Proteine - Moleküle die alles können
Diese Werkzeuge, spezielle Proteine, die chemische Reaktionen katalysieren (beschleunigen), werden Enzyme genannt und sind für die Produktion aller Inhaltsstoffe eines Lebewesens verantwortlich. Proteine sind faszinierende Moleküle: man nimmt an, dass es keine einzige chemische Reaktion gibt, die nicht von irgendeinem Protein (Enzym) katalysiert werden kann. Enzyme sind mithin wahrlich die Moleküle der unbegrenzten Möglichkeiten.

Die Arbeitsschritte, die von den Enzymen katalysiert werden, sind in allen Zellen die Grundlage des Lebens. Dabei werden aus relativ wenigen und einfachen Nahrungsstoffen schrittweise die kompliziertesten chemischen Verbindungen aufgebaut, aber auch eindringende Giftstoffe in unschädliche Einzelteile zerlegt.
Welche chemischen Verbindungen - wie zum Beispiel Vitamine, Fettsäuren oder Kohlehydrate - eine Zelle aufbauen können, wird durch die Kombination der verschiedenen Enzyme der Zelle bestimmt.
Wie ein Lebewesen aussieht und wie es sich seiner Umwelt gegenüber verhält, ist daher hauptsächlich eine Frage der Art der Proteine, die seine Zellen produzieren können, und der Menge eines jeden Proteins, das von von den Zellen hergestellt wird.

Kein Protein gleicht dem anderen und keine zwei Lebewesen enthalten normalerweise ein und dasselbe Protein. Daher können auch einige Lebewesen Aufgaben ausführen, die andere nicht bewältigen, zum Beispiel die Produktion von bestimmten lebenswichtigen Nährstoffen.

Dies liegt daran, dass einige Proteine, die spezialisierte Aufgaben übernehmen können, nur in wenigen oder sogar nur einem einzigen Lebewesen vorkommen. Kompliziertere Stoffe werden fast immer von vielen Enzymen hergestellt.
Das Prinzip dabei ist, dass ein Grundstoff von einem Enzym erkannt und dann an einer Stelle modifiziert wird. Das modifizierte Produkt dieser Reaktion wird dann an ein anderes Enzym weitergereicht, das seinerseits eine Modifikation katalysiert.
Da aber aus einem Stoff durch verschiedene Enzyme auch unterschiedliche Moleküle gebaut werden können kann man eine Zelle dazu bringen aus einem Molekül ein anderes herzustellen, als normalerweise vorgesehen. Dazu muss also nur ein Enzym bereitgestellt werden, welches vorher nicht vorhanden war.

Stellt eine Zelle zum Beispiel schon zwei Stoffe aus einem Rohstoff her, so kann man natürlich auch die Menge der beiden Produkte beeinflussen, wenn man die Menge der Enzyme künstlich variiert. Eine Kette von Reaktionen, im Laufe derer in mehreren Schritten aus einem Rohstoff ein anderes Endprodukt hergestellt wird nennt man eine Enzymkaskade .

Die einzelnen Schritte dieser Kaskaden sind in vielen Fällen die Angriffspunkte der Gentechnik:
alte Kaskaden können unterbrochen werden und neue geschaffen werden.

Enzyme in der Lebensmittelherstellung

Möglich wird all dies nur, da die Proteine aller Lebewesen im Baukastenprinzip aus den selben Grundbausteinen hergestellt werden, den sogenannten Aminosäuren. Um die verschiedenen Proteine zu formen, werden die zwanzig Aminosäuren in immer neuen Anordnungen aneinandergereiht. Die Reihenfolge, Proteinsequenz genannt, bestimmt die Funktion eines Proteins.

Deshalb funktioniert ein spezialisiertes Protein aus einer beliebigen Zelle im Prinzip auch in allen anderen Lebewesen. So funktioniert ein Protein eines Bakteriums oder Tieres oft auch in einer Pflanze, und Proteine einer Pflanze auch in den meisten anderen Pflanzen.
Dieses Prinzip macht sich die Gentechnik zunutze. Sie verpflanzt die Information, die zur Produktion eines Proteins notwendig ist, zum Beispiel von einer Pflanze in eine andere. Dies ermöglicht der Empfängerpflanze nun eine völlig neue Funktion auszuführen, zum Beispiel eine Resistenz gegen ein Pestizid.