Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Spiegelbilder zugeordnet - Bessere Medikamente werden möglich

06.09.2013
Moleküle können wie Handschuhe in einer linken oder rechten Form vorliegen.

Bislang kann man jedoch nur unter großen Schwierigkeiten bestimmen, ob es sich um die sogenannte rechtshändige oder linkshändige Version handelt. In der Medizin wäre das aber ein großer Fortschritt, denn damit ließen sich zum Beispiel unerwünschte Nebenwirkungen von Medikamenten vermeiden.

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science berichtet ein Forscherteam aus Deutschland, Kanada und der Schweiz über eine neue Lösung für ein 150 Jahre altes Problem.

Das Phänomen händiger Moleküle kennt praktisch jeder vom Joghurt: die Bakterienkulturen produzieren links- oder rechtsdrehende Milchsäure, von der allerdings eine Form einen günstigeren Einfluss auf die Darmflora ausübt als die andere. Bei anderen Substanzen ist die zweite Version weniger harmlos und ruft Schäden hervor: Während die eine Form von Penicillamin zum Beispiel gegen Arthritis wirkt, ist ihr Spiegelbild stärker giftig.

„Vergrößerung“ durch Explosion

Aber wie bestimmt man bei Molekülen, ob es sich um die rechts- und linkshändige Version handelt? Bisher gelang die direkte Bestimmung der Händigkeit nur in festen, kristallinen Substanzen durch ein spezielles Verfahren, bei dem die Kristallstruktur mithilfe von Röntgenstrahlen analysiert wird. „Das Problem bei dieser Methode ist, dass nicht jede Substanz so einfach kristallisiert oder leicht in einen geeigneten Kristall eingebracht werden kann. Wir haben deswegen eine Methode untersucht, bei der die Händigkeit in der Gasphase direkt bestimmt werden kann“, erläutert Prof. Robert Berger vom Clemens-Schöpf Institut der TU Darmstadt.

Sie stützt sich auf eine „Vergrößerung“ durch Explosion. Man stelle sich einen Gummihandschuh vor, den man solange aufbläst, bis er zerplatzt. Folgt man der Flugbahn jedes einzelnen Fingers in umgekehrter Richtung, erhält man den ursprünglichen Handschuh und sieht, ob es sich um einen rechten oder linken Handschuh handelt. Ähnlich gingen die Forscher auch bei dem beispielhaft untersuchten Molekül vor.

Als Testobjekt verwendeten sie Bromchlorfluormethan, eine leicht verdampfbare, flüssige Kohlenstoffverbindung mit vier verschiedenen Bindungspartnern. Das Molekül hat die Form eines Tetraeders mit Kohlenstoff in der Mitte und Wasserstoff, Brom, Chlor und Fluor an den Ecken. Die Händigkeit ergibt sich aus der Verteilung der Bindungspartner auf die vier Ecken. Um sie zu ermitteln, entfernt man mit einem intensiven Laserstrahl auf einen Schlag jeweils ein Elektron von allen Atomen. Das nun fünffach positiv geladene Molekül explodiert dann aufgrund der hohen Abstoßung zwischen den positiv geladenen Bausteinen. Die Teilchen prallen anschließend auf einen Detektor, der die Dauer des Fluges und den Ort des Aufschlags bestimmt und so Rückschlüsse auf die Flugbahn erlaubt. Daraus lässt sich die räumliche Anordnung der Atome im Molekül vor der Explosion rekonstruieren.

Vielfältige Anwendungen

„Die Methode eröffnet neue Perspektiven für die Untersuchung und Analytik händiger Moleküle in der Physik, Chemie und Pharmazie“, prognostiziert Dr. Markus Schöffler vom Institut für Kernphysik der Goethe-Universität. So könnten zum Beispiel Medikamente produziert werden, in denen nur die Moleküle der gewünschten Händigkeit vorkommen. Auch die Dosis könnte somit reduziert werden. Doch auch andere Industriebranchen würden profitieren: Bei Carvon etwa, einem Bestandteil ätherischer Öle, entscheidet die Händigkeit darüber, ob es nach Pfefferminz oder nach Kümmel riecht. In anderen Substanzen wechselt der Geschmack zum Beispiel von bitter nach süß.

„Nur mit der gewünschten Molekülform zu arbeiten, ist allerdings ein langfristiges Ziel“, gibt Berger zu bedenken. „Wir haben jetzt zunächst einmal für das Lehrbuchbeispiel einer händigen Substanz den Nachweis geliefert, dass eine direkte Zuordnung in der Gasphase möglich ist.“

Ansprechpartner:
Prof. Robert Berger, Clemens-Schöpf Institut, TU Darmstadt, Tel.: 06151 / 16-3576, E-Mail: robert.berger@tu-darmstadt.de

Dr. Markus Schöffler, Institut für Kernphysik, Goethe-Universität Frankfurt, Tel.: 069 / 798-47022 oder -47003; E-Mail: schoeffler@atom.uni-frankfurt.de

Publikation:
Martin Pitzer, Maksim Kunitski, Allan Johnson, Till Jahnke, Hendrik Sann, Felix Sturm, Lothar Schmidt,Horst Schmidt-Böcking, Reinhard Dörner, Jürgen Stohner, Julia Kiedrowski, Michael Reggelin, Sebastian Marquardt, Alexander Schiesser, Robert Berger, Markus Schöffler: Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging, Science, 2013, DOI:10.1126/science.1240362

MI-Nr. 78/2013, gek

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de

Weitere Berichte zu: Atom Flugbahn Gasphase Handschuh Händigkeit Kernphysik Medikament Molekül Science TV Spiegelbilder

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität
25.04.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Wehrhaft gegen aggressiven Sauerstoff - Metalloxid-Nickelschaum-Elektroden in der Wasseraufspaltung
25.04.2017 | Universität Ulm

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: 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,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen