Johann Deisenhofer

Datei:39. Tagung 1989 Chemiker; Pressekonferenz Johann Deisenhofer - W134Nr.126215c - Willy Pragher (cropped).jpg

Johann Deisenhofer (1989)

Johann Deisenhofer (* 30. September 1943 in Zusamaltheim, Landkreis Dillingen an der Donau) ist ein deutscher Biophysiker. Er beschäftigte sich vor allem mit der Strukturanalyse zum Aufbau und der Funktion von Proteinmolekülen. Für die Aufklärung der dreidimensionalen Struktur des photosynthetischen Reaktionszentrums von Purpurbakterien erhielt er 1988 gemeinsam mit Robert Huber und Hartmut Michel den Nobelpreis für Chemie.<ref name="nobelprize" />

Leben und Werk

Familie und Schulzeit

Johann Deisenhofer ist das erste Kind des Landwirts Johann Deisenhofer und seiner Frau Thekla (geb. Magg). 1948 wurde seine Schwester Antonie, verehelicht Wagner, geboren, die noch heute auf dem Bauernhof in Zusamaltheim lebt.<ref>Wertinger Zeitung vom 28. Dezember 2024, abgerufen am 4. Januar 2025</ref> Deisenhofer besuchte die Grundschule in Zusamaltheim und 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 des Holbein-Gymnasiums in Augsburg, 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 der Physik an der Technischen Universität München auf. Nach eigenen Angaben motivierte ihn vor allem sein Interesse an moderner Physik und Astronomie zum Physikstudium, unter anderem durch die Lektüre von populären Büchern von Fred Hoyle.<ref name="nobelprize_bio" />

Studium und frühe Forschungsarbeiten

Während des Studiums bemerkte Deisenhofer, dass sich die theoretische Physik sehr stark von seinen Erwartungen unterschied, zugleich entwickelte er zunehmend Interesse für die Festkörperphysik. 1971 fertigte er seine Diplomarbeit in der Arbeitsgruppe von Klaus Dransfeld unter der Betreuung von Karl-Friedrich Renk ab, die 1971 zu seiner ersten wissenschaftlichen Veröffentlichung führte, einem Artikel in der Zeitschrift Physical Review Letters über eine neue Technologie zum Nachweis von Phononen.<ref name="Renk & Deisenhofer 1971" /> Dransfeld beschäftigte sich zu dieser Zeit unter anderem mit biophysikalischen Fragestellungen, wodurch Deisenhofer 1971 seine Dissertation am Max-Planck-Institut für Biochemie (damals noch „Max-Planck-Institut für Eiweiß- und Lederforschung“) in Martinsried bei Robert Huber zusammen mit Wolfgang Steigemann begann. Sie arbeiteten gemeinsam an der kristallografischen Verfeinerung der Strukturaufklärung des pankreatischen Trypsin-Inhibitors des Rindes durch eine Optimierung der Röntgenstrukturanalyse und der Auswertung und veröffentlichten die Ergebnisse in der Zeitschrift Acta Crystallographica.<ref name="Deisenhofer & Steigemann 1975" /> Deisenhofer beendete seine Dissertation Ende 1974 mit der Arbeit „Kristallographische Verfeinerung der Struktur des pankreatischen Trypsin-Inhibitors bei 1.5 Å Auflösung“.<ref name="nobelprize_bio" /><ref>Informationen zu und akademischer Stammbaum von Johann Deisenhofer bei academictree.orgVorlage:Abrufdatum</ref>

Datei:Robert Huber.JPG

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 mit Peter M. Colman und Walter Palm von der Universität Graz an dem menschlichen Immunglobulin Kol, einem Myelom-Protein aus der Gruppe der Immunglobuline 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 von Staphylococcus aureus.<ref name="Deisenhofer 1981" /> In der Folge arbeitete Deisenhofer unter anderem an Strukturaufklärungen des humanen C3a, der Citrat-Synthase und einem alpha-1-Proteinase-Inhibitor.<ref name="nobelprize_bio" />

