könnte einen Weg aufzeigen, die Enzymfunktion gezielt zu manipulieren.
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Chemienobelpreis 2018: Keine Lust, auf die Evolution zu warten

Dass im Labor in Stunden passiert, wozu die Natur Jahrtausende braucht, ist den Nobelpreis wert! So entstehen maßgeschneiderte Enzyme für Arzneien und Biokraftstoffe. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Nobelpreis in Chemie 2018: Nobelpreis für gerichtete Evolution von Enzymen

Sie veränderten Proteine nach den Prinzipien der Evolution: Dafür erhalten Frances H. Arnold, George P. Smith und Sir Gregory P. Winter den Chemienobelpreis. (Mehr in: ZEIT ONLINE: Mehr aus Forschung und Wissenschaft)

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Ein Schutzschild für empfindliche Enzyme in Biobrennstoffzellen

Ein internationales Forscherteam hat einen neuen Mechanismus entwickelt, um Enzyme als Biokatalysatoren in Brennstoffzellen vor Sauerstoff zu schützen. Die Enzyme, sogenannte Hydrogenasen, sind ebenso effizient wie Edelmetallkatalysatoren, aber instabil, wenn sie mit Sauerstoff in Kontakt kommen. Daher sind sie bislang nicht für technologische Anwendungen geeignet. Der neue Schutzmechanismus basiert auf Sauerstoff verbrauchenden Enzymen, die ihre Energie aus Zucker beziehen. Die Forscher zeigten, dass sie mit diesem Schutzmechanismus eine funktionstüchtige Biobrennstoffzelle erzeugen konnten, die mit Wasserstoff und Glukose als Treibstoff arbeitet.
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Technologische Allmachtsphantasien – Der „Silicon Valley Dream“

In den 1970er-Jahren gelang den Biologen ein bedeutender Durchbruch: Die Entdeckung so genannter Restriktionsenzyme versetzte sie in die Lage, „Gen-Transplantationen“ durchzuführen. Es war die Geburtsstunde der Gentechnik. Künstliche Gene produzierten bestimmte Proteine, mit denen sich … Weiterlesen (Mehr in: BrainLogs)

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Wie sich Pilze sexuell entwickeln

Biologen der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Göttingen haben neue Erkenntnisse gewonnen, wie sich Zellen von Pilzen durch das Wirken bestimmter Enzyme spezialisieren. An dem mikroskopisch kleinen Pilz Sordaria macrospora zeigten sie, dass das Enzym KIN3 verschiedene zelluläre Signalwege miteinander verknüpft, die an Entwicklungsprozessen beteiligt sind. Es ist entscheidend für die sexuelle Entwicklung des Organismus.
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“Achillesferse“ der Tumorzellen des anaplastischen-großzelligen Lymphoms (ALCL) identifiziert

Anaplastische Großzell-Lymphome (ALCL) sind seltene Tumore der weißen Blutkörperchen. Neue Forschungen des internationalen ERIA Konsortiums unter Leitung von WissenschafterInnen in Wien zeigten nun, dass der gleiche Signalweg in verschiedenen Arten von ALCL essenziell für das Wachstum der Tumorzellen ist:TYK2 (ein wichtiger Bestandteil des Immunsystems) verhindert den apoptotischen Zelltod durch Erhöhung der Ausschüttung des BCL2-Familienmitglieds Mcl1, einer speziellen Proteinart. Daher stellt TYK2 aufgrund seiner einzigartigen enzymatischen Zusammensetzung ein interessantes therapeutisches Ziel dar, durch TYK2-spezifische Inhibitoren als vielversprechende, neuartige Therapeutika bei ALCL.
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Neue Impulse für Biokraftstoffzellen

In der Chemie ist eine Reaktion spontan, wenn keine externe Energie diese auslöst. Wie viel Energie in einer Reaktion freigesetzt wird, hängt von den Gesetzen der Thermodynamik ab. Bei den spontanen Reaktionen im menschlichen Körper reicht diese oft nicht aus, um medizinische Implantate zu versorgen. Jetzt haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam einen Weg gefunden, den Energieertrag zu steigern, indem sie die Energie vieler spontaner Enzymreaktionen speichern und bündeln. Die Arbeit wurde im renommierten Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
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Scharfstoff aus Ingwer mindert üblen Atem

Der im Ingwer enthaltene Scharfstoff 6-Gingerol stimuliert ein Speichelenzym, das übelriechende Substanzen abbaut. Es sorgt damit für frischen Atem und einen besseren Nachgeschmack. Zitronensäure erhöht dagegen den Natriumionen-Gehalt im Speichel, sodass Salziges weniger salzig wirkt. Um mehr über Lebensmittelinhaltsstoffe herauszufinden, untersuchte ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie deren Effekte auf die im Speichel gelösten Moleküle.
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Durchbruch bei industrieller CO2-Nutzung

Professor Arne Skerra von der Technischen Universität München (TUM) ist es zum ersten Mal gelungen, in einer biotechnischen Reaktion gasförmiges CO2 als einen Grundstoff für die Produktion eines chemischen Massenprodukts zu verwenden. Es handelt sich um Methionin, das als essentielle Aminosäure vor allem in der Tiermast in großem Maßstab eingesetzt wird. Das neu entwickelte enzymatische Verfahren könnte die bisherige petrochemische Produktion ersetzen. Die Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift „Nature Catalysis“ veröffentlicht.
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Suchmaschine für «Smart Wood»

Mark Schubert verändert Holzeigenschaften mit Hilfe des Enzyms Laccase. Doch die Suche den nach passenden ­Ingredienzien ist komplex – sie ähnelt der Suche nach dem Schlüssel zu einem unbekannten Schloss. Statt teurer, langwieriger Versuchsreihen nutzt Schubert künstliche Intelligenz: Sie führt ihn schneller zum Ziel.
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Neue Erkenntnisse zur Replikation

Die Fähigkeit zur Weitergabe von genetischer Information ist eine Grundvoraussetzung für das Leben. Damit bei einer Zellteilung jede Tochterzelle die notwendige genetische Information erhält, muss sich die DNA der Zelle, die Trägerin der genetischen Information, zunächst verdoppeln. Diese Replikationsprozesse werden in der Natur von Enzymen katalysiert. Der Arbeitsgruppe um Prof. Clemens Richert am Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart ist es nun erstmals gelungen, Replikationsvorgänge der DNA auch ohne Enzyme durchzuführen. Das Team gewann zudem Erkenntnisse darüber, wie bei evolutionär frühen Lebewesen die Weitergabe des Erbguts funktioniert haben könnte.*)
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Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.
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Hirntumoren: Typische Mutation in Krebszellen legt das Immunsystem lahm

Der Austausch eines einzelnen Aminosäurebausteins in einem Stoffwechselenzym kann nicht nur den Grundstein für eine Krebserkrankung legen. Er kann auch das Immunsystem aushebeln, wie Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums, der Universitätskliniken Mannheim und Heidelberg und des Deutschen Krebskonsortiums jetzt veröffentlichen. Damit blockiert er die körpereigene Abwehr im Kampf gegen das veränderte Molekül und vereitelt gleichzeitig Immuntherapien von Hirntumoren. Diese Erkenntnis eröffnet nicht nur neue Einblicke in die Krebsentstehung und -entwicklung. Sie legt auch nahe, dass ein Umdenken bei der Immuntherapie von Tumoren erforderlich ist.
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Rätsel um Fettsäurestoffwechsel gelöst: Form eines Enzyms steuert seine Aktivität

Fette sind für unseren Körper lebensnotwendig. Kernbestandteile aller Fette sind die Fettsäuren. Ihre Herstellung wird von dem Enzym ACC in die Wege geleitet. Forscher vom Biozentrum der Universität Basel haben nun erstmals zeigen können, wie sich das Enzym ACC zu verschiedenen Fasern zusammenlagert. Die Art der Faser, so die Forscher in «Nature», steuere die Enzymaktivität und damit die Fettsäureproduktion.
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Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen

In künstlichen molekularen Systemen lassen sich komplexe Reaktionskaskaden auslösen: Schweizer Wissenschaftler haben ein Enzym konstruiert, das in eine Säugerzelle eindringen kann und dort die Freisetzung eines Hormons beschleunigt. Dieses wiederum aktiviert einen Genschalter, der die Herstellung eines Leuchtproteins auslöst. Das berichten Forschende des NFS Molecular Systems Engineering, der von der Universität Basel und der ETH Zürich geleitet wird.
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Zurück auf Anfang: SETD1A hilft Blutstammzellen wieder in den Schlaf

Im Alter erkrankt der Mensch häufiger an Infektionen. Um sie zu bekämpfen, werden die Stammzellen des blutbildenden Systems aus ihrer Ruhephase (Quieszenz) geholt, um den erhöhten Bedarf an Blut- und Immunzellen abzudecken. Doch mit jeder Zellteilung häufen sich auch DNA-Schäden an, die eine Rückkehr in den Schlaf verhindern. Geschädigte Zellen werden aussortiert und fehlen bei nachfolgenden Infektionen. Forscher des Leibniz-Instituts für Alternsforschung (FLI) in Jena haben im Mausmodell einen zentralen Mechanismus um das Enzym SETD1A identifiziert, der in Blutstammzellen dafür sorgt, dass DNA-Schäden erkannt und repariert werden, damit die Rückkehr in die Quieszenz überhaupt möglich ist.
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Was der Stoffwechsel über den Ursprung des Lebens verrät

