Ein Protein ist zunächst nichts anderes als eine lange Kette aus Bausteinen, den Aminosäuren. Damit es arbeiten kann, muss sich diese Kette zu einer ganz bestimmten räumlichen Form falten. Doch woher „weiß“ die Kette, wie sie sich falten soll? Der US-amerikanische Biochemiker Christian B. Anfinsen gab darauf eine der wichtigsten Antworten der modernen Biologie: Die Information für die Form steckt in der Abfolge der Bausteine selbst. Für seine Arbeiten am Enzym Ribonuklease erhielt er 1972 den Nobelpreis für Chemie, gemeinsam mit Stanford Moore und William H. Stein.
Herkunft und Ausbildung
Christian Boehmer Anfinsen wurde am 26. März 1916 in Monessen im US-Bundesstaat Pennsylvania geboren. Seine Eltern waren aus Norwegen eingewandert. Er studierte am Swarthmore College in Pennsylvania, wo er 1937 seinen Bachelor erwarb, und machte anschließend einen Master in organischer Chemie an der University of Pennsylvania.
1939 ging er für einen Forschungsaufenthalt an das Carlsberg-Laboratorium in Kopenhagen. Dieses Institut war ein Zentrum der Eiweißforschung, und der Aufenthalt prägte sein späteres Interesse an Proteinen. 1943 wurde Anfinsen an der Harvard Medical School in Biochemie promoviert. Er lehrte danach zunächst in Harvard und verbrachte eine weitere Zeit in Stockholm, im Labor von Hugo Theorell, der später selbst den Medizin-Nobelpreis erhielt.
An den National Institutes of Health
1950 wechselte Anfinsen an die National Institutes of Health (NIH) in Bethesda bei Washington, die größte staatliche Einrichtung für medizinische Forschung in den USA. Dort leitete er über viele Jahre ein Labor, das sich mit dem Aufbau von Proteinen beschäftigte. Hier entstanden die Experimente, für die er berühmt wurde.
Das Versuchsobjekt: Ribonuklease
Anfinsen arbeitete mit einem Enzym namens Ribonuklease. Enzyme sind Proteine, die chemische Reaktionen beschleunigen. Ribonuklease zerlegt Ribonukleinsäure, kurz RNA. Das Enzym aus der Bauchspeicheldrüse von Rindern hatte für die Forschung große Vorteile: Es ist vergleichsweise klein, mit einer Kette aus 124 Aminosäuren, es ist sehr stabil und ließ sich damals bereits in größeren Mengen rein gewinnen.
Die Kette der Ribonuklease wird an vier Stellen durch sogenannte Disulfidbrücken zusammengehalten. Das sind chemische Bindungen zwischen zwei Schwefelatomen, die von bestimmten Aminosäuren, den Cysteinen, stammen. Diese Brücken wirken wie Klammern, die die gefaltete Kette in Form halten.
Das berühmte Entfaltungsexperiment
In den späten 1950er- und frühen 1960er-Jahren führte Anfinsen mit seinen Mitarbeitern eine Reihe von Experimenten durch, die heute in fast jedem Biochemie-Lehrbuch stehen. Zuerst behandelten sie die Ribonuklease mit Harnstoff in hoher Konzentration und mit einem Stoff, der die Disulfidbrücken spaltet. Unter diesen Bedingungen verliert das Protein seine Form: Die Kette entfaltet sich zu einem ungeordneten Knäuel, und das Enzym verliert seine Wirkung vollständig.
Dann entfernten die Forscher diese Chemikalien langsam wieder und ließen Sauerstoff aus der Luft einwirken, damit sich die Schwefelbrücken neu bilden konnten. Das Ergebnis war verblüffend: Die Kette faltete sich von selbst wieder in ihre ursprüngliche Form zurück, und das Enzym war fast vollständig wieder aktiv.
Um zu verstehen, warum das so bemerkenswert ist, hilft eine Rechnung: Acht Cysteine können sich rein rechnerisch auf 105 verschiedene Arten zu vier Brücken paaren. Nur eine dieser Kombinationen ergibt das funktionierende Enzym. Wenn die Kette die richtige Kombination trotzdem zuverlässig findet, muss die Information dafür in der Kette selbst stecken.
Ein Gegenversuch bestätigte das. Ließ man die Brücken sich bilden, solange der Harnstoff noch vorhanden und die Kette entfaltet war, entstanden zufällige, falsche Verknüpfungen. Das Ergebnis, von Forschern „verwürfelte“ Ribonuklease genannt, war weitgehend inaktiv. Erst wenn man anschließend Bedingungen schuf, unter denen sich die Brücken wieder lösen und neu ordnen konnten, fand das Protein langsam in seine richtige Form zurück.