Forschungen am Photosynthese-Reaktionszentrum und Nobelpreis

1982 wurde er durch Hartmut Michel, der gemeinsam mit Dieter Oesterhelt nach Martinsried gekommen war, auf die Erfolge bei der Kristallisation des Photosynthese-Reaktionszentrums von Rhodopseudomonas viridis aufmerksam. Deisenhofer schloss sich der Arbeitsgruppe an und begann mit der Strukturaufklärung der dreidimensionalen Struktur des Reaktionszentrums. Ergänzt wurde die Gruppe durch Kunio Miki, einem Post-Doktoranden der Universität Osaka, der bis 1983 in Martinsried blieb, sowie später durch Otto 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.<ref name="nobelprize_bio" /> Gemeinsam veröffentlichten die Forscher ihre Ergebnisse im Dezember 1985 in den Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.<ref name="Deisenhofer et al. 1985" /><ref name="Knapp et al. 1985" /> Hartmut Michel und Deisenhofer erhielten 1986 den Biological Physics Prize der American Physical Society sowie 1988 den Otto-Bayer-Preis. Deisenhofer habilitierte sich 1987 an der Technischen Universität München und erhielt 1988 eine Berufung als Professor für Biochemie der University of Texas in Dallas, USA, um eine eigene Arbeitsgruppe am Howard Hughes Medical Institute des UT Southwestern Medical Centers aufzubauen.<ref name="nobelprize_bio" /> 1989 wurde er zusätzlich Regental Professor und Inhaber des Virginia and Edward Linthicum Chair in Biomolecular Science der University of Texas.<ref name="Leopoldina" />

Wissenschaftliche Karriere und Leben nach dem Nobelpreis

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 von Cholesterin.<ref name="Leopoldina" />

Kurz nach seiner Ankunft in die USA lernte er Kirsten Fischer Lindahl, Professorin für Mikrobiologie und Biochemie sowie ebenfalls Gründerin am Howard Hughes Medical Institute kennen, die er 1989 heiratete.<ref name="nobelprize_bio" /> Seit 2001 ist Deisenhofer offiziell Bürger der Vereinigten Staaten.<ref name="Deisenhofer Lab" /> Ebenfalls 2003 gehörte Deisenhofer als einer von 22 Nobelpreisträgern zu den Unterzeichnern des 3. Humanistischen Manifests Humanism and Its Aspirations der American Humanist Association.<ref name="AHA 2003" /> 2010 unterzeichnete Deisenhofer gemeinsam mit 255 Unterzeichnern der National Academy of Sciences einen offenen Brief mit dem Titel Climate Change and the Integrity of Science in der Zeitschrift Science. In dem Brief wurde das Unverständnis der Forscher über den Umgang von Politikern mit Forschern und insbesondere Klimaforschern und dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) in der politischen Debatte um die Globale Erwärmung ausgedrückt.<ref name="Gleick et al. 2010" />

Forschung

Frühe Arbeiten

Die erste wissenschaftliche Publikation von Johann Deisenhofer gibt die Ergebnisse seiner Diplomarbeit über den Nachweis von Phononen durch eine neu entwickelte Methode wieder. Hierbei wurden 10¹²-Hz-Phononen in einem Rubin-Kristall mit veränderlichem Anteil von Cr³⁺-Ionen eingefangen und nachgewiesen.<ref name="Renk & Deisenhofer 1971" /><ref>James P. Wolfe: Imaging Phonons. Cambridge University Press, 2005, ISBN 978-0-521-02208-8, S. 381 (Cambridge Books Online). </ref>

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<ref name="Huber et al. 1974" /> und später 1,5 Ångström (Å) erreichen konnte.<ref name="Deisenhofer & Steigemann 1975" />

Reaktionszentrum der Photosynthese

Datei:Photosynthetic Reaction Center Drawing.png

Schematische Zeichnung der dreidimensionalen Struktur des Photosynthesereaktionszentrums von Rhodopseudomonas 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 der Röntgenstrukturanalyse den Aufbau und die Funktion von Proteinmolekülen aufzuklären. Gemeinsam mit Robert Huber arbeitete er von 1982 bis 1985 an den Grundlagen der Photosynthese und an den damit verbundenen Molekülen.<ref name="Kupfer 2001" />

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 von Elektronen durch eine Biomembran induziert. 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 zählende Rhodopseudomonas 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 zu kristallisieren.<ref name="Kupfer 2001" />

Weitere Kristallisationen und Strukturaufklärungen

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 Fruchtfliege Drosophila melanogaster oder der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana).