Kieler Botanikerin schlägt neue Theorie zur gleichzeitigen Evolution gegenläufiger Stoffwechselvorgänge vor

Was war zuerst da, die Henne oder das Ei? Das klassische Ursprungsdilemma gilt insbesondere für die Entwicklungsprozesse des Lebens auf der Erde. Grundlage der Evolution war ein gradueller Übergang vom Ablauf rein chemischer Reaktionen hin zur Fähigkeit erster Lebensformen, mit Hilfe von Enzymen über Stoffwechselvorgänge Kohlenstoff umzuwandeln. Dabei haben frühe Lebewesen schon bald verschiedene Strategien der Energiegewinnung und des Stoffumsatzes entwickelt.
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Der Helfer in der Tasche

Freiburger Forscher zeigen erstmals detailliert, wie flavinhaltige Enzyme mit Sauerstoff wechselwirken
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Simulation des Enzyms AsqJ zeigt neue Optionen für Wirkstoffherstellung: Die Enzymdesigner

An nahezu allen biochemischen Prozessen sind Enzyme beteiligt, die chemische Reaktionen beschleunigen. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat jetzt erstmals den molekularen Mechanismus des Enzyms AsqJ entschlüsselt. Einsatzmöglichkeiten sehen sie beispielsweise in der Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe.
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Enzym sorgt für dicke Isolation

ETH-Forscherinnen zeigen auf: Schwann-Zellen im peripheren Nervensystem stellen Fettsäuren zu einem grossen Teil selbst her, um Nervenfasern elektrisch zu isolieren. Entscheidend daran beteiligt ist ein Enzym. Fehlt es, ist die Isolation mangelhaft, und die Motorik wird geschädigt.
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Plastiksackerl, die keine Luft kriegen

Viele Bioplastiksackerln haben im Müll nichts zu suchen. In sauerstoffarmen Umgebungen wie Biogasanlagen lösen sie sich zu langsam auf und belasten beim Verbrennen des Mülls die Umwelt. Ein Forschungsprojekt am Austrian Centre of Industrial Biotechnology (acib) sucht nun nach Enzymen, die das Plastik schneller auflösen und Emissionen vermeiden. Mit dem Ziel, Plastikberge zu verringern und langfristig herkömmliche Verpackungen durch biobasierte Polymere zu ersetzen.
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Ein neues Pilz-Enzym soll Prozesse in Bioraffinerien effizienter gestalten

Die Zellwände von Pflanzen enthalten sogenannte Lignocellulose, die ihnen als Strukturgerüst dient und seit mehr als zehn Jahren Gegenstand der Biochemie-Forschung ist. Allerdings ist der chemische Abbau dieses Rohstoffes sehr schwierig, was die Herstellung von Biokraftstoffen zu einem teuren Prozess macht. Kürzlich haben Forscher der französischen Forschungsinstitute INRA [1] und CNRS [2] ein neues Enzym entdeckt, das von Pilzen produziert wird und diesen Abbau erleichtern soll. Die Ergebnisse wurden am 29. Januar 2018 in der Zeitschrift Nature Chemical Biology veröffentlicht.
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Schwarzen Hautkrebs in den Tiefschlaf versetzen

Ein internationales Forschungsteam konnte dem schwarzen Hautkrebs Einhalt gebieten, indem es ein Schutzprogramm in den Tumorzellen reaktivierte und so das Zellwachstum stoppte. Mit chemischen Wirkstoffen blockierte das Team Enzyme, die epigenetische Markierungen auf dem Erbgut ausradieren. Die Entdeckung hat Potenzial für zukünftige Kombinationstherapien.
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Forscherteam deckt die entscheidende Rolle des Enzyms PP5 bei Herzinsuffizienz auf

Ein internationales Forscherteam um Prof. Wolfgang Linke vom Institut für Physiologie ll der Universität Münster hat gezeigt: Bei Patienten mit Diastolischer Herzinsuffizienz ist zu viel des Enzyms PP5 im Herzen vorhanden. Das Enzym hemmt die „Titin-Federn“, die eine wichtige Rolle bei der Kontraktion der Herzmuskelzellen spielen.
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Das Enzym, das Zucker an Eiweiss klebt

ETH-Forschenden ist es gelungen, die 3D-Struktur jenes Enzyms aufzuklären, das Zuckerketten an Proteinen anbringt – ein Durchbruch, den sie kürzlich im Wissenschaftsjournal «Science» publiziert haben.
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