Die Anfinsen-Hypothese
Aus diesen Versuchen leitete Anfinsen eine allgemeine Aussage ab, die heute als „Anfinsen-Dogma“ oder thermodynamische Hypothese bekannt ist. Sie besagt: Die natürliche, funktionsfähige Form eines Proteins ist unter normalen Bedingungen die energetisch günstigste Anordnung der Kette. Diese Form wird allein durch die Abfolge der Aminosäuren festgelegt.
Ein anschauliches Bild: Stellen Sie sich eine Kugel in einer hügeligen Landschaft vor. Sie rollt von selbst ins tiefste Tal. Bei einem Protein entspricht das tiefste Tal der richtigen Faltung. Die Abfolge der Aminosäuren bestimmt, wie die Landschaft aussieht, und damit, wo das tiefste Tal liegt.
Diese Erkenntnis hatte eine enorme Tragweite. Sie verband die Erbinformation mit der Gestalt der Proteine: Die DNA legt die Reihenfolge der Aminosäuren fest, und diese Reihenfolge bestimmt die Form. Damit war klar, dass der eindimensionale Code der Gene ausreicht, um die dreidimensionale Maschinerie der Zelle hervorzubringen.
Der Nobelpreis 1972
1972 erhielt Anfinsen die Hälfte des Chemie-Nobelpreises „für seine Arbeiten über die Ribonuklease, insbesondere über den Zusammenhang zwischen der Aminosäuresequenz und der biologisch aktiven Konformation“. Die andere Hälfte ging an Stanford Moore und William H. Stein von der Rockefeller University in New York. Sie hatten unter anderem die vollständige Abfolge der Aminosäuren der Ribonuklease bestimmt und Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur und der katalytischen Wirkung des Enzyms aufgeklärt. Beide Arbeiten ergänzten sich: Die eine zeigte, wie die Kette aufgebaut ist, die andere, wie sie ihre Form findet.
Grenzen und Weiterentwicklungen
Anfinsens Prinzip gilt bis heute als Grundlage, wurde aber in einigen Punkten ergänzt. In lebenden Zellen ist es sehr eng, und neu gebildete Proteinketten könnten miteinander verklumpen. Deshalb gibt es Helferproteine, sogenannte Chaperone, die die Faltung unterstützen. Sie geben die Form allerdings nicht vor, sondern verhindern Fehlschritte. Insofern widersprechen sie Anfinsens Grundaussage nicht.
Auch Anfinsens Labor trug zur Erforschung solcher Hilfen bei: Seine Gruppe beschrieb ein Enzym, das falsch geknüpfte Disulfidbrücken umordnen kann, die Protein-Disulfid-Isomerase. Außerdem ist bekannt, dass manche Proteine mehrere stabile Formen annehmen können. Ein Beispiel sind die Prionen, die mit bestimmten Hirnerkrankungen in Verbindung stehen.
Warum das für Sie wichtig ist
Viele Krankheiten hängen mit falsch gefalteten Proteinen zusammen. Dazu zählen etwa Alzheimer, Parkinson und bestimmte Formen der Mukoviszidose. Wer verstehen will, was dabei schiefläuft, muss wissen, wie Proteine sich normalerweise falten. Anfinsens Arbeiten bilden dafür das Fundament.
Zudem wurde aus seiner Hypothese eine der großen Herausforderungen der Wissenschaft: Wenn die Abfolge der Aminosäuren die Form festlegt, dann müsste man die Form aus der Abfolge vorhersagen können. Jahrzehntelang gelang das nur eingeschränkt. In den 2020er-Jahren erzielten computergestützte Verfahren auf Basis künstlicher Intelligenz hier entscheidende Fortschritte, was 2024 ebenfalls mit einem Chemie-Nobelpreis gewürdigt wurde. Diese Entwicklung beruht auf dem Gedanken, den Anfinsen experimentell begründet hatte.
Auch für die Biotechnologie ist sein Prinzip zentral. Wenn Proteine für Medikamente in Bakterien oder anderen Zellen hergestellt werden, entstehen sie manchmal falsch gefaltet. Mit Verfahren zur Rückfaltung, die auf Anfinsens Erkenntnissen beruhen, lassen sich aktive Proteine zurückgewinnen.
Späte Jahre
Anfinsen blieb bis 1981 an den NIH und wechselte dann an die Johns Hopkins University in Baltimore. Dort interessierte er sich unter anderem für Proteine aus Mikroorganismen, die bei extrem hohen Temperaturen leben. Er engagierte sich zudem in Fragen der Menschenrechte und setzte sich für verfolgte Wissenschaftler ein. Persönlich setzte er sich in späteren Jahren intensiv mit dem Judentum auseinander und trat zu diesem Glauben über.
Christian B. Anfinsen starb am 14. Mai 1995 in Randallstown im Bundesstaat Maryland. Sein Ribonuklease-Experiment gilt bis heute als Musterbeispiel dafür, wie ein einfacher, klug geplanter Versuch eine grundlegende Wahrheit über das Leben enthüllen kann.
Stand: 29.10.2026