Bei hoher Temperatur und hohem Druck gerät Wasser in einen Zustand, in dem flüssig und gasförmig nicht zu unterscheiden sind. Über die Frage, wie das auf molekularer Ebene aussieht, wurde lange kontrovers diskutiert.
Wasser und das übelriechende Molekül Schwefelwasserstoff scheinen auf den ersten Blick nicht viel gemeinsam zu haben. Doch wenn man ein wenig Energie investiert, verschwinden einige Unterschiede.
Forschende haben neue Stellschrauben gefunden, um elektrochemische Prozesse zu beeinflussen und optimieren. Die Ergebnisse zeigen die Veränderungen der lokalen Solvatationseigenschaften an Metall/Wasser-Grenzflächen auf und eröffnen neue Möglichkeiten zur Optimierung der Reaktivität in der Elektrochemie. Diese Erkenntnisse bieten neue Chancen zur Entwicklung von Strategien für die Katalyse, da die beiden entscheidenden Faktoren – lokale Wasserstrukturen und elektrische Felder – manipuliert werden können.
Exzellenz und internationale Strahlkraft: Prof. Dr. Martina Havenith erhält den ersten Business Award Ruhr. Das Kuratorium der Business Metropole Ruhr würdigt damit die Spitzenforscherin der Ruhr-Universität Bochum für ihre Verdienste um den Aufbau international führender Forschungseinrichtungen in der Region.
Das Portrait von Prof. Dr. Martina Havenith kann auf YouTube angesehen werden.
Mit Martina Havenith-Newen und Rolf Bracke haben zwei Persönlichkeiten der Ruhr-Universität die Ehrenplakette der Stadt Bochum erhalten.
Mit einem neuen Experiment ist es gelungen, die Auswirkungen eines in Lösung befindlichen Elektrons auf die umgebende Flüssigkeit zu beobachten.
Mit Terahertz-Spektroskopie lässt sich die spontane Bildung proteinreicher Tröpfchen erklären, die möglicherweise zu neurodegenerativen Erkrankungen führen.
Als Außenseiter an die Weltspitze. Die Lösungsmittelchemie lag als Thema überhaupt nicht in der Luft. Inzwischen ist das Exzellenzcluster international dafür bekannt.
Industriepolitische Perspektiven für die Zwanzigerjahre
- Chancen, Herausforderungen und Notwendigkeit -
1. Februar 2021, K21 Ständehaus, Düsseldorf
Ein internationales Forschungsteam hat Wassermoleküle in einen winzigen Käfig eingesperrt – und dabei bislang unbekannte Eigenschaften entdeckt.
Einen durchschnittlichen pH-Wert für größere Flüssigkeitsmengen zu bestimmen, ist heutzutage leicht. Schaut man auf einen eng umgrenzten Bereich einer Lösung, ist es jedoch eine Herausforderung.
Prof. Dr. Martina Havenith wurde am 15. September 2020 zum Fellow der Optical Society (OSA) gewählt. Die Auszeichnung wurde verliehen für ihre "Pionierarbeit bei der Entwicklung der THz-Spektroskopie als empfindliche Methode, um Lösungsmitteleffekte zu verstehen. Dies hat dazu beigetragen, die Rolle des Wassers bei biologischen Prozesse aufzuklären".
Bundeskanzlerin Angela Merkel und die Ruhr-Konferenz haben sich ausgetauscht – mit dabei waren der Inkubator für Chemie-Start-ups und die Metropolenforschung aus der RUB. © Land NRW / Marcel Kusch
Die Einbettung von hydrophoben Molekülen in Wasser sieht im Detail ganz anders aus als bisher angenommen. Die innere und äußere Hydratationsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften wurden als "HB-wrap" und "HB-hydration2bulk" bezeichnet.
Artikel in Bild der Wissenschaft (Juli-Ausgabe 2020)
Wasser ist farblos, frei von Geruch und Geschmack, ohne Nährwert – und äußerst vielseitig. Neue Forschungsergebnisse enthüllen Eigenschaften, die der Flüssigkeit überraschende Anwendungen eröffnen.
Wasser sieht zwar wie eine einfache Flüssigkeit aus, ist aber alles andere als leicht zu analysieren. Doch nur wenn man das Zusammenspiel der Moleküle versteht, sind die besonderen Eigenschaften von Wasser zu erklären. Bild © Julia Weiler
Accessing different binding sites of a multifunctional molecule: IR spectroscopy of propargyl alcohol⋯water complexes in helium droplets
The postdoctoral researchers are considered as the backbone of any research group in Germany and are responsible for training the students working for their bachelor's. master's, PhD thesis.
Zwei Forscherinnen des Exzellenzclusters Resolv sind in eine Spezialausgabe der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ aufgenommen worden, die anlässlich des Weltfrauentags im März 2019 erschienen ist. Die Arbeiten von Prof. Dr. Martina Havenith und Prof. Dr. Viktoria Däschlein-Gessner sind in gedruckter Form und online in der Sonderausgabe „International Women’s Day 2019“ veröffentlicht.
Unter der Schirmherrschaft der NRW-Wissenschaftsministerin will das Netzwerk der Professorinnen neue Maßnahmen für mehr Chancengleichheit ausloten – und die Partneruniversität Dortmund involvieren. Gut drei Jahre nach seiner Gründung hat das Women Professors Forum, kurz WPF, schon viel bewegt und erreicht. Initiiert von Prof. Dr. Martina Havenith ist das Netzwerk 2015 als Spin-off aus dem Exzellenzcluster Resolv hervorgegangen und umfasst mittlerweile Professorinnen aus allen Fakultäten der RUB.
Die Chemikerin entscheidet fortan mit über die Vergabe von Forschungspreisen. Die Alexander-von-Humboldt-Stiftung hat Prof. Dr. Martina Havenith in den Auswahlausschuss zur Vergabe von Forschungspreisen und der Sofja-Kovalevskaja-Preise berufen. Die Chemikerin und Sprecherin des Exzellenzclusters Resolv kann nun mit darüber befinden, welche Forscherinnen und Forscher den begehrten Humboldt-Forschungspreis erhalten.
Große Freude im Ruhrgebiet: Das Exzellenzcluster zur Lösungsmittelforschung hat sich erneut im Wettbewerb durchgesetzt. Erfolgreich haben die Ruhr-Universität Bochum (RUB) und die Technische Universität (TU) Dortmund in der bundesweiten Exzellenzstrategie abgeschnitten: Ab 2019 wird das Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation (Resolv) an der RUB und der TU Dortmund weiter gefördert. „Wir freuen uns sehr, wieder gefördert zu werden und damit die zukünftigen Herausforderungen der Solvation Science angehen zu können“, sagt Prof. Dr. Martina Havenith Sprecherin von Resolv. „Wir werden jetzt chemische Prozesse jenseits von Normalbedingungen, thermischen Gleichgewichten oder homogenen Phasen erforschen, um wichtige technologische Anwendungen zu fördern – zum Beispiel bei Energieumwandlung und -speicherung oder bei der Entwicklung von Smarten Sensoren.
Scheinbar einfache Fragen zur Wasserhülle von geladenen Teilchen sind lange Zeit unbeantwortet gewesen. Bis diese neue Technik kam. Mit der Terahertz-Spektroskopie haben Bochumer Chemikerinnen und Chemiker neue Einblicke gewonnen, wie ein Ion die Wassermoleküle in seiner Umgebung beeinflusst.
Der Bochumer Doktorand Michael Senske hat bei einer Tagung der Gesellschaft Deutscher Chemiker einen Preis für seine Doktorarbeit erhalten. In seiner Forschung beschäftigt Senske sich mit der Stabilität von Proteinen. Dabei kooperierte er innerhalb des Resolv-Projektes mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Martina Havenith und Prof. Dr. Simon Ebbinghaus sowie Prof. Dr. Gary Pielak von der Universität in North Carolina, Chapel Hill.
Nur wenigen hoch angesehenen Wissenschaftlern wird diese Ehre zuteil.
Die Bochumer Chemikerin Prof. Dr. Martina Havenith-Newen freut sich über eine große Anerkennung ihrer wissenschaftlichen Leistungen. Sie ist als Mitglied in die Europäische Akademie der Wissenschaften aufgenommen worden.
Das Women Professors Forum erhält den Lore-Agnes-Preis 2017. Das Forum wurde im November 2015 auf Initiative von Prof. Dr. Martina Havenith vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie II an der RUB gegründet. Das deutschlandweit einzigartige Netzwerk will Nachwuchswissenschaftlerinnen Karrierewege aufzeigen, Frauen im Wissenschaftsbetrieb vielfältig unterstützen und den Anteil der Professorinnen an den Fakultäten und in den Entscheidungsgremien der RUB erhöhen.
RUB-Chemikerin Prof. Dr. Martina Havenith hat eine neue Methode entwickelt, mit der sie Veränderungen in der Energie und Struktur von Wassermolekülen in der Umgebung gelöster Moleküle erfassen können. Mit dieser sogenannten Terahertz-Kalorimetrie untersuchten sie die Eigenschaften der Wasserhülle, die gelöste Alkoholmoleküle umgibt. In Zukunft wollen sie die Methode auch für größere Verbindungen, etwa Enzyme, einsetzen und so Erkenntnisse sammeln, die bei der Entwicklung von Medikamenten helfen können. Damit hat Prof. Havenith das erste Ziel umgesetzt, das sie sich für die Verwendung der Mittel aus dem Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats vorgenommen hatte.
Das interdisziplinäre Forschungsfeld Solvation Science bekommt Unterstützung binnen der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr). Der Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) investiert circa 1 Million Euro, um die Professur von Martina Havenith zu einer interuniversitären UA Ruhr Professur zu verwandeln. Das Ziel ist neue laserspektroskopische Methoden zu entwickeln.
RUB-Chemikerin Prof. Dr. Martina Havenith ist nach Brüssel gefahren, um an der renommierten Solvay-Konferenz teilzunehmen. Die Konferenz ist nur für eingeladene Gäste. Zwei weitere RESOLV Mitglieder sind mit Martina Havenith im Brüssel gewesen: Prof. Dr. Frank Neese vom Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion und Prof. Dr. Benjamin List vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, beide Mülheim an der Ruhr.
Prof. Dr. Martina Havenith hat Anfang September den Sophie-La-Roche-Preis 2016 erhalten.
Martina Havenith hat sich in einem hart umkämpften Wettbewerb durchgesetzt: Sie warb einen Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats ein.
Mit den 2,5 Millionen Euro Fördermitteln aus einem Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) will Prof. Dr. Martina Havenith von der Ruhr-Universität Bochum eine neue Methode entwickeln: die zeitaufgelöste Terahertz-Kalorimetrie. Sie soll erlauben, die Interaktion von Proteinen mit dem umgebenden Lösungsmittel in Echtzeit zu verfolgen. Dazu nutzt sie erstmals Methoden der zeitaufgelösten Laserspektroskopie, um diese Änderungen zu erfassen.
