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 Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

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: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise