Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Sonnenschutz der DNA

15.10.2015

Forschende beobachten erstmals eine der schnellsten chemischen Reaktionen der Welt

UV-Strahlung zählt zu den häufigsten Ursachen für Schäden an unserem Erbgut. Forscherinnen und Forscher der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Universität Bristol, Großbritannien, haben nun erstmals beobachtet, was in DNA-Bausteinen passiert, wenn sie mit ultraviolettem Licht angeregt werden und wie sie sich dabei vor ihrer Zerstörung schützen.


Die Studie aus Kiel und Bristol wird das Innencover der Fachzeitschrift Angewandte Chemie zieren. Es zeigt den untersuchten Prozess, wie die DNA sich vor ultravioletter Strahlung schützt.

Angewandte Chemie, John Wiley & Sons

Die Ergebnisse zeigen: Mit der aufgenommenen Energie setzen die Moleküle eine völlig ungefährliche Reaktion in Gang, die Veränderungen der Gene verhindert. Die Studie erscheint in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Angewandte Chemie.

In unserer DNA treten die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Thymin auf. Mit ultrakurzen Lichtblitzen schossen die Chemikerinnen und Chemiker auf mit UV-Licht angeregte Basenpaare aus Guanin und Cytosin. Nur mit Hilfe dieser als Femtosekundenspektroskopie bezeichneten Methode konnten sie den schützenden molekularen Mechanismus offenlegen. Denn dieser spielt sich innerhalb weniger Billiardstel Sekunden ab.

In dem sogenannten elektronengetriebenen Protonentransfer-Prozess (EDPT) wird ein Wasserstoff-Atom innerhalb der Molekülverbindung verschoben. Das Basenpaar kehrt daraufhin aber durch den gleichen Vorgang sofort wieder zur Ausgangsstruktur zurück. „Die Natur nutzt die Reaktion, um die Lichtbeständigkeit des Erbguts um Größenordnungen zu verstärken – sie ist sozusagen der Sonnenschutz der DNA“, sagt Professor Friedrich Temps, Leiter des Kieler Forschungsteams vom Institut für Physikalische Chemie.

„Die DNA-Bausteine selbst entlasten dadurch die enorm aufwändigen und nur sehr langsamen aktiven Reparaturmechanismen der Zellen durch Enzyme, für deren Entdeckung in diesem Jahr gerade der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde. Ohne die von uns beobachteten passiven Prozesse wären die aktiven Reparaturmaschinen der Zellen hoffnungslos überlastet“, ergänzt Professor Andrew Orr-Ewing, Leiter des Teams in Bristol.

In einigen Fällen gelingt es dem Basenpaar jedoch nicht, zur Ausgangssituation zurückzukehren. Hier führt der EDPT dazu, dass zwei Wasserstoffatome verschoben werden. „Das Produkt könnte eine mutagene Vorstufe sein und zu Schäden an der DNA führen“, erklärt Dr. Katharina Röttger von der englischen Arbeitsgruppe, die in Kiel ihren Doktortitel erhielt. Was allerdings mit diesem Molekül weiter passiert, müssen zukünftige Experimente zeigen. „Wir können nur sagen, dass das potenziell mutagene Molekül den Zeitrahmen unserer Messungen von einer Nanosekunde (= eine Milliardstel Sekunde) überlebt“, sagt Röttger.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen nun herausfinden, ob die gleichen Prozesse auch in einem langen DNA-Strang passieren. Kompliziert machen dieses Unterfangen aber die vielen Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Molekülen und in den Wasserstoffbrücken. Oft werden extrem schnelle Reaktionen von langsameren überdeckt. Professor Temps und Professor Orr-Ewing sind zuversichtlich, dass die Analysewerkzeuge ihrer Arbeitsgruppen bald so weit sein werden, auch dieses Rätsel zu lösen.

Originalpublikation
K. Röttger, H. J. B. Marroux, M. P. Grubb, P. M. Coulter, H. Böhnke, A. S. Henderson, M. C. Galan, F. Temps, A. J. Orr-Ewing, G. M. Roberts, "Ultraviolet Absorption Induces Hydrogen-Atom Transfer in G∙C Watson-Crick DNA Base Pairs in Solution", Angew. Chem. Int. Ed. 54, (2015). DOI: 10.1002/anie.201506940
Link: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201506940/abstract


Bildmaterial steht zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-368-1.png
Bildunterschrift: Katharina Röttger, Fakultätspreisträgerin 2014 der Universität Kiel, untersuchte mittels extrem kurzer Lichtpulse gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen einen chemischen Prozess in DNA-Basenpaaren.
Foto/Copyright: Jürgen Haacks, Uni Kiel

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-368-2.jpg
Bildunterschrift: Friedrich Temps entwickelt in Kiel Methoden, mit denen sich ultraschnelle chemische Prozesse beobachten lassen.
Foto/Copyright: Denis Schimmelpfennig, Uni Kiel

http://www.uni-kiel.de/download/pm/2015/2015-368-3.jpg
Bildunterschrift: Die Studie aus Kiel und Bristol wird das Innencover der Fachzeitschrift Angewandte Chemie zieren. Es zeigt den untersuchten Prozess, wie die DNA sich vor ultravioletter Strahlung schützt.
Abbildung/Copyright: Angewandte Chemie, John Wiley & Sons

Weitere Informationen (in Englisch):
http://www.temps.phc.uni-kiel.de/en

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften und Oberflächenforschung“ (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik, Biologie, Elektrotechnik, Informatik, Lebensmitteltechnologie und verschiedenen medizinischen Fächern zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen. Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de

Kontakt:
Professor Dr. Friedrich Temps
Institut für Physikalische Chemie
Tel.: 0431/880 7800
E-Mail: temps@phc.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Weitere Informationen:
http://www.uni-kiel.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mikro-U-Boote für den Magen
24.01.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Echoortung - Lernen, den Raum zu hören
24.01.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

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: Scientists spin artificial silk from whey protein

X-ray study throws light on key process for production

A Swedish-German team of researchers has cleared up a key process for the artificial production of silk. With the help of the intense X-rays from DESY's...

Im Focus: Forscher spinnen künstliche Seide aus Kuhmolke

Ein schwedisch-deutsches Forscherteam hat bei DESY einen zentralen Prozess für die künstliche Produktion von Seide entschlüsselt. Mit Hilfe von intensivem Röntgenlicht konnten die Wissenschaftler beobachten, wie sich kleine Proteinstückchen – sogenannte Fibrillen – zu einem Faden verhaken. Dabei zeigte sich, dass die längsten Proteinfibrillen überraschenderweise als Ausgangsmaterial schlechter geeignet sind als Proteinfibrillen minderer Qualität. Das Team um Dr. Christofer Lendel und Dr. Fredrik Lundell von der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Ergebnisse in den „Proceedings“ der US-Akademie der Wissenschaften vor.

Seide ist ein begehrtes Material mit vielen erstaunlichen Eigenschaften: Sie ist ultraleicht, belastbarer als manches Metall und kann extrem elastisch sein....

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Neuer Algorithmus in der Künstlichen Intelligenz

24.01.2017 | Veranstaltungen

Gehirn und Immunsystem beim Schlaganfall – Neueste Erkenntnisse zur Interaktion zweier Supersysteme

24.01.2017 | Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Interview mit Harald Holzer, Geschäftsführer der vitaliberty GmbH

24.01.2017 | Unternehmensmeldung

MAIUS-1 – erste Experimente mit ultrakalten Atomen im All

24.01.2017 | Physik Astronomie

European XFEL: Forscher können erste Vorschläge für Experimente einreichen

24.01.2017 | Physik Astronomie