Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemiker-Origami: Moleküle gezielt in schraubenförmige Strukturen falten

25.04.2016

Wie man Moleküle schraubenförmig aufwindet, beschreibt ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler ahmten mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nach, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht. An bestimmten Stellen im Molekül fügten sie Schwefelbrücken ein. So entstanden gezielt links- oder rechtsgewundene Helixstrukturen. Den Forschern gelang es auch, die Struktur von einem Molekül auf ein anderes zu übertragen. Das Team bestand aus Wissenschaftlern vom CNRS und der Universität Bordeaux, der Ruhr-Universität Bochum sowie der Universität Kumamoto.

Künstliche Moleküle sind wie ein Blatt Papier. Chemiker können sie gezielt in bestimmte Formen falten. Die Form eines Moleküls auf ein anderes zu übertragen, ist jedoch eine besondere Herausforderung.


Eine Art Origami für chemische Substanzen hat ein Forscherteam entwickelt, dem auch der Bochumer Wissenschaftler Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte angehört.

© RUB, Katja Marquard

Wie man Moleküle schraubenförmig aufwindet, beschreibt ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler ahmten mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nach, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht.

Struktur bestimmt Funktion von Molekülen

„Die Form von Molekülen bestimmt maßgeblich ihre Funktion“, sagt Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte von der Ruhr-Universität Bochum, einer der Beteiligten. Ein Beispiel aus der Natur: „Wenn sich die Form bestimmter Enzyme verändert, verursacht das Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer.“

Metzler-Nolte vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie II kooperierte mit einem Team um Dr. Ivan Huc und Dr. Christos Tsiamantas vom CNRS und der Universität Bordeaux sowie japanischen Kollegen der Universität Kumamoto.

Helix-Form: eine besondere Herausforderung

Bislang war es eine Herausforderung gewesen, künstlichen Molekülen gezielt eine bestimmte Helix-Struktur zu verpassen. Denn es war nur schwer kontrollierbar, ob sich ein Molekül links- oder rechtsherum schraubenförmig aufwindet. Genau das gelang dem Team aus Frankreich, Deutschland und Japan. Darüber hinaus zeigten die Wissenschaftler auch einen Mechanismus, mit dem eine Helix ihre Struktur durch einfache Berührung auf ein anderes Molekül übertragen kann.

Moleküle falten wie ein Blatt Papier

Die Chemiker arbeiteten mit sogenannten aromatischen Oligoamiden. Dabei handelt es sich um kettenförmige Moleküle, die sich von Ammoniak ableiten. Zu Beginn lagen sie als gerade Schnur mit knubbeligen Bereichen vor. „So wie eine Kette mit Perlen, die ungeordnet vor einem auf dem Tisch liegt“, veranschaulicht Metzler-Nolte. Dann falteten die Forscher das Molekül in die gewünschte räumliche Struktur, indem sie an einigen Positionen der Kette Schwefelbrücken einbauten, also Bindungen zwischen zwei Schwefelatomen.

„So falten wir ein Molekül wie ein Blatt Papier, das man immer wieder knickt“, vergleicht Nils Metzler-Nolte. Die Forscher erzeugten dabei sowohl links- als auch rechtsgewundene Helices.

Moleküle übertragen ihre Form aufeinander

In weiteren Versuchen verknüpften sie zwei Helices an den beiden Enden miteinander. Obwohl es darüber hinaus keine Kontaktstellen gab, glichen die so verbundenen Moleküle ihre Struktur aneinander an. Entweder formten beide eine linksgewundene Helix oder beide eine rechtsgewundene Helix.

Diese Prinzipien – Faltung und Ringschluss – nutzt auch die Natur; so entstehen Biomoleküle mit besonderen Eigenschaften. In künftigen Studien möchten die Forscher die Techniken anwenden, um Moleküle für die Katalyse oder Energieumwandlung zu designen.

Förderung

Die Europäische Union förderte die Arbeiten zu dieser Veröffentlichung im Rahmen der „Marie Curie Actions“ (FP7-PEOPLE-2010-ITN-264645 und DYNAMOL). Weitere Unterstützung kam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und Agence Nationale de la Recherche im Rahmen des gemeinsamen Projekts „Foldhyd“ (ME 1378/15-1 und ANR-14-CE35-0016).

Originalveröffentlichung

C. Tsiamantas, X. de Hatten, C. Douat, B. Kauffmann, V. Maurizot, H. Ihara, M. Takafuji, N. Metzler-Nolte, I. Huc (2016): Selective dynamic assembly of disulfide macrocyclic helical foldamers with remote handedness, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201601156

Pressekontakt

Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte, Lehrstuhl für Anorganische Chemie I, Fakultät für Chemie und Biochemie, Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234 32 24153, E-Mail: nils.metzler-nolte@rub.de

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | 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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise