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 Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie