Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Naturstoffe: Intricaren erstmals photochemisch synthetisiert

03.12.2014

LMU-Forscher bauen erstmals biomimetisch den Naturstoff Intricaren im Labor nach. Bei der photochemischen Reaktion ahmen sie die natürlichen Bedingungen in der Koralle nach.

LMU-Forschern ist die photochemische und biomimetische Synthese des Naturstoffes Intricaren gelungen, der aus der karibischen Koralle Pseudopterogorgia kallos isoliert wurde. Dabei klärten sie den komplexen und überraschenden Mechanismus der lichtinduzierten Reaktionskaskade auf.

Über ihre Ergebnisse, die der interdisziplinären Zusammenarbeit im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Dynamik und Intermediate molekularer Transformationen“ entstammen, berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Nature Communications.

„Für einen bereits früher aus der Koralle isolierten Naturstoff wurde Antimalaria-Aktivität und eine signifikante Zytotoxizität gegenüber Lungen- und Nierenkrebszelllinien festgestellt. Intricaren jedoch konnte bislang nicht genauer auf seine biologischen Eigenschaften untersucht werden, weil die Substanz nicht in ausreichender Menge vorhanden war“, sagt Dirk Trauner, Professor für Chemische Biologie und Genetik vom Department Chemie der LMU.

In Zusammenarbeit mit Regina de Vivie-Riedle, Professor für Theoretische Chemie an der LMU, und Eberhard Riedle, Professor für Experimentalphysik an der LMU, ist es den Forschern erstmals gelungen, Intricaren unter Bedingungen zu synthetisieren, die denen in der Koralle entsprechen und den komplexen Reaktionsmechanismus aufzuklären.

Naturstoffmolekül zeigt alle Facetten der Photochemie

Sonnenlicht ist der entscheidende Faktor bei der Biosynthese. Die photochemischen Reaktionen in der letzten Phase der Biosynthese scheinen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von sogenannten Furanocembranoiden wie Intricaren zu spielen.

Bei der Photosynthese verwandelt sich Licht in chemische Energie und kann komplexe Reaktionsmechanismen auslösen. In der Koralle wird durch direkte Umwandlung der Lichtenergie die Synthese von Intricaren ermöglicht.

Wissenschaftler um Dirk Trauner bestrahlten ein Derivat des Naturstoffes Bipinnatin J, das aus der Koralle isoliert wurde, mit einer Reptilienlampe, deren Emissionsspektrum dem des Sonnenlichts ähnelt. Dadurch konnten sie Intricaren und ein weiteres bisher unbekanntes Produkt synthetisieren. „Diese Naturstoffsynthese ist erstmals unter biomimetischen Bedingungen, also nur durch Verwendung von Licht ohne hohe Temperaturen und reaktive Reaktionspartner gelungen“, sagt Dirk Trauner.

Wie Eberhard Riedle durch photophysikalische Messungen nachwies, ist dabei die Anregung einer schwachen Absorptionsbande des Ausgangsstoffs entscheidend. „Die lange Bestrahlungsdauer im Experiment entspricht den biologischen Bedingungen und ermöglicht die photochemische Initiierung der Reaktion“, erläutert Eberhard Riedle.

Die Arbeitsgruppe von Regina de Vivie-Riedle konnte mithilfe quantenchemischer Rechnungen den komplexen Mechanismus der Reaktionskaskade aufklären. Intricaren entsteht über das Zwischenprodukt Oxidopyrylium und anschließender photochemischer Cycloaddition, bei der ungesättigte Systeme durch Ringschluss miteinander reagieren. Die verschiedenen Reaktionsschritte verlaufen dabei über Triplettzustände, in denen zwei Elektronen ungepaart sind.

„Die lange Lebensdauer der Triplettzustände ermöglicht es, dass die Moleküle die verschiedenen Schritte der Reaktionskaskade im angeregten Zustand durchlaufen und vermeidet damit die im elektronischen Grundzustand vorhandenen hohen Barrieren“, erklärt Regina de Vivie-Riedle. Selbst wenn im Verlauf der langen Reaktionskaskade das Molekül zurück in den Grundzustand fällt, kann sich das Intermediat Oxidopyrylium durch Absorption von Licht erneut in die Reaktionskaskade einfädeln.

„Wir finden in diesem kleinen Naturstoffmolekül alle Facetten der Photochemie von Lichtabsorption und Energieumverteilung“, hebt Regina de Vivie-Riedle die Überraschung des Forscherteams hervor. Photochemische Experimente mit einem weiteren Derivat des Naturstoffes Bipinnatin J bestätigten den Reaktionsmechanismus. „Dessen genaues Verständnis soll es in Zukunft erlauben, Intricaren in größeren Mengen herzustellen und auf seine potenziellen Eigenschaften als Krebsmedikament zu untersuchen“, sagt de Vivie-Riedle.

Die interdisziplinären Arbeiten wurden ermöglicht durch die Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 749 „Dynamik und Intermediate molekularer Transformationen“ und durch weitere Netzwerke: Dirk Trauner ist Mitglied des Exzellenzclusters „Center for Integrated Protein Science Munich“ (CIPSM), Regina de Vivie-Riedle und Eberhard Riedle sind Mitglieder des Exzellenzclusters „Munich Centre of Advanced Photonics“ (MAP).

Publikation:
Desiree Stichnoth, Patrick Kölle, Thomas J. Kimbrough, Eberhard Riedle, Regina de Vivie-Riedle and Dirk Trauner:
„Photochemical Formation of Intricarene“
In: Nature Communications

Ansprechpartner:
Prof. Regina de Vivie-Riedle
Department Chemie der LMU
E-Mail: Regina.de_Vivie@cup.uni-muenchen.de
Tel.: 089 / 2180-77533

Prof. Dirk Trauner
Department Chemie der LMU
Ludwig-Maximilians-Universität München
E-Mail: dirk.trauner@lmu.de
Tel: 089 / 2180-77800

Luise Dirscherl | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einblick ins geschlossene Enzym
26.06.2017 | Universität Konstanz

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

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: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Future Security Conference 2017 in Nürnberg - Call for Papers bis 31. Juli

26.06.2017 | Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

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

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Digital Mobility“– 48 Mio. Euro für die Entwicklung des digitalen Fahrzeuges

26.06.2017 | Förderungen Preise

Fahrerlose Transportfahrzeuge reagieren bald automatisch auf Störungen

26.06.2017 | Verkehr Logistik

Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit

26.06.2017 | Physik Astronomie