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Wie macht die Natur das nur? Der Chemiker Dr. Martin Bröring will die Arbeitsweise eines Enzyms durchschauen, weil diese für viele chemische Synthesen von großem Wert sein dürfte. Dr. Bröring ist der erste Wissenschaftler, der an der Universität Würzburg eine Nachwuchsgruppe im Rahmen des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) leitet.
Wer kennt nicht das Schlagwort von der "Natur als Vorbild" für technische Neuerungen? In vielen Bereichen des modernen Lebens wird sehr erfolgreich auf Konzepte zurückgegriffen, die biologische Systeme nachahmen. Dieser Trend wird als Bionik bezeichnet und hat auch in die Chemie Einzug gehalten.
Betrachtet man den Stoffwechsel eines Lebewesens in all seiner Komplexität einmal als chemische Maschinerie, so fällt die extrem hohe Selektivität der meisten Einzelvorgänge ins Auge. Diesen hohen Standard erreicht die Natur mit maßgeschneiderten Enzymen. Ganz allgemein wirken Enzyme als Katalysatoren: Sie ermöglichen Reaktionen, die sonst nicht ablaufen könnten, ohne dabei selbst verändert zu werden. Selektivität und katalytische Reaktionsführung sind auch für eine "grüne", also umweltverträgliche Chemie wichtige Voraussetzungen. Weil die Enzyme in ihrer Struktur aber höchst komplex und zudem häufig nur begrenzt stabil sind, ist ihr technischer Nutzen bislang gering geblieben.
Doch hier zeichnet sich eine Trendwende ab, und der Impuls dafür kommt aus der Anorganischen Chemie: Da bei vielen Enzymen Metalle die aktiven Zentren darstellen, besteht prinzipiell die Möglichkeit, die Metalle und ihre allernächste Umgebung gewissermaßen aus dem Enzym herauszuschneiden und sie als kleine, einfacher handhabbare Modellkatalysatoren separat zu untersuchen. Mit derartigen Verbindungen kann die Wirkungsweise von Metallenzymen oft leichter verstanden werden - ein Wissen, das sich positiv auf ein gezieltes Design von Katalysatoren auswirken sollte, so Dr. Bröring.
Besonders interessant sei das Cytochrom P450, ein Metallenzym, das in der belebten Natur sehr häufig vorkommt und unter anderem beim Abbau von Substanzen in der Leber eine Schlüsselrolle spielt. Die von Cytochrom P450 katalysierten Reaktionen - dabei kommt es zur Übertragung von Sauerstoff - sind für die chemische Synthese von großem Wert. Deshalb wurden das Enzym und einige Modelle für sein aktives Zentrum gründlich untersucht; zum Teil sind sie bereits kommerziell erhältlich. Dennoch sind die Mechanismen zur Übertragung von Sauerstoff bislang nur unvollständig verstanden und werden kontrovers diskutiert.
Diesem Problem will Dr. Bröring im Rahmen seiner Habilitation bei Prof. Dr. Helmut Werner am Würzburger Institut für Anorganische Chemie mit einer neuen Strategie zu Leibe rücken. In seinem von der DFG geförderten Projekt versucht er, nicht nur das aktive Zentrum selbst, sondern auch die vermuteten Zwischenstadien der Reaktionen im Labor nachzustellen und anhand ihrer Folgechemie zu charakterisieren.
Theoretische Arbeiten lassen vermuten, dass die Aktivität des Metalls nicht nur von dessen allernächster Umgebung stark beeinflusst wird. Darum sollten es die neuen Modellsysteme auch erlauben, das Ausmaß weitreichender Wechselwirkungen zu untersuchen. Es ist laut Dr. Bröring nicht unwahrscheinlich, dass die Antworten auf offene Fragen gerade in diesem Bereich zu finden sind und dass mit der Kenntnis dieser Faktoren das "evolutionäre Wissen" der Enzyme gezielter in der Katalyse genutzt werden kann.
Das Emmy Noether-Programm soll laut DFG besonders qualifizierten jungen Nachwuchswissenschaftlern einen Weg zur frühen wissenschaftlichen Selbständigkeit eröffnen. Dazu wird den Geförderten unmittelbar nach der Promotion ein Forschungsaufenthalt im Ausland sowie eine eigenverantwortliche Forschungstätigkeit im Inland ermöglicht, die mit der Leitung einer eigenen Nachwuchsgruppe verbunden ist. Indem sie auch Aufgaben in der Lehre erfüllen, sollen die jungen Wissenschaftler die Voraussetzungen für eine Berufung als Hochschullehrer erlangen.
Weitere Informationen: Dr. Martin Bröring, T (0931) 888-5263, Fax (0931) 888-4605, E-Mail:
martin.broering@mail.uni-wuerzburg.de
Links das Metallenzym Cytochrom P450, rechts sein aktives Zentrum mit einem Eisen-Baustein (Fe) in d ...
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
Links das Metallenzym Cytochrom P450, rechts sein aktives Zentrum mit einem Eisen-Baustein (Fe) in d ...
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