Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supercomputer deckt mögliche Entstehung erster Lebensbausteine auf

14.02.2008
Peptide könnten in chemischen Reaktionen auch außerhalb von Zellen entstanden sein

Das Leben könnte seine ersten Schritte vor 4 Milliarden Jahren auf rein chemischem Weg genommen haben. Einfache Aminosäuren könnten sich unter den richtigen Bedingungen zu langen Peptidketten zusammengeschlossen und so die ersten Bausteine des Lebens gebildet haben, ohne auf eine biologische „Synthesemaschine“ zurückzugreifen.

In der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society (JACS) zeigen nun Forscher der Ruhr-Universität Bochum, wie eine derartige urzeitliche Peptidsynthese auf chemischem Wege abgelaufen sein könnte. Die zugehörigen Simulationen machten die Wissenschaftler auf dem Supercomputer JUBL des Forschungszentrums Jülich.

"Wir untersuchen chemische Reaktionen, die möglicherweise eine Schlüsselrolle für den Ursprung des Lebens gespielt haben", erklärt Dominik Marx, Theoretischer Chemiker von der Ruhr-Universität Bochum, seine Arbeit mit dem Supercomputer. Er und sein Team stellen in ihren Simulationen die chemischen Vorgänge quasi im „virtuellen Labor“ nach, wie sie vor Urzeiten an vulkanischen Schloten in den Tiefen der Ozeane abgelaufen sein könnten. "Diese Drücke und Temperaturen kann man nur sehr schwer kontrolliert im Labor erzielen", sagt Eduard Schreiner, der Erstautor.

... mehr zu:
»JUBL »Peptid »Supercomputer

„Deshalb werden sie simuliert.“ Nach vier Monaten Rechenzeit auf 2000 Prozessoren des Supercomputers JUBL fand die Gruppe heraus, wie sich die Aminosäuren zu den Bausteinen des Lebens, den Peptiden, unter diesen Extrembedingungen zusammenfinden können. „Der Rechenaufwand für die nun publizierte Untersuchung stellt wohl einen neuen Weltrekord auf dem Gebiet der ab initio Molekulardynamik auf“, berichtet Marx.

Die Studie zeigt, dass komplexe Biomoleküle auf rein chemischem Wege entstehen können, also ohne Rückgriff auf ausgereifte biologische „Synthesemaschinen“ wie das Ribosom. Grundlage ist das so genannte „Eisen-Schwefel-Welt“-Szenario. Komponenten dieser Hypothese sind einerseits Oberflächen von Eisen-Schwefel-Mineralien und andererseits hohe Temperaturen und hoher Druck des Wassers als Medium, in dem die Synthese von Peptiden in einem "Peptidzyklus" ablaufen soll. Da es schwierig ist, solche Reaktionen bei mehreren hundert Grad und Bar kontrolliert durchzuführen, verlegten die Chemiker das Experiment eben ins virtuelle Labor.

„Wir haben unsere Probe zuzusagen im Computer einfach erhitzt, zusammengedrückt und geschaut was sich verändert“, verdeutlicht Mitautor Nisanth Nair. Das Überraschende Ergebnis war, dass sich unter den gewählten Bedingungen die Peptidbildung in der Tat beschleunigt.

Zugang zum Superrechner JUBL haben etwa 25 Forschergruppen. "Diese 25 Teams nutzen für ihre Simulationen auf JUBL allerdings rund fünfmal mehr Rechenzeit als die 200 Nutzergruppen der anderen Jülicher Supercomputer", erklärt Dr. Norbert Attig, Leiter der Jülicher Abteilung HPC Anwenderunterstützung. Dementsprechend hoch sind die Kriterien, die an die Recheneffizienz der Programme gestellt werden." Programme auf JUBL müssen vorher beweisen, dass sie die große Zahl der Prozessoren, das schnelle Netzwerk und die Ein- und Ausgabe von Daten optimal nutzen. Dafür können sich die Ergebnisse nachher auch sehen lassen", meint Attig und freut sich mit den Bochumer Kollegen über die neuen Erkenntnisse zum möglichen Ursprung des Lebens, die mit dem Programmpaket „CPMD“ erzielt wurden.

Fachartikel im Netz E. Schreiner, N. N. Nair, and D. Marx, Influence of Extreme Thermodynamic Conditions and Pyrite Surfaces on Peptide Synthesis in Aqueous Media, J. Am. Chem. Soc. ("Three-Page Communication" to the Editor), ASAP Article 10.1021/ja7108085; download from: http://pubs.acs.org/cgi-bin/abstract.cgi/jacsat/asap/abs/ja7108085.html

Grafik im Internet abrufbar: Glyzin (links), aktiviertes Glyzin (Mitte) und GG Dipeptid (rechts) an der Grenzfläche von Pyrit zu Wasser und Extrembedingungen. Foto: E. Scheiner, N.N. Nair, und D. Marx (RUB)

Ansprechpartner: Professor Dominik Marx, Lehrstuhl für Theoretische Chemie, Ruhr-Universität Bochum, dominik.marx@theochem.rub.de, www.theochem.rub.de, Tel. 0234/32-28083,

Bildmaterial und Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum: http://www.pm.rub.de/pm2008/msg00043.htm

Mehr zu den Jülicher Supercomputern: http://www.fz-juelich.de/supercomputing

Pressekontakt: Kosta Schinarakis, Tel. 02461 61-4771, E-Mail: k.schinarakis@fz-juelich.de

Kosta Schinarakis | Forschungszentrum Jülich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/supercomputing

Weitere Berichte zu: JUBL Peptid Supercomputer

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Schutz vor Angriffen dank flexibler Programmierung
22.03.2017 | FZI Forschungszentrum Informatik am Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Störungsfreie Kommunikation für die Fabriken von morgen
22.03.2017 | Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie