Moleküle gezielt in schraubenförmige Strukturen falten

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

Ein internationales Forscherteam konnte mit künstlichen Molekülen die Prinzipien nachahmen, mit denen die Natur Biomolekülen ihre Funktion verleiht.

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

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

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.

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“, erläuterte Metzler-Nolte. Dann falteten die Forscher das Molekül in die gewünschte räumliche Struktur, indem sie an einigen Positionen der Kette Schwefelbrücken einbauten. Die Forscher erzeugten dabei sowohl links- als auch rechtsgewundene Helices.

Den Forschern gelang es auch, die Struktur von einem Molekül auf ein anderes zu übertragen. Dazu 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 zur Bildung von Biomolekülen mit besonderen Eigenschaften.

Originalpublikation:
C. Tsiamantas, X. de Hatten, C. Douat, B. Kauffmann, V. Maurizot, H. Ihara, M. Takafuji, N. Metzler-Nolte, I. Huc, Selective dynamic assembly of disulfide macrocyclic helical foldamers with remote handedness, Angew.

Chem. Int. Ed., online publiziert am 21. April 2016 – DOI: 10.1002/anie.201601156

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