Cholesterin-Aufnahme

Datei:NPC1L1(NTD) in a closed conformation.png

N-terminale Domäne des Proteins NPC1L1 (grün) mit Sterin-Bindungstasche für die selektive Bindung von Cholesterin; in grau die Bindungsstelle des Proteins NPC1

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 notwendige Low Density Lipoprotein (LDL), die membrangebundenen Proteine NPC1 und NPC1L1 und das freie Protein NPC2 sowie PCSK9, 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 im Dünndarm durch die Zellmembran ermöglichen und als Andockpunkt des Medikaments Ezetimib zur Hemmung der Resorption des 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<ref name="Kwon et al. 2009" />. Später stellten sie die Selektivität des NPC1L1 für Cholesterin anhand der Struktur der Sterin-Bindungsstelle in Form einer geschlossenen Tasche dar.<ref name="Kwon et al. 2009" /><ref name="Kwon et al. 2011" />

Ehrungen

• Nobelpreis für Chemie 1988 (mit Robert Huber und Hartmut Michel)<ref name="nobelprize" />
• Ehrenbürger von Zusamaltheim
• Ehrenbürger von Dallas
• Mitglied der Academia Europaea (1989)<ref>Mitgliederverzeichnis: Johann Deisenhofer. Academia Europaea, abgerufen am 16. Januar 2018 (englisch). </ref>
• Großes Bundesverdienstkreuz mit Stern (17. April 1990)<ref>Auskunft des Bundespräsidialamtes.</ref>
• Mitglied der National Academy of Sciences der USA (1997)<ref>Member Directory: Johann Deisenhofer. National Academy of Sciences, abgerufen am 16. Januar 2018 (englisch). </ref>
• Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina (2003)<ref name="Leopoldina" />

Einzelnachweise

<references> <ref name="nobelprize">Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1988 an Johann Deisenhofer (englisch)</ref> <ref name="nobelprize_bio">Johann Deisenhofer – Biographical auf den Seiten der Nobelstiftung.</ref> <ref name="AHA 2003">Humanist Manifesto III: Humanism and Its Aspirations der American Humanist Association. Johann Deisenhofer wird als prominenter Unterzeichner (Memento vom 21. Oktober 2013 im Internet Archive) gelistet.</ref> <ref name="Deisenhofer & Steigemann 1975">J. 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</ref> <ref name="Deisenhofer 1981">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</ref> <ref name="Deisenhofer et al. 1985">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</ref> <ref name="Deisenhofer Lab">Homepage des Deisenhofer Lab; abgerufen am 21. Oktober 2013.</ref> <ref name="Gleick et al. 2010">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</ref> <ref name="Huber et al. 1974">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.</ref> <ref name="Renk & Deisenhofer 1971">K. 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.</ref> <ref name="Knapp et al. 1985">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, ISSN 0027-8424, S. 8463–8467, PMID 16593636, PMC 390936 (freier Volltext).</ref> <ref name="Kupfer 2001">Deisenhofer, Johann. In: Bernhard Kupfer: Lexikon der Nobelpreisträger. Patmos-Verlag, Düsseldorf 2001; ISBN 3-491-72451-1, S. 133.</ref> <ref name="Kwon et al. 2009">Hyock 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.</ref> <ref name="Kwon et al. 2011">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</ref> <ref name="Leopoldina">Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina – Neu gewählte Mitglieder 2003, Leopoldina 2004; S. 17 (PDF; 1,8 MB)</ref> </references>

Literatur

• Deisenhofer, Johann, in: Bernhard Kupfer: Lexikon der Nobelpreisträger. Patmos-Verlag, Düsseldorf 2001; ISBN 3-491-72451-1, S. 133.

Weblinks

• Informationen der Nobelstiftung zur Preisverleihung 1988 an Johann Deisenhofer (englisch)
• Literatur von und über Johann Deisenhofer im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Seite des HHMI über Deisenhofer (Memento vom 16. Januar 2009 im Internet Archive)
• Augsburger Allgemeine, 25. Februar 2016, Artikel über Deisenhofer mit Bild