Die Bochumer Physik-Professorin Martina Havenith-Newen ist Chefin des einzigen Exzellenzclusters des Reviers. Dabei konnte sie Physik früher gar nicht leiden
In der Schule früher, daheim in Mechernich, malte sie zu Beginn der Physikstunde stets 45 Striche auf den Tisch. Jede Minute radierte sie einen aus. Physik fand Martina Havenith-Newen damals „stinklangweilig“. Heute ist sie als Physikerin promoviert und habilitiert. Sie ist Inhaberin des Lehrstuhls für Physikalische Chemie II an der Ruhr-Uni Bochum, Chefin des Zemos-Projekts und Leiterin von „Resolv“, dem einzigen Exzellenzcluster des Ruhrgebiets, kurz: Sie ist einer der profiliertesten Forscher im Lande.
Wie sieht ein Tag im Arbeitsleben des Kanzlers aus? Was macht eigentlich ein Veranstaltungstechniker an der RUB? Wie bekommt man die Teilnahme an den olympischen Spielen und ein Studium unter einen Hut?
Der Alltag an der RUB ist so vielgestaltig wie die Menschen, die ihn leben. In 50 Kurzfilmen werden wir bis zum Jubiläumsjahr 2015 50 Personen porträtieren, die stellvertretend für die Menschen an der RUB stehen: Zeitzeugen, renommierte Forscherinnen und Forscher, erfolgreiche Alumni, Menschen mit „bewegten Jobs“ oder besondere Studierende.
ngenieure mit Forschungsdrang und einem Faible für Chemie widmen sich an der Ruhr-Universität Bochum technologisch wichtigen Zukunftsfragen. Das durch den Wissenschaftsrat geförderte Projekt Zemos soll helfen, Umweltbelastungen zu vermeiden und die Energieeffizienz zu optimieren. 2016 steht der Neubau, Zemos-Forscher sind aber bereits am Werk
RUB-Chemikerin Prof. Martina Havenith erhält eine „Visiting Miller“-Professur. Mit dieser Auszeichnung lädt die University of California, Berkeley herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu sich auf den Campus ein, um die Kooperation und den Austausch in gemeinsamen Forschungsprojekten zu stärken.
Der Applaus wollte nicht abreißen, als RUB-Rektor Prof. Elmar Weiler verkündete, dass die DFG sowohl den Exzellenzcluster RESOLV als auch die Graduiertenschule RUB Research School plus fördern wird. Nur das Zukunftskonzept Research Campus RUB setzte sich in der Exzellenzinitiative nicht durch. Mit den beiden erfolgreichen Anträgen erhält die Bochumer Uni ab November 2012 für fünf Jahre rund 52 Millionen Euro.
Wassermoleküle sind an den lebenswichtigen Interaktionen zwischen Enzymen und ihren Reaktionspartnern aktiv beteiligt. Das haben RUB-Forscher mit einer neu entwickelten Form der THz-Spektroskopie herausgefunden.
Für ein interdisziplinäres Forschungsprojekt an der Ruhr-Universität Bochum haben zwei Wissenschaftler den „Chemistry in South-East Europe Grant“ erhalten. Das UNESCO-Büro in Venedig (Regional Bureau for Science and Culture in Europe) verleiht die mit 10.000 € dotierte Auszeichnung, um die Zusammenarbeit zwischen italienischen und südosteuropäischen Wissenschaftlern zu fördern.
Den Forschungsneubau ZEMOS an der Ruhr-Universität Bochum hat die Gemeinsame Wissenschaftskonferenz (GWK) bewilligt: Rund 44 Mio. Euro fließen in die Erforschung von Lösungsmittelprozessen (Solvatationsforschung) an der RUB. Das neue Gebäude bietet Platz für 100 Wissenschaftler aus Chemie, Biochemie und Ingenieurwissenschaften. Fachübergreifend arbeiten sie im „Zentrum für molekulare Spektroskopie und Simulation solvensgesteuerter Prozesse“ (ZEMOS) zusammen.
In biologisch aktiven Enzym-Substrat-Kombinationen, wie sie beispielsweise in Medikamenten vorkommen, spielt Wasser eine entscheidendere Rolle als bisher gedacht. Wie ein „Kleber“ wirkt das umgebende Wasser, um ein Substrat an der richtigen Stelle eines Enzyms festzuhalten.
Die Ruhr-Universität Bochum macht einen großen Sprung auf dem Weg in die Weltspitze eines sich rasant entwickelnden Forschungsgebiets – der Untersuchung von Löslichkeitsprozessen in Chemie, Biochemie und Ingenieurwissenschaften. Dazu hat der Wissenschaftsrat (WR) in seiner heutigen Sitzung der RUB einen rund 44 Mio. € teuren Forschungsbau zur Genehmigung vorgeschlagen.
Bochum. „Molecular Sciences und Simulation“ ist ein neuer Masterstudiengang an der Ruhr-Universität. Er soll als Aushängeschild dienen - unter anderem in der dritten Runde der Exzellenzinitiative, für die sich die Hochschule beworben hat.
Water is a major constituent of living cells but cellular constituents such as proteins are so tightly packed that the space available for water is limited. To investigate water at the interface and its interactions with biomolecules, Martina Havenith, with colleagues Martin Gruebele and David Leitner, applied to HFSP to fund a project to use the new method of Terahertz spectroscopy as a probe for water-biomolecule interaction. This Germany-USA collaboration was considered very high-risk but proved a success and has resulted in exciting findings about the nature of water surrounding proteins. (Englischer Artikel)
Prof. Dr. Martina Havenith-Newen, Inhaberin des Lehrstuhls für Physikalische Chemie II der Ruhr-Universität Bochum, ist in den österreichischen Wissenschaftsrat berufen worden. Ein entsprechender Beschluss erfolgte im heutigen Ministerrat. „Mit Martina Havenith-Newen bekommt der Wissenschaftsrat eine international angesehene Wissenschaftlerin mit umfassender Erfahrung und Expertise“, betonte die österreichische Wissenschafts- und Forschungsministerin Dr. Beatrix Karl.
Große Freude in der Ruhr-Universität: In der Exzellenz-Initiative II des Bundes und der Länder zur Förderung von Wissenschaft und Forschung wird sie ihre Vollanträge für ein Exzellenz-Cluster und ihr Zukunftskonzept, den „Research Campus RUB“ einreichen.
Um ohne aufwändige empirische Tests herauszufinden, wie gut ein Waschmittelenzym seinen Job in der Waschmaschine erledigt, untersuchen Chemiker der Ruhr-Universität solche Enzyme im Auftrag der Firma Henkel AG & Co KGaA mit Terahertz-Strahlung. Die Strahlung erlaubt es, die schwachen Bindungen zwischen Enzymen und dem sie umgebenden Wasser zu beobachten.
Gefördert mit bis zu 1,25 Mio. Euro für fünf Jahre baut Dr. Simon Ebbinghaus eine Arbeitsgruppe in der Chemie auf.
Die räumliche Struktur ist für die Funktion biologisch aktiver Moleküle entscheidend. So beruhen Krankheiten wie Alzheimer auf einer fehlerhaften Faltung von Proteinen. Die Grundlagen der Raumstruktur von Biomolekülen untersucht eine neue Nachwuchsgruppe an der Ruhr-Universität Bochum um Dr. Christian Müller (Lehrstuhl Physikalische Chemie II, Prof. Dr. Martina Havenith-Newen). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert die Gruppe im Emmy Noether-Programm für fünf Jahre.
Chemische Reaktionen unter “Sternenstaub-Bedingungen” sind für die ursprüngliche molekulare Evolution von grundlegender Bedeutung. Wir untersuchten Reaktionen in ultrakalten Helium-Nanotröpfchen (nahe dem absoluten Nullpunkt), um diese Bedingungen im Labor nachzuahmen. Unsere gemeinsame experimentelle/theoretische Studie zeigte, dass die HCl-Dissoziation sehr empfindlich auf die Reihenfolge ist, in der die Molekülaggregation stattfindet.
Die Dissoziation von HCl tritt leicht bei schrittweiser Mikrosolvatisierung mit Wassermolekülen auf, wohingegen keine Dissoziation gefunden wird, wenn HCl mit bereits vorhandenen Wasserclustern in Wechselwirkung tritt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die grundlegende Frage, ob die Säuredissoziation und die anschließende Säure-Base-Chemie bei ultrakalten Temperaturen stattfinden können, nicht einfach mit “ja” oder “nein” beantwortet werden kann.
Es wird erwartet, dass diese Entdeckung auch ein allgemeines Merkmal chemischer Reaktionen unter ultrakalten Bedingungen ist: Auf die Reihenfolge kommt es an!
Die Hydratation von Ionen ist wichtig für das Verständnis fundamentaler Prozesse. THz-FTIR-Spektroskopie ist eine bedeutende Methode, um offene Fragen auf diesem Gebiet zu klären. Durch Hinweise auf nicht-additives Verhalten von Salzlösungen wird das vereinfachende Hofmeister-Modell infrage gestellt. Für hohe Salzkonzentrationen wurde mittels THz-Spektroskopie Ionenpaarbildung beobachtet und quantifiziert.
Änderungen im Wasserstoffbrückennetzwerk von in Wasser gelösten Alkoholketten wurden mithilfe der THz-Spektroskopie gemessen. Die THz-Spektren wurden zerlegt und die einzelnen Komponenten normalem Wasser, tetraedrisch angeordnetem Hydratwasser und ungeordneterem Hydratwasser zugeordnet. Das tetraedrisch angeordnete Wasser erzeugt eine Bande bei 195 cm−1 und ist am hydrophoben Teil des Alkohols lokalisiert. Die zweite Komponente zeigt eine Bande bei 165 cm−1 und wird dem Hydratwasser in der ersten Solvatationsschale zugeordnet.
Die vermessenen, temperaturabhängigen Änderungen im THz-Spektrum von gelösten Alkoholketten können direkt mit Änderungen von Wärmekapazität, Entropie und freier Energie korreliert werden. Dabei ist überraschenderweise nicht das tetraedrisch angeordnete Wasser, sondern hauptsächlich das ungeordnete Hydratwasser für die temperaturabhängigen Änderungen von ΔCp und ΔG verantwortlich. Der für den gelösten Stoff spezifische Unterschied in der freien Energie ist auf die Bildung von Kavitäten zurückzuführen und skaliert linear mit der Kettenlänge der Alkohole.
Viele Naturphänomene hängen mit der Nukleation von CaCO3 zusammen, wobei die Rolle des Wassers bis jetzt weitgehend unklar war. Änderungen in der Absorption im THz-Frequenzbereich während der frühen Stadien der CaCO3-Nukleation belegen Veränderungen in den gekoppelten Bewegungen der hydratisierten Calcium- und Carbonat-Ionen. Die Daten lassen stark darauf schließen, dass sich proto-strukturiertes, amorphes CaCO3 über die Verfestigung von anfänglich flüssigen Vorstufen bildet.
Die mechanistische Bedeutung der Dynamik von Wassernetzwerken bei der Phasentrennung kann als alternativer Weg der Nukleation über Pränukleationscluster rationalisiert werden und ist wahrscheinlich allgemein für wässrige Systeme gültig.
Solvatation ist ein zentrales Thema in der Chemie, Verfahrenstechnik und Biochemie. Mit RESOLV baut RUB derzeit die Solvatationsforschung als neues interdisziplinäres Feld aus, welches eine Bottom-up-Beschreibung der Solvatation auf Molekülebene ermöglicht, mit der die Eigenschaften neuer Lösungsmittelsysteme vorhersagbar werden. Um die Solvatationsforschung erfolgreich zu machen, muss eine Vielzahl modernster Synthese- und Ingenieurtechniken sowie spektroskopischer und theoretischer Methoden zusammengebracht werden.
In den Lebenswissenschaften ist Wasser von besonderer Bedeutung und wird auch als Matrix des Lebens bezeichnet. Es gibt mehr und mehr experimentelle und theoretische Hinweise darauf, dass Wasser nicht nur eine passive Beobachterrolle zukommt. Neue experimentelle Techniken erlauben nun eine Bestimmung wie das Biomolekül mit dem Wasser wechselwirkt und inwieweit es sich das Hydratwasser von „normalen“ Wasser unterscheidet.
Terahertz (THz) Absorptionsspektroskopie hat sich als leistungsstarke Methode herausgestellt um dies zu quantifizieren. Wir konnten die Bedeutung des Beitrags der Wasserstoffbrückenbindungs-dynamik für die Funktion von Antigefrierproteinen und für die molekulare Erkennung zeigen. In allen Fällen wurde eine Gradient der Wasserbewegungen hin zu der Andockstelle beobachtet, der sogenannte “hydration funnel”.
Bei Frostschutzproteinen (AFPs) handelt es sich um Proteine, die das Eiswachstum in Lebewesen der Polarregionen (Fische, Insekten, Bakterien und Pflanzen) unterdrücken und damit das Überleben unter arktischen Bedingungen sichern. AFPs setzen den Gefrierpunkt einer Lösung herab ohne den Schmelzpunkt proteinhaltiger wässriger Lösungen zu verändern
Ein vertieftes Verständnis der Solvatation von Ionen in wässriger Lösung hat Bedeutung für eine Vielzahl bisher ungelöster Fragestellungen in Chemie und Biologie. Das Konzept der „Verstärkung“ (structure making) bzw. “Schwächung” (structure breaking) von
Wasserstoffbrückenbindungen durch Ionen wird häufig herangezogen, um z.B. die Hofmeister-Serie zu rationalisieren, die vor mehr als 100 Jahren entdeckt wurde.
Ein Gefrierschutzprotein aus dem Blut von Fischen verändert die Wassermoleküle in seiner Umgebung so, dass ihnen nicht das Blut in den Adern gefriert.
TV Beitrag 3sat/Nano 31 März 2011
S. Ebbinghaus, K. Meister, B. Born, A. L. DeVries, M. Gruebele, M. Havenith
Communication, Journal of the American Chemical Society. August 16, 2010, DOI: 10.1021/ja1051632
Presse: Frostschutz bei Fischen
Artikelin "Die Zeit" vom 26.8.2010, Nr. 35, S. 36 (2010)
Interview
Secrets of anti-freeze proteins in Antarctic fish unlocked
Download des kompletten Interviews hier
Pressemitteilung: Anti-Freeze-Protein beeinflusst die Bewegung umgebender Wassermolekühle" "Veröffentlichung in Pressemitteilungen Ruhr-Universität Bochum
K. Meister, J. Niesel, U. Schatzschneider, N. Metzler-Nolte, D. A. Schmidt, M. Havenith
Angewandte Chemie International Edition 49, 3310-3312 (2010). Supporting Material
Pressemitteilung: "Good vibrations" helfen bei der Untersuchung neuer Wirkstoffe - RUB-Forscher verfolgen Metallkomplexe auf dem Weg in lebende Zellen - "VIP"-Veröffentlichung in "Angewandte Chemie"
Highlight von P. Hildebrandt
A Spectral Window to the Cell
Angewandte Chemie Int. Ed. 2010, 49 DOI: 10.1002/anie.201001616
Beobachtet: Die Bildung des kleinsten Säuretropfens
Neuer Reaktionsmechanismus bei ultrakalten Temperaturen
Bochumer Chemiker als Highlight in Science: Vier Wassermoleküle und ein HCl genügen
Genau vier Wassermoleküle sind notwendig, um mit Chlorwasserstoff den kleinstmöglichen Tropfen Säure zu erzeugen. Diese Erkenntnis haben die Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie) und Prof. Dr. Dominik Marx (Theoretische Chemie) im Rahmen der RUB-Forschergruppe 618 gewonnen. Sie führten dazu Experimente bei ultrakalten Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt durch, wobei sie die Moleküle mit Infrarotlaserspektroskopie beobachteten, und setzten parallel auf theoretische Berechnungen, sog. ab initio Simulationen. Diese Reaktion bei eisiger Kälte ist ihren Berechnungen zufolge nur dann möglich, wenn ein Molekül nach dem anderen einzeln hinzugefügt wird. Ihre Ergebnisse sind als „Highlight-Artikel“ in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht.
Science Artikel
A. Gutberlet, G. Schwaab, Ö. Birer, M. Masia, A. Kaczmarek, H. Forbert, M. Havenith, D. Marx
Aggregation-Induced Dissociation of HCl(H2O)4 below 1 K: The Smallest Droplet of Acid
Science 324, 1545-1548 (2009). DOI: 10.1126/science.1171753 - Supporting Material.
Nature Research Highlight in Chemistry
The tiniest acid drop
Nature 459, 1036 (25 June 2009). DOI: 10.1038/4591036d
Topographie und Chemie von Nanotexten
Neuartiges Kombimikroskop erlaubt Schreiben und Lesen auf zweierlei Art. RUB-Chemikerin mit Posterpreis ausgezeichnet.
Bildinformation: Nano-Smiley - In eine HS-C6H12-OH Monoschicht wurde mit einzelsträngiger DNA ein Gesicht geschrieben. Die Linienbreite beträgt 50 nm.
02/2008: Pressemitteilung
Proteinfaltung verändert das Wasser in der Umgebung - Neue Erkenntnisse der Terahertz-Spektroskopie -
RUB-Chemie beobachtet Änderungen des „THz-Tanzes“
Erst vor wenigen Wochen gelang Arbeitsgruppen aus Bochum, Illinois und Nevada mittels Terahertz(THz)-Spektroskopie der Nachweis, dass ein Protein die Wassermoleküle in seiner Umgebung langreichweitig beeinflusst: Die normalerweise wie Diskotänzer in chaotischer Bewegung befindlichen Wassermoleküle durch das Protein zu einer Art geordnetem Menuett über. Jetzt gelang es den Forschern um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie II der RUB), den Regeln dieses Tanzes weiter auf den Grund zu gehen. Sie konnten zeigen, dass die Proteinfaltung die Tanzschritte des Wassers verändert. Ein teils entfaltetes Protein beeinflusst die Wassermoleküle der Umgebung weit weniger als ein gefaltetes. Je flexibler das Protein, desto weniger ausgeprägt ist die Beeinflussung des Wassers. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher als „communication“ im Journal of the American Chemical Society.
12/2007: Pressemitteilung
Der Terahertz-Tanz des Wassers mit den Proteinen - PNAS berichtet: Disko wird zum Menuett - Protein-Einfluss hat eine unvermutet große Reichweite
Es ist besonders die Art der Faltung, die bei Proteinen ihre Funktion bestimmt – ein dynamischer Prozess, der sehr schnell abläuft. Bei der Untersuchung dieses "Tanzes" der Proteine hat man bislang den Partner außer Acht gelassen: das Wasser. Dieses Zusammenspiel zwischen Wasser und Proteinen haben Forscher aus Bochum, Illinois und Nevada um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie II der RUB) nun mittels Terahertz-Spektroskopie beobachtet. So konnten sie erstmals zeigen, dass Proteine die Bewegungen des umgebenden Wassernetzwerkes über weite Bereiche beeinflussen. Etwa 1000 Wasser-Moleküle werden durch ein Protein "auf Linie gebracht": Bewegen sie sich ohne Protein so ungeordnet wie eine Gruppe Diskotänzer, so gehen sie in der Nähe eines Proteins eher zu einem Menuetttanz über. Die Forscher berichten über ihre Studie in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Science PNAS.
06/2007: Pressemitteilung
Eine Million Euro für neues Nanomikroskop:
Eine Million Euro für die Mikroskopie mit Infrarot- und Terahertzstrahlung - RUB-Forscher erhalten Förderung aus dem BMBF - Schnelle, hochauflösende Bilder für Material- und Biowissenschaften: Zwei Jahre wird das Gerät in Bochum stehen. Nach der Aufbau- und Testphase zieht es dann in zwei Jahren nach Karlsruhe um. Am dortigen Synchrotron Elektronenbeschleuniger ANKA wird die notwendige Breitband-Synchrotronstrahlung erzeugt, mit der das Mikroskop arbeitet. Dieser Aufbau ist in Deutschland einzigartig.
Pressemitteilung 10.08.2006 (als PDF)
Mit Terahertzstrahlung uraltes Rätsel gelöst - Wasser ist aktiv: RUB-Chemiker beenden Spekulationen
Bild: Wasser Moleküle innerhalb einer Solvatationsschale von 4 Ångström um ein Laktosemolekül.
Basis ist ein Schnappschuss eines CHARMM Moleküldatensatzes (D. Leitner) grafisch aufgearbeitet (E. Bründermann).
Chemische Reaktionen unter “Sternenstaub-Bedingungen” sind für die ursprüngliche molekulare Evolution von grundlegender Bedeutung. Wir untersuchten Reaktionen in ultrakalten Helium-Nanotröpfchen (nahe dem absoluten Nullpunkt), um diese Bedingungen im Labor nachzuahmen. Unsere gemeinsame experimentelle/theoretische Studie zeigte, dass die HCl-Dissoziation sehr empfindlich auf die Reihenfolge ist, in der die Molekülaggregation stattfindet.
Die Dissoziation von HCl tritt leicht bei schrittweiser Mikrosolvatisierung mit Wassermolekülen auf, wohingegen keine Dissoziation gefunden wird, wenn HCl mit bereits vorhandenen Wasserclustern in Wechselwirkung tritt. Diese Ergebnisse zeigen, dass die grundlegende Frage, ob die Säuredissoziation und die anschließende Säure-Base-Chemie bei ultrakalten Temperaturen stattfinden können, nicht einfach mit “ja” oder “nein” beantwortet werden kann.
Es wird erwartet, dass diese Entdeckung auch ein allgemeines Merkmal chemischer Reaktionen unter ultrakalten Bedingungen ist: Auf die Reihenfolge kommt es an!
Die Hydratation von Ionen ist wichtig für das Verständnis fundamentaler Prozesse. THz-FTIR-Spektroskopie ist eine bedeutende Methode, um offene Fragen auf diesem Gebiet zu klären. Durch Hinweise auf nicht-additives Verhalten von Salzlösungen wird das vereinfachende Hofmeister-Modell infrage gestellt. Für hohe Salzkonzentrationen wurde mittels THz-Spektroskopie Ionenpaarbildung beobachtet und quantifiziert.
Änderungen im Wasserstoffbrückennetzwerk von in Wasser gelösten Alkoholketten wurden mithilfe der THz-Spektroskopie gemessen. Die THz-Spektren wurden zerlegt und die einzelnen Komponenten normalem Wasser, tetraedrisch angeordnetem Hydratwasser und ungeordneterem Hydratwasser zugeordnet. Das tetraedrisch angeordnete Wasser erzeugt eine Bande bei 195 cm−1 und ist am hydrophoben Teil des Alkohols lokalisiert. Die zweite Komponente zeigt eine Bande bei 165 cm−1 und wird dem Hydratwasser in der ersten Solvatationsschale zugeordnet.
