Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Lichtschalter

11.03.2010
Moleküle, die erst bei Bestrahlung mit Licht ihre biologische Funktion entfalten, könnten an genau definierter Stelle im Organismus "angeschaltet" werden. Wissenschaftlern vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und von der Technischen Universität Berlin ist es gelungen, solche lichtsensiblen molekularen Strukturen zu entwickeln. Als Vorbild diente ihnen dabei der Sehprozess im Auge.

Lösliche Substanzen, also auch Medikamente, werden in der Regel im Gießkannenprinzip im Körper verteilt. Sie erreichen so zwar ihre Zielproteine - allerdings auch dort, wo dies gar nicht erwünscht ist. Wissenschaftler versuchen daher Methoden zu entwickeln, mit denen sie die Funktion von Wirkstoffen räumlich und zeitlich genau steuern können.

Um ein ausgewähltes Areal von Zellen - etwa die Zellen eines Tumors - zu erreichen, muss der entsprechende Wirkstoff möglichst örtlich begrenzt in eine aktive Form überführt werden und beim Verlassen des Areals wieder in die inaktive Form überführbar sein. Wissenschaftlern vom Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) ist ein entscheidender Schritt in diese Richtung gelungen: Sie haben einen Lichtschalter in ein Peptidmodell eingefügt, das einen Teil eines biologisch aktiven Proteins modelliert.

Befindet sich der Schalter im Grundzustand, hindert er das Peptid daran, an das Protein zu binden. Wird der Schalter durch Bestrahlung "umgelegt", lässt er die Bindung des Peptids an sein Zielprotein zu. Christian Hoppmann vom FMP erläutert: "Mit diesem Modellpeptid können wir die entsprechende natürliche Protein-Protein-Wechselwirkung und damit die entsprechende Signalkette mittels Licht steuern."

Ein Peptid ist ein kleines Protein, wie dieses besteht es aus Aminosäuren in einer definierten Reihenfolge, die die biologische Information zur Wechselwirkung mit anderen Molekülen wie Proteinen enthält. Ein bekanntes Peptid ist Insulin zur Regulierung des Blutzuckerspiegels, ebenso Gastrin, das die Produktion von Magensäure anregt. Peptide beeinflussen also gezielt Funktionen des Körpers - genau das sollen auch Medikamente tun - und darüber hinaus haben sie als körpereigene Substanzen den Vorteil, kaum Abwehrreaktionen des Körpers hervorzurufen. Peptide können ihre Form verändern, indem sie untereinander Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Diese sogenannte Sekundärstruktur kann eine Helix, also eine Spirale, oder ein Haarnadel-beta-Faltblatt sein. Gelingt es mit Hilfe eines molekularen Schalters, in einem Peptid, die Sekundärstruktur zu destabilisieren oder zu fördern, lässt sich damit die Peptideigenschaft kontrollieren.

Der molekulare Schalter, den die FMP-Wissenschaftler in das Peptid eingebaut haben, liegt im Grundzustand in einer gestreckten Form vor, der sogenannten trans-Form. In dieser gestreckten Form hält der Schalter die beiden Ketten des Peptids auseinander und hindert sie daran, eine Sekundärstruktur zu bilden. Durch Bestrahlung mit UV-Licht der Wellenlänge von ca. 330 Nanometern wird der Schalter in die sogenannte cis-Form überführt, die den beiden flankierenden Peptidketten erlaubt, miteinander Wasserstoffbrückenbindungen und damit eine Sekundärstruktur auszubilden. Mit dem Schalter in der cis-Form wandelt sich das Peptid also in die für die Wechselwirkung mit dem Protein notwendige Haarnadel-?-Faltblattstruktur um. Das Peptid bindet so an die spezifischen Stellen im Protein. Christian Hoppmann sagt: "Wir haben uns das Prinzip beim Sehprozess abgeguckt. Beim Sehen passiert nämlich auf der Retina genau das Gleiche: Durch Lichteinfall wird in dem natürlichen Schaltersystem ein Übergang von cis- zu trans-Form bewirkt, wodurch eine Strukturänderung in dem beteiligten Protein ausgelöst und das Signal übertragen wird."

Im FMP ist es gelungen, das erste wasserlösliche, lichtschaltbare Peptidmodell einer Haarnadel-?-Faltblattstruktur zu entwickeln, deren biologische Funktion mit Licht gesteuert werden kann. Diese sind in einer Vielzahl biologisch wichtiger Proteinwechselwirkungen involviert.

Hoppmann, Christian el al.: Lichtgesteuerte Proteinbindung einer biologisch relevanten -Faltblattstruktur. In: Angewandte Chemie 2009-121/36, DOI 10.1002/ange.200901933

Kontakt:
Dipl.-Chemiker Christian Hoppmann
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)
Abteilung Peptidchemie
Robert-Rössle-Str. 10
13125 Berlin
Tel. +49 30 947 93 240
E-mail: hoppmann@fmp-berlin.de

Gesine Wiemer | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fmp-berlin.de
http://www.fv-berlin.de/pm_archiv/2010/10-lichtschalter.html -

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften