Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein „Navi“ für Moleküle

19.12.2014

Mit dem Global Positioning System (GPS) des „Navis“ ist jederzeit sicher feststellbar, wo man gerade mit dem Auto unterwegs ist und wie man zum Wunschziel kommt. Wissenschaftler vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn haben nun ein „GPS“ entwickelt, mit dem sich in Enzymen der Aufenthaltsort von Metallionen sicher bestimmen lässt. Diese Ionen sind an den Stoffumsetzungen wesentlich beteiligt. Das „Molekül-GPS“ wird nun im Fachjournal „Angewandte Chemie“ vorgestellt.

Ohne Enzyme würde es kein Leben auf unserem Planeten geben. Die meist aus Eiweißen aufgebauten Moleküle steuern und ermöglichen biochemische Reaktionen von der Verdauung bis hin zur Vervielfältigung der Erbinformation. „Bei den Enzymen handelt es sich um komplexe räumliche Gebilde, die mehrfach gefaltet sein können“, sagt Prof. Dr. Olav Schiemann vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn. In der Mitte dieser „Eiweiß-Knäuels“ befindet sich ein Metallion, das „aktives Zentrum“ genannt wird. Der Stoff, der durch eine chemische Reaktion verändert werden soll, lagert sich an das Metallion an. Es sorgt dann dafür, dass eine oder mehrere Bindungen in dem angehefteten Stoff gebrochen und neu geformt werden – durch das Enzym entsteht die Umsetzung zu einer neuen Substanz. Solche Umwandlungen passieren zum Beispiel ständig in unserem Magen, wo die Nahrung in Stoffe aufgespalten wird, die unser Körper leicht aufnehmen kann.


Ein GPS für Moleküle: Prof. Dr. Olav Schiemann (links) und Doktorand Dinar Abdullin mit einer Abbildung des Enzyms Azurin.

Wissenschaftler erforschen, wie solche lebenswichtigen Enzyme funktionieren. Hierfür müssen sie möglichst gut darüber Bescheid wissen, wie die einzelnen Atome in diesen Biomolekülen angeordnet sind. „Wenn wir den Aufenthaltsort des Metallions in einem Enzym kennen, können wir besser verstehen, wie die Reaktionen genau ablaufen“, sagt Prof. Schiemann. Seine Arbeitsgruppe hat nun erstmals die Position des aktiven Zentrums in einem Enzym mit einer neuartigen Methode bestimmt, die vom Prinzip her an das Global Positioning System (GPS) erinnert, mit dem die Navigationssysteme in Autos arbeiten.

Wie im Verkehrsgewirr zur Rush Hour

„Die Struktur von Enzymen ist auf den ersten Blick häufig genauso unübersichtlich, wie das Verkehrsgewirr zur Rush Hour“, schmunzelt der Physikochemiker der Universität Bonn. Ähnlich wie ein einzelnes Auto im hohen Verkehrsaufkommen kaum auszumachen ist, so „versteckt“ sich das Metallion in den zahlreichen Windungen und Falten des Enzyms. Trotzdem lässt sich die Position des Fahrzeugs – und auch des Metallions – sicher mit GPS bestimmen. Mehrere Satelliten umkreisen unseren Planeten und zeigen über die Laufzeiten von Signalen den Abstand zu einem bestimmten Punkt auf der Erde an, zum Beispiel einem Auto. Dort wo sich die Abstandslinien der verschiedenen Satelliten schneiden, befindet sich das zu ortende Fahrzeug.

Die „Satelliten“ bestehen aus der Aminosäure Cystein

Ganz ähnlich verfuhren die Physikochemiker der Universität Bonn. „Unsere Satelliten sind Spinlabel“, erläutert der Doktorand Dinar Abdullin. Es handelt sich dabei um kleine organische Moleküle, die ein ungepaartes Elektron tragen und stabil sind. Sechs von diesen „molekularen Satelliten“ verteilten die Forscher in ihrem Modellenzym „Azurin“ - ein blaues Protein mit einem Kupferion im Zentrum. Mit Hilfe der Elektronenspinresonanz verfolgten die Wissenschaftler die „Umlaufbahn“ der winzigen Satelliten in den Windungen des Enzyms. Den Abstand zwischen den Satelliten und dem Metallion im Zentrum bestimmten sie mit der PELDOR-Methode, die wie ein Lineal auf molekularer Ebene funktioniert. „Ähnlich dem GPS konnten wir daraus die Position des aktiven Zentrums im Enzym sehr genau bestimmen“, sagt Abdullin.

Damit ist der Werkzeugkasten der Physikalischen Chemie um eine elegante Methode reicher. „Wir haben das Verfahren für die Grundlagenforschung entwickelt, es lässt sich aber auch für die Strukturaufklärung anderer Enzyme verwenden“, sagt Prof. Schiemann. Ein besseres Verständnis der Stoffumwandlungen an aktiven Zentren sei schließlich auch die Grundlage zum Beispiel für die industrielle Herstellung von Medikamenten.

Publikation: Abdullin D., Florin N., Hagelueken G. und Schiemann O.: EPR based Approach for the Localization of Paramagnetic Metal Ions in Biomolecules, Angewandte Chemie, DOI: 10.1002/anie.201410396

Kontakt für die Medien:

Prof. Dr. Olav Schiemann
Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie der Universität Bonn
Tel. 0228/732989
E-Mail: schiemann@pc.uni-bonn.de


Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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