Die vermessenen, temperaturabhängigen Änderungen im THz-Spektrum von gelösten Alkoholketten können direkt mit Änderungen von Wärmekapazität, Entropie und freier Energie korreliert werden. Dabei ist überraschenderweise nicht das tetraedrisch angeordnete Wasser, sondern hauptsächlich das ungeordnete Hydratwasser für die temperaturabhängigen Änderungen von ΔCp und ΔG verantwortlich. Der für den gelösten Stoff spezifische Unterschied in der freien Energie ist auf die Bildung von Kavitäten zurückzuführen und skaliert linear mit der Kettenlänge der Alkohole.
Viele Naturphänomene hängen mit der Nukleation von CaCO3 zusammen, wobei die Rolle des Wassers bis jetzt weitgehend unklar war. Änderungen in der Absorption im THz-Frequenzbereich während der frühen Stadien der CaCO3-Nukleation belegen Veränderungen in den gekoppelten Bewegungen der hydratisierten Calcium- und Carbonat-Ionen. Die Daten lassen stark darauf schließen, dass sich proto-strukturiertes, amorphes CaCO3 über die Verfestigung von anfänglich flüssigen Vorstufen bildet.
Die mechanistische Bedeutung der Dynamik von Wassernetzwerken bei der Phasentrennung kann als alternativer Weg der Nukleation über Pränukleationscluster rationalisiert werden und ist wahrscheinlich allgemein für wässrige Systeme gültig.
Solvatation ist ein zentrales Thema in der Chemie, Verfahrenstechnik und Biochemie. Mit RESOLV baut RUB derzeit die Solvatationsforschung als neues interdisziplinäres Feld aus, welches eine Bottom-up-Beschreibung der Solvatation auf Molekülebene ermöglicht, mit der die Eigenschaften neuer Lösungsmittelsysteme vorhersagbar werden. Um die Solvatationsforschung erfolgreich zu machen, muss eine Vielzahl modernster Synthese- und Ingenieurtechniken sowie spektroskopischer und theoretischer Methoden zusammengebracht werden.
In den Lebenswissenschaften ist Wasser von besonderer Bedeutung und wird auch als Matrix des Lebens bezeichnet. Es gibt mehr und mehr experimentelle und theoretische Hinweise darauf, dass Wasser nicht nur eine passive Beobachterrolle zukommt. Neue experimentelle Techniken erlauben nun eine Bestimmung wie das Biomolekül mit dem Wasser wechselwirkt und inwieweit es sich das Hydratwasser von „normalen“ Wasser unterscheidet.
Terahertz (THz) Absorptionsspektroskopie hat sich als leistungsstarke Methode herausgestellt um dies zu quantifizieren. Wir konnten die Bedeutung des Beitrags der Wasserstoffbrückenbindungs-dynamik für die Funktion von Antigefrierproteinen und für die molekulare Erkennung zeigen. In allen Fällen wurde eine Gradient der Wasserbewegungen hin zu der Andockstelle beobachtet, der sogenannte “hydration funnel”.
Bei Frostschutzproteinen (AFPs) handelt es sich um Proteine, die das Eiswachstum in Lebewesen der Polarregionen (Fische, Insekten, Bakterien und Pflanzen) unterdrücken und damit das Überleben unter arktischen Bedingungen sichern. AFPs setzen den Gefrierpunkt einer Lösung herab ohne den Schmelzpunkt proteinhaltiger wässriger Lösungen zu verändern.
Ein vertieftes Verständnis der Solvatation von Ionen in wässriger Lösung hat Bedeutung für eine Vielzahl bisher ungelöster Fragestellungen in Chemie und Biologie. Das Konzept der „Verstärkung“ (structure making) bzw. “Schwächung” (structure breaking) von
Wasserstoffbrückenbindungen durch Ionen wird häufig herangezogen, um z.B. die Hofmeister-Serie zu rationalisieren, die vor mehr als 100 Jahren entdeckt wurde.
Ein Gefrierschutzprotein aus dem Blut von Fischen verändert die Wassermoleküle in seiner Umgebung so, dass ihnen nicht das Blut in den Adern gefriert.
TV Beitrag 3sat/Nano 31 März 2011
S. Ebbinghaus, K. Meister, B. Born, A. L. DeVries, M. Gruebele, M. Havenith
Communication, Journal of the American Chemical Society. August 16, 2010, DOI: 10.1021/ja1051632
Presse: Frostschutz bei Fischen
Artikelin "Die Zeit" vom 26.8.2010, Nr. 35, S. 36 (2010)
Interview
Secrets of anti-freeze proteins in Antarctic fish unlocked
Download des kompletten Interviews hier
Pressemitteilung: Anti-Freeze-Protein beeinflusst die Bewegung umgebender Wassermolekühle" "Veröffentlichung in Pressemitteilungen Ruhr-Universität Bochum
K. Meister, J. Niesel, U. Schatzschneider, N. Metzler-Nolte, D. A. Schmidt, M. Havenith
Angewandte Chemie International Edition 49, 3310-3312 (2010). Supporting Material
Pressemitteilung: "Good vibrations" helfen bei der Untersuchung neuer Wirkstoffe - RUB-Forscher verfolgen Metallkomplexe auf dem Weg in lebende Zellen - "VIP"-Veröffentlichung in "Angewandte Chemie"
Highlight von P. Hildebrandt
A Spectral Window to the Cell
Angewandte Chemie Int. Ed. 2010, 49 DOI: 10.1002/anie.201001616
Beobachtet: Die Bildung des kleinsten Säuretropfens
Neuer Reaktionsmechanismus bei ultrakalten Temperaturen
Bochumer Chemiker als Highlight in Science: Vier Wassermoleküle und ein HCl genügen
Genau vier Wassermoleküle sind notwendig, um mit Chlorwasserstoff den kleinstmöglichen Tropfen Säure zu erzeugen. Diese Erkenntnis haben die Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie) und Prof. Dr. Dominik Marx (Theoretische Chemie) im Rahmen der RUB-Forschergruppe 618 gewonnen. Sie führten dazu Experimente bei ultrakalten Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt durch, wobei sie die Moleküle mit Infrarotlaserspektroskopie beobachteten, und setzten parallel auf theoretische Berechnungen, sog. ab initio Simulationen. Diese Reaktion bei eisiger Kälte ist ihren Berechnungen zufolge nur dann möglich, wenn ein Molekül nach dem anderen einzeln hinzugefügt wird. Ihre Ergebnisse sind als „Highlight-Artikel“ in der aktuellen Ausgabe des Magazins Science veröffentlicht.
Science Artikel
A. Gutberlet, G. Schwaab, Ö. Birer, M. Masia, A. Kaczmarek, H. Forbert, M. Havenith, D. Marx
Aggregation-Induced Dissociation of HCl(H2O)4 below 1 K: The Smallest Droplet of Acid
Science 324, 1545-1548 (2009). DOI: 10.1126/science.1171753 - Supporting Material.
Nature Research Highlight in Chemistry
The tiniest acid drop
Nature 459, 1036 (25 June 2009). DOI: 10.1038/4591036d
Topographie und Chemie von Nanotexten
Neuartiges Kombimikroskop erlaubt Schreiben und Lesen auf zweierlei Art. RUB-Chemikerin mit Posterpreis ausgezeichnet.
Bildinformation: Nano-Smiley - In eine HS-C6H12-OH Monoschicht wurde mit einzelsträngiger DNA ein Gesicht geschrieben. Die Linienbreite beträgt 50 nm.
02/2008: Pressemitteilung
Proteinfaltung verändert das Wasser in der Umgebung - Neue Erkenntnisse der Terahertz-Spektroskopie -
RUB-Chemie beobachtet Änderungen des „THz-Tanzes“
Erst vor wenigen Wochen gelang Arbeitsgruppen aus Bochum, Illinois und Nevada mittels Terahertz(THz)-Spektroskopie der Nachweis, dass ein Protein die Wassermoleküle in seiner Umgebung langreichweitig beeinflusst: Die normalerweise wie Diskotänzer in chaotischer Bewegung befindlichen Wassermoleküle durch das Protein zu einer Art geordnetem Menuett über. Jetzt gelang es den Forschern um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie II der RUB), den Regeln dieses Tanzes weiter auf den Grund zu gehen. Sie konnten zeigen, dass die Proteinfaltung die Tanzschritte des Wassers verändert. Ein teils entfaltetes Protein beeinflusst die Wassermoleküle der Umgebung weit weniger als ein gefaltetes. Je flexibler das Protein, desto weniger ausgeprägt ist die Beeinflussung des Wassers. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forscher als „communication“ im Journal of the American Chemical Society.
12/2007: Pressemitteilung
Der Terahertz-Tanz des Wassers mit den Proteinen - PNAS berichtet: Disko wird zum Menuett - Protein-Einfluss hat eine unvermutet große Reichweite
Es ist besonders die Art der Faltung, die bei Proteinen ihre Funktion bestimmt – ein dynamischer Prozess, der sehr schnell abläuft. Bei der Untersuchung dieses "Tanzes" der Proteine hat man bislang den Partner außer Acht gelassen: das Wasser. Dieses Zusammenspiel zwischen Wasser und Proteinen haben Forscher aus Bochum, Illinois und Nevada um Prof. Dr. Martina Havenith-Newen (Physikalische Chemie II der RUB) nun mittels Terahertz-Spektroskopie beobachtet. So konnten sie erstmals zeigen, dass Proteine die Bewegungen des umgebenden Wassernetzwerkes über weite Bereiche beeinflussen. Etwa 1000 Wasser-Moleküle werden durch ein Protein "auf Linie gebracht": Bewegen sie sich ohne Protein so ungeordnet wie eine Gruppe Diskotänzer, so gehen sie in der Nähe eines Proteins eher zu einem Menuetttanz über. Die Forscher berichten über ihre Studie in der aktuellen Ausgabe der Proceedings of the National Academy of Science PNAS.
06/2007: Pressemitteilung
Eine Million Euro für neues Nanomikroskop:
Eine Million Euro für die Mikroskopie mit Infrarot- und Terahertzstrahlung - RUB-Forscher erhalten Förderung aus dem BMBF - Schnelle, hochauflösende Bilder für Material- und Biowissenschaften: Zwei Jahre wird das Gerät in Bochum stehen. Nach der Aufbau- und Testphase zieht es dann in zwei Jahren nach Karlsruhe um. Am dortigen Synchrotron Elektronenbeschleuniger ANKA wird die notwendige Breitband-Synchrotronstrahlung erzeugt, mit der das Mikroskop arbeitet. Dieser Aufbau ist in Deutschland einzigartig.
Pressemitteilung 10.08.2006 (als PDF)
Mit Terahertzstrahlung uraltes Rätsel gelöst - Wasser ist aktiv: RUB-Chemiker beenden Spekulationen
Bild: Wasser Moleküle innerhalb einer Solvatationsschale von 4 Ångström um ein Laktosemolekül.
Basis ist ein Schnappschuss eines CHARMM Moleküldatensatzes (D. Leitner) grafisch aufgearbeitet (E. Bründermann).
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Letzte Änderung: 19. Mär. 2025
