Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forschung an selbstreplizierenden Systemen

13.03.2006


Moleküle, die sich selbst vermehren


Dem chemischen Ursprung des Lebens auf der Spur
Rubin 1/06: Forschung an selbstreplizierenden Systemen



Das Leben auf der Erde entstand aus einfachen chemischen Elementen. Doch wie konnten sich aus Kohlenstoff, Wasserstoff oder Stickstoff die Grundbausteine des Lebens - etwa DNA-Erbmoleküle - bilden? Weltweit suchen die Forscher nach dem Übergang eines chemischen in ein biologisches System, dabei geht es ihnen vor allem um das "Bauprinzip des Lebens". Dr. Insa Reimold-Stahl im Team von Prof. Dr. Günter von Kiedrowski (Bioorganische und Supramolekulare Chemie, Fakultät für Chemie) hat jetzt erstmals ein experimentelles Energieprofil für ein selbstreplizierendes System erstellt und konnte damit sein Wachstumsverhalten nachvollziehen.

Beitrag mit Bildern im Netz

Den vollständigen Beitrag mit Bildern zum Herunterladen finden Sie im Internet unter http://www.rub.de/rubin

Einblick in ein einfaches System

Lebende Systeme können sich selbst erhalten, optimieren und anpassen. Die Bochumer Chemiker erforschen die Prinzipien künstlicher selbstreplizierender Systeme, etwa aus drei Molekülen (A, B und C). Molekül C wirkt dabei als Matrize und regt die anderen (A, B) an, zu einer Kopie zu reagieren, die dann für den Reaktionszyklus verfügbar ist. Das System kann sich vervielfachen, die Produkte beschleunigen ihre Bildung und übertragen Informationen. Mit einer speziellen spektroskopischen Methode verfolgen die Forscher die Reaktionsabläufe des Systems, indem sie Signale der beteiligten Wasserstoffatome empfangen und auswerten. Es gilt: Je stärker das Signal, desto höher die Konzentration des Moleküls. Im Experiment stieg die Konzentration der Matrize erst langsam, dann immer schneller (exponentiell) an, da die gebildeten Kopien die Reaktion beschleunigen, bis die Ausgangsmoleküle aufgebraucht sind.

Bild oder Spiegelbild: Die Evolution entscheidet

Die Moleküle des Systems können Chirale sein. Ein chiraler Stoff kommt in zwei Formen vor, die sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten. Sie unterscheiden sich nicht in ihren Eigenschaften, treffen aber in einem selbstreplizierenden System zwei Chirale aufeinander, ergeben sich zwei mögliche Reaktionswege: Die beiden Formen des Matrizenmoleküls können entweder Bild oder Spiegelbild eines Ausgangsmoleküls binden, sodass unterschiedliche Produkte entstehen. In der Natur gibt es oft nur einen dieser Reaktionswege. Die Forscher vermuten hier einen Evolutionsprozess, dessen Prinzipien für die Suche nach den Entstehungswegen des Lebens interessant sind. In den Experimenten ließ sich jedoch kein bevorzugter Reaktionsweg nachweisen. Möglicherweise erfolgt eine chirale Differenzierung erst in komplexeren Systemen.

Erstmals experimentelles Energieprofil erstellt

Erstmals erstellten die Forscher neben einem theoretisch berechneten auch ein experimentell ermitteltes Energieprofil. Dazu haben sie die Energiestufen der beteiligten Komponenten gemessen und in einem Koordinatensystem dargestellt. Einige Teilreaktionen des Systems setzen Energie frei, andere erfordern Energieaufnahme. Ein Vergleich der Energieänderungen erlaubt Rückschlüsse auf das Wachstumsverhalten des Systems und eine mögliche Bevorzugung bestimmter Reaktionswege. Exponentielles Wachstum eines Systems führt zu Selektion und damit zur Evolution, parabolisches - symmetrisch ansteigendes und dann abfallendes Wachstum - zu Koexistenz. Bei dem untersuchten System ging anfängliches exponentielles Wachstum in parabolisches über. Dies stellt somit noch keine Selektion dar. Es erlaubte aber, bisher nur theoretisch abgeleitete Voraussagen für selbstreplizierende Systeme experimentell nachzuvollziehen. Die Kombination verschiedener Methoden ist eine Neuheit in der Replikationsforschung.

Weitere Themen in RUBIN 1/06

In RUBIN 1/06 finden Sie außerdem folgende Themen: Die Silbermann-Orgel in der Dresdener Hofkirche nach der Restaurierung: Wie nahe sind wir dem Klang von 1755?; Strukturwandel und Frauenarbeit im Ruhrgebiet: Geschlechterrollen wirken lange nach; Koppelgeschäfte stärken EU-Kompetenz: Wer regiert Europa?; Neues OP-Verfahren bei Halswirbelsäulenerkrankungen: Befreiung durchs Schlüsselloch; Cochlea-Implantat-Forschung: Hören, wenn das Ohr nicht funktioniert, Dicht und steril im Doppelpack: Plasma-Sterilisation von PET-Flaschen; Muskelkontraktion im virtuellen Experiment: Wenn der Computer die Muskeln spielen lässt; Editorial (Prorektor Prof. Elmar W. Weiler): Zur Exzellenzinitiative. RUBIN ist in der Pressestelle der Ruhr-Universität (Tel. 0234/32-22830) zum Preis von 2,50 Euro erhältlich und steht im Internet unter http://www.rub.de/rubin

Weitere Informationen

Prof. Dr. Günter von Kiedrowski, Bioorganische und supramolekulare Chemie, Fakultät für Chemie der RUB, Tel.: 0234/32-23218, E-Mail: kiedro@rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.rub.de/rubin

Weitere Berichte zu: Energieprofil Molekül RUBIN Reaktionsweg

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie