„Chemie
ist ein Gedicht“
Drittes
Sonderheft 2003: ChemieRUBIN
Mit ihrem Alphabet, dem Periodensystem der Elemente, fügen
sie Buchstaben, Atome, Moleküle aneinander und „dichten“
neue Stoffe, doch diese sind reell. Mit winzigen chemischen
Systemen, die sich selbst verdoppeln, tasten sie sich
an die Wurzeln des Lebens heran – erforschen eine
Form des Wassers, die weder fest noch flüssig, noch
gasförmig ist und faszinierende Lösungsmitteleigenschaften
besitzt – oder entschlüsseln die Funktion von
Proteinen und finden dabei Ansatzpunkte für Medikamente
gegen Malaria und Krebs. Wer den Chemikerinnen und Chemikern
der RUB jetzt über die Schultern blickt (in neun
Beiträgen des aktuellen Sonderheftes des Wissenschaftsmagazins
RUBIN), kommt schnell zu dem Schluss: „Chemie ist
eine Gedicht“.
Aus Raumstruktur und Gestalt der Moleküle ergibt
sich deren Funktion, sagen die Synthesechemiker und formen
aus nur einer Molekülsorte Materialien mit völlig
verschiedenen Eigenschaften: Ein solches „Multiples
Molekül“ ist der Zinkoxid-Würfel (Zn4O4).
Hüllt man es zunächst in organische Kleider,
und gibt dann den passenden Bindungspartner dazu, dann
wird das weitere Wachstum des Würfels gezielt gestoppt.
Es entstehen Zinkoxid-Partikel von nur drei Nanometer
Größe – sie besitzen eine 1000fach erhöhte
Katalysatoraktivität bei der Methanolsynthese (Treibstoff
der Zukunft!). Damit nicht genug, auch einzelne Moleküle
lassen die Forscher jetzt in den winzigen Poren mesoporöser
Materialien reagieren und versehen selbst deren Wände
mit einem strategischen Design. Teilchen, die in diesen
Poren gezielt aufeinander treffen, reagieren anders als
im Becherglas. Es können neuartige Mischungen verschiedener
Metalle (Legierungs-Nanopartikel) entstehen. Das praktische
Beispiel: Geordnete, mesoporöse Materialien dienen
als Abgussform für Kobalt-Platin-Nanodrähte.
Molekulare Kopiermaschinen
Am Anfang des Lebens standen vermutlich RNA- oder RNA-artige
Moleküle – kurze Nucleinsäure-Stücke,
die sich selbst replizieren. Man nimmt an, dass diese
„RNA-Welt“ unserer heutigen „DNA-RNA-Protein-Welt“
vorausgegangen ist. Doch wie kam der Prozess in Gang
ohne Hilfe der Enzyme? Aus zwei Bausteinen A und B entwickeln
die Forscher das kleinstmögliche chemische System,
das sich selbst kopiert, und beobachten theoretisch,
wie es gewesen sein könnte. Doch die Kopiermaschinen
arbeiten nicht schnell genug (parabolisches Wachstum)
für eine Evolution im Darwinschen Sinn: Erst bei
exponentiellem Wachstum siegt das stärkere über
das schwächere System. Theoretische Untersuchungen
sagen den Forschern jedoch voraus, dass auch parabolische
Replikatoren unter bestimmten Bedingungen zur Evolution
fähig sind. Beweisen sollen das nun Experimente
in einem unbelebten, enzymfreien System – noch
sind sie nicht gelungen.
Wasser neu entdecken
Dass Wasser je nach Druck und Temperatur fest, flüssig
oder gasförmig sein kann, ist hinlänglich
bekannt. Doch wer weiß schon, dass es über
einer kritischen Temperatur von 374 °C keinem Aggregatzustand
mehr zuzuordnen ist oder es allein Eis in zehn verschiedenen
Formen gibt? Im Zusammenspiel von Experiment und Simulationen
an Supercomputern (152 Prozessoren) kommen Wissenschaftler
der Physikalischen und Theoretischen Chemie jetzt hinter
die Vielfalt seiner Fähigkeiten. So ist es fraglich,
ob sich z.B. die Eigenschaften der Wasserschichten um
Makromoleküle und Membranen im Zellplasma, die
nur wenige Moleküllagen umfassen, mit denen reinen
flüssigen Wassers überhaupt vergleichen lassen.
Wie sich jetzt zeigt, beeinflusst das umgebende Wasser
die Proteine in ihrer Aktivität (Faltung/Entfaltung)
und greift damit direkt in die Biosynthese ein.
Info: ChemieRUBIN ist ab Mitte Dezember für
5 Euro im Dekanat der Fakultät für Chemie
(NC 02/129, Tel. -24732) erhältlich.
Barbara
Kruse
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