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 Heiß & kalt – Gegensätze ziehen sich an
25.04.2017 | Universität Wien

nachricht Astronomen-Team findet Himmelskörper mit „Schmauchspuren“
25.04.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal mit neuer Push-in-Leiteranschlussklemme - Kontakte im Handumdrehen

26.04.2017 | HANNOVER MESSE

Plastik – nicht nur Müll

26.04.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Seminar zu Einblicken in die unterschiedlichen Ebenen des 3D-Druckens und wirtschaftlichen Nutzungsmöglichkeiten - 2017

26.04.2017 | Seminare Workshops