Der Erfolg dieses reduktionistischen Ansatzes war seitdem enorm. Jede Menge zentrale Mechanismen des Zellgeschehens wurden auf diese Weise unter optimierten Bedingungen im Reagenzglas entschlüsselt – „in vitro“, wie die Fachleute dazu sagen.
Allerdings macht diese Art Reduktionismus nur Sinn, wenn man im Test – beispielsweise bei der Analyse eines Enzyms – für möglichst zellähnliche Verhältnisse sorgt. Schließlich reduziert man ja nicht aus Selbstzweck, sondern will, dass das Enzym im Reaktionsgefäß genau dasselbe macht wie in der Zelle – und zwar genauso schnell und genauso oft. Also stellt man in vitro alle möglichen Parameter, etwa Temperatur, pH-Wert, Ionenstärke, Redoxpotenzial und andere, penibelst nach den jeweiligen Zellverhältnissen ein.
Eines wird dabei jedoch bis heute oft missachtet: wie verflucht eng es im Inneren der meisten Zellen zugeht. Was umso mehr erstaunt, da man schon lange weiß, dass je nach Zelltyp 5 bis 40 Prozent des Volumens physikalisch durch Makromoleküle ausgefüllt sind. Sämtliche biochemisch aktiven Makromoleküle mussten daher ihre spezifischen Eigenschaften im Laufe der Evolution zwingend an dieses „dichte Gedränge“ anpassen.
Spezialisten bezeichnen diese Verhältnisse als „Macromolecular Crowding“, was salopp für den „Excluded Volume Effect“ („Volumenausschlusseffekt“) steht. Dieser bewirkt etwa, dass in einer Lösung, die zu 30 Volumenprozent aus identischen Makromolekülen besteht, lediglich ein Prozent des Restvolumens für ein weiteres Molekül derselben Größe zur Verfügung steht. Was dies für Prozesse innerhalb der Zelle bedeutet, deren Geschwindigkeit vor allem dadurch limitiert wird, wie schnell die Reaktionspartner zueinander finden, liegt auf der Hand.
Dennoch testen Biochemiker ihre Lieblings-Makromoleküle bis heute nahezu ausnahmslos in stark verdünnten Lösungen. Nur ab und zu versuchen sie, wenigstens die durchs Gedränge bedingte Dickflüssigkeit des Zellsafts durch Zugabe von Zuckerpolymeren einigermaßen zu simulieren.
Nicht zuletzt deshalb konstatierten US-Forscher vor einigen Jahren als Fazit ihrer Computermodellierung des dynamischen Protein-Gedränges in einer Bakterienzelle: „Im Inneren einer typischen Bakterienzelle herrscht ein großes Gedränge, in dem Moleküle miteinander konkurrieren müssen, um ihre biologischen Funktionen zu erfüllen. Die Bedingungen, unter denen solche Moleküle in der Regel in vitro untersucht werden, sind jedoch ganz andere: Ein oder einige wenige Molekültypen werden untersucht, während sie in einer verdünnten, wässrigen Lösung frei diffundieren. Es besteht also eine erhebliche Diskrepanz zwischen den Bedingungen, unter denen Moleküle am sinnvollsten untersucht werden können, und den Bedingungen, unter denen solche Moleküle normalerweise ‚leben‘.“
