Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Präbiotische Peptidsynthese erstmals vollständig "in silico"

11.02.2008
RUB-Chemiker berichten in JACS
RUB-Chemiker untersuchen Peptidbindungen im virtuellen Labor
JACS-Communications berichtet
Über die Entstehung des "ersten Proteins" auf rein chemischem Wege gibt es viele Spekulationen: Können, lange bevor es Lebewesen gab, Proteine aus Aminosäuren als Bausteinen quasi von selbst entstanden sein? RUB-Chemikern um Prof. Dr. Dominik Marx (Theoretische Chemie) haben jetzt unter Annahme präbiotischer Bedingungen gemäß der sog. "Eisen-Schwefel-Welt"-Hypothese eine vollständige Peptidsynthese am Computer durchgeführt. Der Hypothese zufolge könnten die so entstandenen Proteine erste Lebensbausteine sein. Die Studie wurde nun als eine der raren "Three-Page Communications to the Editor" in der renommierten Zeitschrift Journal of the American Chemical Society (JACS) veröffentlicht.

Präbiotische Chemie

Eine von vielen Optionen, wie das Leben entstanden sein könnte, ist die Entstehung komplexer Biomoleküle auf rein chemischem Wege, also ohne Rückgriff auf ausgereifte biologische Synthesemaschinen wie das Ribosom. Entsprechende Spekulationen gehen auf Darwin selbst zurück, der in einem Brief an einen befreundeten Botaniker im Jahr 1871 entsprechende Vermutungen geäußert haben soll. ("But if (and Oh! what a big if!) we could conceive in some warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, etc., present, that a protein compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes, ..."). "Wir haben uns also gefragt: Wäre es tatsächlich möglich, dass sich in präbiotischer Zeit Proteine einfach spontan gebildet haben?", erklärt Prof. Marx den Ausgangspunkt der Untersuchung, "und wenn ja, wie genau haben sie das getan?"

... mehr zu:
»Peptid »Peptidsynthese »Protein

Eisen-Schwefel-Welt Szenario

Grundlage der aktuellen Studie ist einer der kontrovers diskutierten Vorschläge, das so genannte "Eisen-Schwefel-Welt"-Szenario, das der Chemiker Günter Wächterhäuser seit Mitte der 1980iger Jahre detailliert ausgearbeitet hat und seither der wissenschaftlichen Überprüfung preisgibt. Komponenten dieser Hypothese sind einerseits Oberflächen von Eisen-Schwefel-Mineralien und andererseits hohe Temperaturen und hoher Druck des Wassers als Medium, in dem die Synthese von Peptiden in einem "Peptidzyklus" ablaufen soll. "Nun ist es natürlich ungemein schwierig, solche Reaktionen bei mehreren hundert Grad und Bar kontrolliert durchzuführen, um die Auswirkung dieser exotischen Reaktionsbedingungen studieren zu können", gibt Dr. Nisanth Nair aus der Arbeitsgruppe Marx zu bedenken. Deshalb verlegten die Chemiker das Experiment ins Virtuelle Labor. Mit modernsten Simulationsmethoden ist es möglich, diese Extrembedingungen nicht nur herzustellen, sondern auch Eins zu Eins mit normalen Reaktionsbedingungen zu vergleichen. "Wir haben unsere kleine Probe zuzusagen im Computer einfach erhitzt, zusammengedrückt und geschaut was sich verändert!", verdeutlicht Erstautor Dr. Eduard Schreiner.

Der Schlüssel: Wasser bei Extrembedingungen

"Überraschenderweise konnten wir feststellen, dass die für die Biochemie doch recht unüblichen Wächterhäuserschen Reaktionsbedingungen die Bildung von Peptidbindungen in der Tat beschleunigen", beschreibt Professor Marx die Ergebnisse. Bedeutsam sei besonders, dass Wasser bei diesen exotischen Bedingungen völlig andere Eigenschaften hat als flüssiges Wasser etwa in der Wasserleitung, und genau das werde im Computer gut nachgestellt. "Der Aufwand dieser Studie war allerdings exorbitant, denn wir mussten fast zehn einzelne Reaktionsschritte sowie deren Rückreaktionen unter drei verschiedenen Reaktionsbedingungen simulieren, um nach vielen Fehlschlägen den Peptidzyklus zu knacken", erzählt Eduard Schreiner, der sich damit seinen Doktorhut verdient hat.

Nur mit gigantischen Rechenmaschinen zum Erfolg

"Mit diesem Rechenaufwand stellt die nun publizierte Untersuchung wohl einen neuen Weltrekord auf dem Gebiet der ab initio Molekulardynamik auf", berichtet Professor Marx nicht ohne Stolz. Möglich geworden ist das erst durch ausgiebige Nutzung eines IBM Blue Gene Parallelrechners am John von Neumann-Institut für Computing in Jülich. "Interessant ist in diesem Zusammenhang auch Darwins Bemerkung 'It is mere rubbish thinking at present of the origin of life; one might as well think of the origin of matter', fügt Marx hinzu, "denn genau solche Untersuchungen werden heute auf dem gleichem Supercomputer von Kollegen aus der Physik durchgeführt!"

Titelaufnahme

E. Schreiner, N. N. Nair, and D. Marx, Influence of Extreme Thermodynamic Conditions and Pyrite Surfaces on Peptide Synthesis in Aqueous Media, J. Am. Chem. Soc. ("Three-Page Communication" to the Editor), ASAP Article 10.1021/ja7108085; download from:

http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/asap/abs/ja7108085.html

Weitere Informationen

Professor Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NBCF 03/296, Tel. 0234/32-28083, Fax: 0234/32-14045, dominik.marx@theochem.rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.theochem.rub.de
http://www.fz-juelich.de/nic/

Weitere Berichte zu: Peptid Peptidsynthese Protein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz
27.07.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse
27.07.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie