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 Selbstfaltendes Origami
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!
27.06.2017 | Universität Innsbruck

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

27.06.2017 | Materialwissenschaften

Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Weniger Schadstoffe im Heizkessel: Smartes Verbrennungskonzept vermindert Schadstoffemissionen

27.06.2017 | Energie und Elektrotechnik