Nickelhaltige Enzyme: Die steile Karriere eines lange übersehenen „Biometalls“

Überblick

Nickel war lange Zeit das einzige Element aus der zweiten Hälfte der 3d-Übergangsmetallreihe, für das eine biologische Bedeutung nicht sicher nachgewiesen werden konnte. Die Gründe für dieses “Übersehen” lagen darin, daß Nickelionen mit physiologisch relevanten Liganden keine sehr charakteristische Lichtabsorption zeigen, ein Mössbauer-Effekt für Ni-Isotope nicht auftritt und selbst eindeutig para-magnetisches Ni^I (d⁹) oder Ni^III (d⁷) aufgrund fehlender Metallisotopen-Hyperfeinkopplung nicht immer mittels ESR-Spektroskopie nachgewiesen werden kann (die natürliche Häufigkeit von ⁶¹Ni mit I = 3/2 beträgt nur 1.25%). Nickel ist außerdem — wie heute erwiesen — meist nur ein Bestandteil von komplexen, mehrere Coenzyme wie auch weiteres anorganisches Material enthaltenden Enzymen, so daß seine Präsenz, etwa in Gegenwart von Fe/S-Clustern, lange unbemerkt bleiben konnte. Mit empfindlicheren Detektionsmethoden in der Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und bei magnetischen Messungen (SQUID-Suszeptometer) sowie durch ESR an ⁶¹Ni-angereichertem Material konnten jedoch einige nickelhaltige Enzyme vor allem im Bereich von Mikroorganismen (Archäbakterien; Thauer) und Pflanzen nachgewiesen und teilweise charakterisiert werden (vgl. Abb. 1.2). Nickel ist sowohl in der Lithosphäre als auch als gelöstes Ni²⁺ im Meerwasser ausreichend vorhanden, so daß natürliche Nickelmangelerscheinungen kaum auftreten — selbst der Nickelgehalt von Edelstahl konnte durch Mikroorganismen mobilisiert werden (Abb. 1.2). Als vorerst letzte (1990) Hypothese für das Aussterben der Saurier und vieler anderer Lebewesen zu Ende der Kreidezeit wurde eine globale Nickel-Vergiftung durch meteoritisches Material postuliert (Beard).