Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Chemiker-Origami: Moleküle gezielt in schraubenförmige Strukturen falten

25.04.2016

Wie man Moleküle schraubenförmig aufwindet, beschreibt ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler ahmten mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nach, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht. An bestimmten Stellen im Molekül fügten sie Schwefelbrücken ein. So entstanden gezielt links- oder rechtsgewundene Helixstrukturen. Den Forschern gelang es auch, die Struktur von einem Molekül auf ein anderes zu übertragen. Das Team bestand aus Wissenschaftlern vom CNRS und der Universität Bordeaux, der Ruhr-Universität Bochum sowie der Universität Kumamoto.

Künstliche Moleküle sind wie ein Blatt Papier. Chemiker können sie gezielt in bestimmte Formen falten. Die Form eines Moleküls auf ein anderes zu übertragen, ist jedoch eine besondere Herausforderung.


Eine Art Origami für chemische Substanzen hat ein Forscherteam entwickelt, dem auch der Bochumer Wissenschaftler Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte angehört.

© RUB, Katja Marquard

Wie man Moleküle schraubenförmig aufwindet, beschreibt ein internationales Forscherteam in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Die Wissenschaftler ahmten mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nach, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht.

Struktur bestimmt Funktion von Molekülen

„Die Form von Molekülen bestimmt maßgeblich ihre Funktion“, sagt Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte von der Ruhr-Universität Bochum, einer der Beteiligten. Ein Beispiel aus der Natur: „Wenn sich die Form bestimmter Enzyme verändert, verursacht das Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer.“

Metzler-Nolte vom Lehrstuhl für Anorganische Chemie II kooperierte mit einem Team um Dr. Ivan Huc und Dr. Christos Tsiamantas vom CNRS und der Universität Bordeaux sowie japanischen Kollegen der Universität Kumamoto.

Helix-Form: eine besondere Herausforderung

Bislang war es eine Herausforderung gewesen, künstlichen Molekülen gezielt eine bestimmte Helix-Struktur zu verpassen. Denn es war nur schwer kontrollierbar, ob sich ein Molekül links- oder rechtsherum schraubenförmig aufwindet. Genau das gelang dem Team aus Frankreich, Deutschland und Japan. Darüber hinaus zeigten die Wissenschaftler auch einen Mechanismus, mit dem eine Helix ihre Struktur durch einfache Berührung auf ein anderes Molekül übertragen kann.

Moleküle falten wie ein Blatt Papier

Die Chemiker arbeiteten mit sogenannten aromatischen Oligoamiden. Dabei handelt es sich um kettenförmige Moleküle, die sich von Ammoniak ableiten. Zu Beginn lagen sie als gerade Schnur mit knubbeligen Bereichen vor. „So wie eine Kette mit Perlen, die ungeordnet vor einem auf dem Tisch liegt“, veranschaulicht Metzler-Nolte. Dann falteten die Forscher das Molekül in die gewünschte räumliche Struktur, indem sie an einigen Positionen der Kette Schwefelbrücken einbauten, also Bindungen zwischen zwei Schwefelatomen.

„So falten wir ein Molekül wie ein Blatt Papier, das man immer wieder knickt“, vergleicht Nils Metzler-Nolte. Die Forscher erzeugten dabei sowohl links- als auch rechtsgewundene Helices.

Moleküle übertragen ihre Form aufeinander

In weiteren Versuchen verknüpften sie zwei Helices an den beiden Enden miteinander. Obwohl es darüber hinaus keine Kontaktstellen gab, glichen die so verbundenen Moleküle ihre Struktur aneinander an. Entweder formten beide eine linksgewundene Helix oder beide eine rechtsgewundene Helix.

Diese Prinzipien – Faltung und Ringschluss – nutzt auch die Natur; so entstehen Biomoleküle mit besonderen Eigenschaften. In künftigen Studien möchten die Forscher die Techniken anwenden, um Moleküle für die Katalyse oder Energieumwandlung zu designen.

Förderung

Die Europäische Union förderte die Arbeiten zu dieser Veröffentlichung im Rahmen der „Marie Curie Actions“ (FP7-PEOPLE-2010-ITN-264645 und DYNAMOL). Weitere Unterstützung kam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und Agence Nationale de la Recherche im Rahmen des gemeinsamen Projekts „Foldhyd“ (ME 1378/15-1 und ANR-14-CE35-0016).

Originalveröffentlichung

C. Tsiamantas, X. de Hatten, C. Douat, B. Kauffmann, V. Maurizot, H. Ihara, M. Takafuji, N. Metzler-Nolte, I. Huc (2016): Selective dynamic assembly of disulfide macrocyclic helical foldamers with remote handedness, Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.201601156

Pressekontakt

Prof. Dr. Nils Metzler-Nolte, Lehrstuhl für Anorganische Chemie I, Fakultät für Chemie und Biochemie, Ruhr-Universität Bochum, Tel.: 0234 32 24153, E-Mail: nils.metzler-nolte@rub.de

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme
21.08.2018 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht In Form gebracht
21.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

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