Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn alle an der DNA zerren - Molekulare Kräfte kontrollieren Form von Nanobausteinen

18.03.2010
Die gezielte Manipulation von Strukturen im Nanometerbereich ist eine Grundlage der modernen Biotechnologie. Zu den vielseitigsten Bausteinen im Bereich von Millionstel Millimetern gehört die DNA, der Träger der Erbinformation.

Im Organismus kommt das Molekül in linearen und zirkulären Formen vor, aus denen dann technologisch höhere Strukturen erzeugt werden können. Deren spezifische Form ist die Folge eines Wechselspiels mehrerer physikalischer Kräfte.

LMU-Forscher um den Biophysiker Professor Erwin Frey konnten in Zusammenarbeit mit Schweizer Wissenschaftlern nun klären, welches Gewicht diese Kräfte jeweils haben und welche effektive Form der Bausteine daraus resultiert. "Insgesamt ist uns eine quantitative Beschreibung von DNA-Ringen gelungen, sodass nun molekulare Eigenschaften wie etwa die Steifigkeit und der DNA-Durchmesser in nanoskopische Größen wie Form und Ausdehnung des Polymerrings übersetzt werden können", sagt Frey. "Wir hoffen, dass dieses Verständnis die technologische Entwicklung neuartiger Nanostrukturen ermöglicht." (Nanoletters online, 17. März 2010)

Die DNA weist einzigartige chemische Eigenschaften auf, die es ihr ermöglichen, sich selbst zusammenzubauen. In der Nanotechnologie wird das Molekül daher - anders als im Körper - nicht als Träger von Erbinformation genutzt, sondern als Baustein für eine Vielzahl von Strukturen. Ähnliches gilt für andere zelluläre Moleküle. Diese selbst aus vielen Untereinheiten bestehenden Bausteine, sogenannte Polymere, müssen aber gezielt manipuliert werden können, um die gewünschten Nanostrukturen zu bilden. Die Grundlage dafür ist das Verständnis der Kräfte, die Nanobausteinen wie dem DNA-Molekül spezifische Formen verleihen. Aus geometrischer Sicht bilden lineare Filamente hier die einfachsten Bausteine, während ringförmige Polymere die nächsthöhere Stufe der Komplexität sind.

Welche Form sich letztlich ausbildet, wird durch ein Wechselspiel physikalischer Kräfte bestimmt. So begünstigt die entropische Kraft eine "geknäulte", insgesamt stark verkrümmte Struktur, der die Biegesteifigkeit entgegenwirkt. Eine wichtige Rolle spielt auch die sogenannte sterische Verdrängung der einzelnen Polymersegmente. "Fraglich war nun, wieviel die einzelnen, auf molekularen Eigenschaften beruhenden Kräfte beitragen", berichtet Frey. "Das ist wichtig, weil die effektive Form der Bausteine daraus resultiert." Das Team um Frey hat deshalb in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Professor Giovanni Dietler vom "Laboratory of the Physics of Living Matter" (EPFL) in Lausanne die Größe und Form zweidimensionaler halbflexibler DNA-Polymerringe untersucht.

Experimentell variierten die Forscher unter anderem die Länge der DNA-Stränge, um den Einfluss von elastischen und entropischen Kräften zu verändern. Durch theoretische Überlegungen wurde der Beitrag der sterischen Verdrängung untersucht. "Es hat sich unter anderem gezeigt, dass bei geringer Steifigkeit die dominierenden entropischen Kräfte kleine zigarrenförmige Knäuel entstehen lassen", so Frey. "Eine große Steifigkeit formt das Polymer dagegen als ausgedehnte Ellipse. Insgesamt ist uns eine quantitative Beschreibung von DNA-Ringen gelungen, sodass nun molekulare Eigenschaften wie die Steifigkeit in nanoskopische Größen wie Form und Ausdehnung des Polymerringes übersetzt werden können - was die technologische Entwicklung von Nanostrukturen begünstigen sollte." (suwe)

Das Projekt wurde im Rahmen des Exzellenzclusters "Nanosystems Initiative Munich" (NIM) durchgeführt sowie im Zuges des Strategieprozesses LMUinnovativ gefördert.

Publikation:
"Excluded volume effects on semiflexible ring polymers",
Fabian Drube, Karen Alim, Guillaume Witz, Giovanni Dietler, and Erwin Frey,
Nanoletters online, 17. März 2010
Ansprechpartner:
Professor Dr. Erwin Frey
Arnold-Sommerfeld-Center für Theoretische Physik und "Center for NanoScience" (CeNS) der LMU
Tel.: 089 / 2180 - 4537
Fax: 089 / 2180 - 4538
E-Mail: frey@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.lmu.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Tuberkulose: Neue Einblicke in den Erreger
10.10.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Nanostrukturen helfen, die Haftung von Krankenhauskeimen zu reduzieren
10.10.2019 | Universität des Saarlandes

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: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Im Focus: How Do the Strongest Magnets in the Universe Form?

How do some neutron stars become the strongest magnets in the Universe? A German-British team of astrophysicists has found a possible answer to the question of how these so-called magnetars form. Researchers from Heidelberg, Garching, and Oxford used large computer simulations to demonstrate how the merger of two stars creates strong magnetic fields. If such stars explode in supernovae, magnetars could result.

How Do the Strongest Magnets in the Universe Form?

Im Focus: Wenn die Erde flüssig wäre

Eine heisse, geschmolzene Erde wäre etwa 5% grösser als ihr festes Gegenstück. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie unter der Leitung von Forschenden der Universität Bern. Der Unterschied zwischen geschmolzenen und festen Gesteinsplaneten ist wichtig bei die Suche nach erdähnlichen Welten jenseits unseres Sonnensystems und für das Verständnis unserer eigenen Erde.

Gesteinsplaneten so gross wie die Erde sind für kosmische Massstäbe klein. Deshalb ist es ungemein schwierig, sie mit Teleskopen zu entdecken und zu...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Bildung.Regional.Digital: Tagung bietet Rüstzeug für den digitalen Unterricht von heute und morgen

10.10.2019 | Veranstaltungen

Zukunft Bau Kongress 2019 „JETZT! Bauen im Wandel“

10.10.2019 | Veranstaltungen

Aktuelle Trends an den Finanzmärkten im Schnelldurchlauf

09.10.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer IZM setzt das E-Auto auf die Überholspur

11.10.2019 | Energie und Elektrotechnik

IVAM-Produktmarkt auf der COMPAMED 2019: Keine Digitalisierung in der Medizintechnik ohne Mikrotechnologien

11.10.2019 | Messenachrichten

Kryptografie für das Auto der Zukunft

11.10.2019 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics