Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Handschlag der Moleküle

20.04.2007
Wissenschaftler verfolgen auf der atomaren Skala, wie einzelne Moleküle einander erkennen

Leben ist Teamarbeit im großen Stil: Im menschlichen Körper werkeln tausendmal mehr Moleküle Hand in Hand als Sterne im Weltall leuchten. Wie Moleküle ihre Kooperationspartner erkennen, hat nun ein internationales Wissenschaftlerteam um Forscher vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung beobachtet. Sie verfolgten mit einem Rastertunnelmikroskop, wie sich zwei chirale Dipeptid-Moleküle zu einem Dimer zusammenschlossen. Solche Moleküle liegen wie die allermeisten Moleküle in unserem Körper in zwei spiegelbildlichen Formen vor, die sich wie die rechte und linke Hand nicht zur Deckung bringen lassen. Damit die Dipeptide stabile Paare formen und Biomoleküle die Lebensprozesse aufrecht erhalten können, müssen sich die Moleküle mit passenden Formen erkennen. Wie die Forscher nun herausgefunden haben, verändern sie sich dabei leicht - wie zwei Hände, die sich umeinander schließen. Nach dem Prinzip dieses molekularen Handschlags entstehen darüber hinaus komplexe Materialstrukturen. Die neuen Erkenntnisse helfen auch zu verstehen, wie sie sich im Detail bilden. (Angewandte Chemie, 20. April 2007)


Rastertunnelmikroskopie-Aufnahme von einzelnen L- und D-Diphenylalanin-Molekülen, die auf einer Kupfer-Oberfläche adsorbiert sind. Wie die Moleküle ihre Konformation ändern, während sie sich aneinander lagern, haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Bildsequenzen angeschaut. Bild: Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

1027 Moleküle mit nahezu Hunderttausend unterschiedlichen Formen machen unseren Körper zu dem, was er ist. Jedes Molekül trägt eine strukturelle Information, welche die Wechselwirkung mit anderen Molekülen bestimmt und somit die Funktionen des Körpers aufrecht halten lässt. Sie vermitteln den Befehl, dass unsere Muskeln kontrahieren. Sie sorgen dafür, dass wir unsere Nahrung effizient verwerten. Und sie lassen Gedanken entstehen. Das internationale Forscherteam, in dem Wissenschaftler aus dem Stuttgarter Max-Planck-Institut vom Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg und dem King’s College in London zusammenarbeiteten, hat nun untersucht, auf welche Weise sich Moleküle erkennen und wie die im Molekül gespeicherte Information zum Aufbau von komplexen Strukturen verwendet wird.

Die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung haben mit einem Rastertunnelmikroskop im Detail verfolgt, wie zwei Diphenylalanin-Moleküle miteinander wechselwirken, während sie sich aneinanderlagern. Den Prozess hielten die Forscher in Bildsequenzen fest. Aus diesen geht hervor, dass sich nur Moleküle gleicher Chiralität bereitwillig zu Paaren und Ketten zusammenschließen.

Der Begriff der Chiralität leitet sich vom griechischen Wort für Hand ab und beschreibt Moleküle, die wie die linke und rechte Hände in zwei Formen existieren: der rechtshändigen (D-) und der linkshändigen (L-) Form. Sie lassen sich räumlich nicht zur Deckung bringen - im Bild der Hand gesprochen liegen entweder die Handflächen beziehungsweise -rücken aufeinander oder die Daumen zeigen in entgegengesetzte Richtungen. Und nur zwei rechte (oder zwei linke) Hände greifen beim Handschlag passgenau ineinander. Genauso formen auch nur zwei Moleküle derselben chiralen Form eine stabile Struktur.

Wenn Moleküle der rechtshändigen oder linkshändigen Form zueinander finden, sprechen Chemiker von chiraler Erkennung. Sie ist für alle Prozesse in unserem Körper von großer Bedeutung. Denn ein wesentlicher Teil der Information, die etwa Eiweiße bei biochemischen Prozessen austauschen, steckt in der Chiralität, also der exakten räumlichen Anordnung der Molekülbausteine: Ein chirales Molekül kann andere Moleküle mit derselben Chiralität entsprechend den möglichen Kombinationen D/D bzw. L/L erkennen, wohingegen die Kombinationen L/D oder D/L ausgeschlossen sind.

Wie beim Händeschütteln reicht es aber nicht, dass die Moleküle in der komplementären Gestalt zweier rechter oder linker Hände vorliegen. Denn auch Hände greifen nur dann vollständig ineinander, wenn sie sich umeinander schließen. Die Wissenschaftler konnten jetzt erstmals nachweisen, dass sich auch die Formen der beiden Dipeptide bei ihrem molekularen Händedruck dynamisch aneinander anpassen. Dabei induzieren die Moleküle wechselseitig eine Änderung ihrer Konformation. Zu diesem Ergebnis gelangte das Wissenschaftler-Team nicht nur, indem sie den Prozess rastertunnelmikroskopisch untersuchten, sondern auch weil Theoretiker am King’s College in London und am Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik in Freiburg ihn rechnerisch modellierten.

Der Mechanismus chiraler Molekülerkennung, den die Forscher an den Dipeptid-Molekülen beobachteten, trägt wesentlich dazu bei, die Basisschritte der Evolution genauer zu verstehen. Zugleich helfen die Erkenntnisse künstliche, komplexe Materialien mit spezifischen Funktionen zu entwickeln.

Originalveröffentlichung:

Magalí Lingenfelder, Giulia Tomba, Giovanni Costantini, Lucio Colombi Ciacchi, Alessandro De Vita und Klaus Kern; Tracking the Chiral Recognition of Adsorbed Dipeptides at the Single-Molecule Level; Angewandte Chemie, 20. April 2007 (DOI: 10.1002/anie.200700194)

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Chiralität Dipeptide Handschlag Max-Planck-Institut Molekül Prozess

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise