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Die räumliche Struktur eines Proteins ist für seine
Funktion entscheidend. Der Vorgang des Faltens zu einem
dreidimensionalen Gebilde lässt sich mit Hilfe so genannter Foldamere
nachahmen. Foldamere sind synthetische flexible Kettenmoleküle, die in
Lösung eine stabile, meist wendelförmige Gestalt annehmen können.
Außer für die Erforschung von Faltungsmechanismen sind sie interessant
als Stoff, aus dem "schaltbare" Materialien hergestellt werden könnten
- Materialien, deren Struktur und damit Eigenschaften sich "auf
Befehl" ändern. Stefan Hecht und seinem Team vom Max-Planck-Institut
für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr ist es nun erstmals
gelungen, ein Foldamer zu synthetisieren, das seine Gestalt bei
Bestrahlung mit Licht ändert.
Herkömmliche Foldamere werden typischerweise durch
Zugabe von Hilfsstoffen, Variation der Lösungsmittelzusammensetzung
oder Temperaturänderung geschaltet. Die Mülheimer Forscher setzen
dagegen auf Licht als "Schalter". Auf diese Weise ist eine sehr
präzise Kontrolle von Zeit, Ort und Intensität des "Schaltbefehls"
möglich. "Unser Konzept," erklärt Hecht, "beruht auf einem
Foldamerstrang, in den ein photoisomerisierbares Kernstück eingebaut
wird - ein Kernstück, dessen chemische Struktur sich bei Bestrahlung
mit Licht ändert." Die Forscher verbinden dazu zwei ebene, gewinkelte
Segmente eines Foldamers über ein Kernstück, das in seiner Gestalt
einer doppelten Wiederholungseinheit eines Foldamer-Bausteins
entspricht. Die Länge der Foldamersegmente ist von entscheidender
Bedeutung: Sie muss so gewählt werden, dass ein einzelnes
Foldamersegment zu kurz ist, um sich allein zu einer Helix winden zu
können. Der entstehende Gesamtstrang soll dagegen lang genug dafür
sein. Wird eine solche Helix nun bestrahlt, ändert sich die Struktur
des Kernstücks innerhalb von Sekunden. Das Kernstück ist nun auf eine
andere Art gewinkelt als zuvor, in der es sich nicht mehr helikal
anordnen kann. Damit kann auch der Gesamtstrang keine Helix mehr
bilden. Durch Erwärmen kann diese Formänderung wieder rückgängig
gemacht werden.
"Lichtsteuerbare Systeme wie unseres können
grundlegende Einblicke in Faltungs- und Entfaltungsmechanismen geben,"
sagt Hecht. "Wir untersuchen derzeit, ob sich unser Foldamer
beispielsweise als intelligenter Transporter einsetzen ließe. Ein
solcher Transporter kann in zwei Formen vorliegen, eine Form bindet
das Transportgut, die andere setzt es auf Befehl frei." |
