Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hilfe von der dunklen Seite

09.08.2010
Wissenschaftler können dank „Dark-Channel”-Fluoreszenz aufklären, wie biochemische Stoffe ihre Funktion ausüben

Spektroskopische Verfahren gehören zu den wichtigsten Methoden, mit denen Wissenschaftler ins Innere von Materialien schauen können. Ein Team des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) hat nun mithilfe der Röntgenabsorptionsspektroskopie die Verschiebung von elektrischen Ladungen in gelösten Stoffen beobachtet, den Elektronentransfer. Damit können sie auf mikroskopischer Skala sehen, wie gelöste biochemische Stoffe ihre Funktion ausüben. Emad Aziz und Kollegen berichten darüber in der am 8. August erscheinenden online-Ausgabe der Zeitschrift Nature Chemistry.

Die Gruppe hat die Röntgenabsorptionsspektren von Eisen-Ionen sowohl in Eisenchlorid als auch in organischen Verbindungen wie zum Beispiel dem aktiven Zentrum des Blutbestandteils Hämoglobin, dem Hämin, untersucht und einen bislang nicht erklärbaren negativ erscheinenden Peak – als Dip bezeichnet - in den Spektren analysiert.

Bei der Röntgenabsorptions-Spektroskopie wird die Probe mit monochromatischem Röntgenlicht bestrahlt. Wenn die Energie des eingestrahlten Lichts gerade mit einem energetischen Übergang im Molekül übereinstimmt, können Elektronen aus ihrem Grundniveau in ein energetisch höheres Niveau angeregt werden. Bei der Rückkehr in ihren Ausgangszustand wird die zugeführte Energie wieder abgegeben, zum Beispiel durch Aussenden von Fluoreszenzlicht. Indem Wissenschaftler dieses Fluoreszenzlicht aufzeichnen, gewinnen sie Aufschluss über die elektronische Orbitalstruktur von Atomen und Molekülen.

Emad Aziz und seine Kollegen haben durch Messungen mit Synchrotronlicht an der Strahlungsquelle BESSY II herausgefunden, dass einige gelöste Stoffe nach Anregung kein Fluoreszenzlicht aussenden. Der im Spektrum negativ erscheinende Peak erwies sich als Beleg dafür, dass die Rückkehr in das Grundniveau strahlungslos über einen sogenannten dunklen Kanal stattfindet, was auch als „dark channel“ bezeichnet wird.

Dies passiert, weil durch Wechselwirkung miteinander die Moleküle der Probe und die des Lösungsmittels gemeinsame Orbitale bilden. Die angeregten Elektronen werden in dieses Orbital transferiert. „Dies funktioniert, weil sich die Molekülorbitale der Eisen- und der Wasserionen räumlich sehr nahe kommen und energetisch gut zusammenpassen“, erläutert Emad Aziz, Leiter einer Nachwuchsgruppe am HZB. Die Elektronen verweilen in diesem neuen Niveau länger als in einem normalen Molekülorbital. Ihr Energiezustand verhindert daher die Aussendung des normalerweise zu erwartenden Fluoreszenzlichtes.

Die Dips im Spektrum geben damit Aufschluss über die Art der Wechselwirkung zwischen Probe und Lösungsmittel. In biochemischen Systemen wie zum Beispiel Proteinen kann man mithilfe dieses Prozesses nun untersuchen, in wie weit das Lösungsmittel zur Funktionalität beiträgt.

Solche ultraschnellen Vorgänge wie Ladungstransfers lassen sich mit den bisher üblichen Methoden nur mit sehr großem Aufwand beobachten. Nun haben die HZB-Forscher einen Weg gefunden, die Dynamik des Prozesses mithilfe einer einfachen Methode aufzuklären. „Wir können beobachten, wo die Ladungen hinwandern und wir können sehen, dass dies innerhalb von wenigen Femtosekunden passiert“, betont Emad Aziz. Außerdem hat das Ergebnis große Bedeutung für die Interpretation von Röntgenabsorptionsspektren generell.

Für ihre Experimente hat die Gruppe die selbst entwickelte Fließzelle genutzt, mit der es auch möglich ist, biologische Proben in ihrer natürlichen Umgebung – das heißt, in gelöster Form – mit Röntgenstrahlung zu untersuchen.

Artikel in Nature Materials: DOI: 10.1038/NCHEM.768

Weitere Informationen:

Kathrin Lange
Tel.: 030-8062-14621
kathrin.lange@helmholtz-berlin.de
Dr. Emad Flear Aziz Bekhit
Tel.: 030-8062-15003, -14621
emad.aziz@helmholtz-berlin.de
Pressestelle
Dr. Ina Helms
Tel.: 030-8062-42034, -14922
Fax: 030-8062-42998
ina.helms@helmholtz-berlin.de

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie