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 Gehirnregion vermittelt Genuss am Essen
22.08.2017 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

nachricht Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik