Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Verfahren zur Beobachtung von Molekülbewegungen

06.10.2014

Kristallographie ermöglicht es, die Struktur von Molekülen zu analysieren. Im Fachmagazin „Nature Methods“ beschreibt ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Arwen Pearson vom Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI) jetzt eine neue Art der sogenannten zeitaufgelösten Kristallographie.

Diese Methode zur Beobachtung von Strukturänderungen in Molekülen erlaubt es einer deutlich größeren Zahl von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern als bisher, Proteindynamik zu analysieren.

„Die Natur bewegt sich. Und um sie zu verstehen, müssen wir in der Lage sein, die Bewegungen biologischer Strukturen auf atomarer Ebene zu beobachten“, sagt Prof. Pearson, die an der University of Leeds geforscht hat, bevor sie im Mai an die Universität Hamburg in den Exzellenzcluster CUI wechselte.

Das Verständnis atomarer Strukturveränderungen ist eine Voraussetzung für die Entwicklung neuer, nebenwirkungsfreier Medikamente und von intelligenten funktionellen Materialien der nächsten Generation.

Bei der traditionellen Kristallographie wird ein Kristall mit Röntgenstrahlen beschossen. Die Art, wie die Strahlen von den Atomen im Kristall gebrochen werden, lässt Rückschlüsse auf seine Struktur zu. Allerdings zeigt das gewonnene Beugungsbild nur den Durchschnitt aller Moleküle und ihrer Bewegungen in einem Kristall während der Zeitdauer des Experiments.

Solch ein statisches Bild reicht nicht aus, um zu erforschen, wie molekulare Strukturen arbeiten; dafür benötigt man bewegte Bilder.

Gegenwärtig werden bewegte Bilder mit zeitaufgelöster Kristallographie erzeugt. Doch bei der bislang verwendeten Methode können die Schnappschüsse nur für einen sehr kurzen Moment sichtbar gemacht werden, um die Molekular-Bewegung einzufangen.

Das bedeutet, dass nur ein außerordentlich kurzer Moment zur Verfügung steht, um mit Hilfe des Lichtpulses ein kristallographisches Bild zu erzeugen. Derzeit können weltweit nur drei Synchrotrons – in den USA, in Frankreich und in Japan –, die dafür benötigten starken Strahlen erzeugen.

Die von Prof. Pearson entwickelte Methode basiert sich auf der mathematischen Methode der Hadamard Transformation, bei der Informationen anders dargestellt werden – so wie etwa Bildinformationen auf Negativen in Falschfarben erscheinen –, so dass deutlich weniger starke Strahlungsquellen erforderlich sind.

Die durch die Hadamard Transformation definierten Pulse erzeugen ein einzelnes kristallographisches Bild wie ein sehr lang belichtetes Foto. Das Experiment wird mit einer Serie von Lichtpulsen wiederholt und erzeugt weitere „lang belichtete Fotos“.

Zwar ist jedes einzelne dieser Fotos unscharf; aus den Unterschieden der einzelnen Bilder und der Lichtpuls-Formen ergibt sich aber die für einen Film nötige zeitaufgelöste Information.

„Das Wunderbare an der Methode ist, dass wir keine scharfen Bilder und deswegen auch keine brillanten Strahlen benötigen“, sagt Arwen Pearson. „Diese neue Methode bedeutet, dass Wissenschaftler nicht mehr nur die drei Großanlagen benutzen müssen, sondern dass sie jede Strahlführung nutzen können, zum Beispiel auch die Strahlungsquelle PETRA III bei DESY.“

Originalveröffentlichung:
Yorke, Beddard, Owen, and Pearson
“Time-resolved crystallography using the Hadamard Transform”
DOI: 10.1038/nmeth.3139

Für Rückfragen:
Prof. Arwen Pearson
The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI)
Tel.: 040/8998-6650
E-Mail: Arwen.pearson@cfel.de

Dr. Briony Yorke
The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI)
Tel.: 040/8998-6655
E-Mail: Briony.yorke@cfel.de

Birgit Kruse | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-hamburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Die Sonne: Motor des Erdklimas
23.08.2017 | Generalverwaltung der Max-Planck-Gesellschaft, München

nachricht Entfesselte Magnetkraft
23.08.2017 | Generalverwaltung der Max-Planck-Gesellschaft, München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

US-Spitzenforschung aus erster Hand: Karl Deisseroth spricht beim Neurologiekongress in Leipzig

24.08.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

US-Spitzenforschung aus erster Hand: Karl Deisseroth spricht beim Neurologiekongress in Leipzig

24.08.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie