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Das Geheimnis des Zuckerwassers


Wasser ist aktiv

Mit Terahertzstrahlung uraltes Rätsel gelöst
Wasser ist aktiv: RUB-Chemiker beenden Spekulationen

Bochum, 10.08.2006 - Eine ganz neue Rolle schreiben Chemiker der Ruhr-Universität Bochum dem Wasser zu: Es ist kein "passiver Zuschauer" biologischer Prozesse, sondern ein "aktiver Mitspieler". Mit Hilfe der noch jungen Terahertz-Technologie ist es Forschern um Prof. Dr. Martina Havenith erstmals gelungen, einen genaueren Einblick in die blitzschnelle Reaktion von Wasser und Zucker zu bekommen. Die Erkenntnisse sind ein entscheidender Schritt, um das uralte Rätsel zu lösen, wie Zellen den Zucker als Schutzmechanismus verwenden, damit sie zum Beispiel nicht erfrieren. Über ihre Ergebnisse berichten die Bochumer Forscher in der aktuellen Ausgabe von PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).

Beitrag im Netz

Der vollständige Beitrag aus PNAS ist im Internet abrufbar unter www.pnas.org/...

Das Rätsel

Bekannt ist, dass Proteine und Membrane von Zellen bei extremen Bedingungen, z. B. Kälte, länger intakt bleiben, wenn man Zucker in Wasser löst. "Woran das genau liegt, darüber gab es bis heute nur Spekulationen", sagt Prof. Havenith. Die bisher verwendeten Untersuchungsmethoden reichten nicht aus, um die Veränderungen sichtbar zu machen: "Da das veränderte Wasser am Zucker mit dem Umgebungswasser im ständigen Austausch ist, sieht man ähnlich wie bei einer Fotografie von einer sich bewegenden Menge nur dann Einzelheiten, wenn man die Aufnahmen kurz belichtet, also eine sehr schnelle Messmethode anwendet", so Havenith.

Die Lösung

Die Lösung fanden die Bochumer Chemiker und ihr Kooperationspartner, der amerikanische Chemiker Prof. David Leitner, in Form der hochmodernen Terahertz-Strahlung: Sie ergibt neue Informationen über abgebildete Objekte im Spektralbereich zwischen sichtbarem Licht und Radarfrequenzen. "Damit können wir erstmals den Bereich zwischen Mikrowellen und Infrarot-Strahlung erschließen", so Havenith. Voraussetzung für den Erfolg der Bochumer Forscher war jedoch, dass sie einen neuen, besonders leistungsstarken Laser in diesem technologisch "schwierigen Frequenzbereich" einsetzen konnten.

Das Ergebnis

Mit Hilfe der so genannten Terahertz-Absorptionsspektroskopie war es möglich, die Veränderung des Umgebungswassers in einer Zuckerlösung mit Laktose (Milchzucker) sichtbar zu machen. Das Ergebnis: Ein einziges Zuckermolekül reicht aus, um 123 umliegende Wassermoleküle in ihrer Bewegung entscheidend zu verlangsamen. "Hier gibt es eine unmittelbare und direkte Wechselwirkung. Das Wasser kann sich mit Wasserstoffbrücken an den Zucker binden. Es entsteht eine anziehende Kraft, so dass die Wassermoleküle sich nicht mehr beliebig in jede Richtung bewegen können", erklärt Martina Havenith.

Die These

"Unsere Ergebnisse unterfüttern eine These, die immer noch kontrovers diskutiert wird: Wasser ist demnach kein passiver Zuschauer, sonder aktiver Mitspieler bei der Proteinfaltung und Regelung von Zellfunktionen", so Prof. Havenith. "Setzt man die Beweglichkeit des Wassers herunter, so führt dass zu einer Verlangsamung aller Prozesse, was die größere Stabilität von Proteinen in Zuckerwasser erklären würde." Die Professorin vergleicht diese "Idee" mit einem Fußballspiel: "Die Wassermoleküle sind wie Fußballspieler, die von außen gegen den Ball treten und dadurch gewisse Prozesse in Gang setzen. Und wenn sie langsamer treten, könnten auch die Prozesse verlangsamt sein."

Titelaufnahme

U. Heugen, G. Schwaab, E. Bründermann, M. Heyden, X. Yu, D.M. Leitner, and M. Havenith: Solute-induced retardation of water dynamics probed directly by THz spectroscopy. PNAS 103, 12301-12306 (2006)Quelle und weitere Informationen: www.ruhr-uni-bochum.de

------- Weitere wissenschaftliche Mitteilungen August 2006 -------

 

Jede Zelle schützt sich selbst

Neuer Sonderforschungsbereich benutzt pflanzliche Zellen zur Erforschung der menschlichen Immunabwehr und schafft 35 Arbeitsplätze

Köln, den 7. August 2006 - Der neue Sonderforschungsbereich "Zell-autonome Immunität" widmet sich einem wichtigen, bisher nur ungenügend bearbeiteten Teilaspekt der angeborenen Immunität. Erstmals wird die pflanzliche Immunabwehr bei der Erforschung des Immunsystems berücksichtigt. Der neue SFB 670 beschäftigt sich mit der Abwehr von Krankheitserregern.

Das Immunsystem ist die entscheidende Waffe im Kampf des menschlichen Körpers gegen Infektionserreger. Hier untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Köln und Bonn und des Kölner Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung spezifische Aspekte der Abwehr von mikrobiellen Krankheitserregern innerhalb der infizierten Zelle.
"Wir definieren Immunologie einen Schritt früher", erklärt der Sprecher des Sonderforschungsbereiches, Professor Martin Krönke, "das ist das Neue und das Besondere an unserem Ansatz. Wir sagen, jede einzelne Zelle hat ihre eigene Immunologie."

Die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) fördert den Sonderforschungsbereich vom 1. Juli 2006 bis 30. Juni 2010 mit insgesamt 7,5 Millionen Euro. Damit werden 35 Arbeitsplätze geschaffen. Ziel der Forschung des SFB 670 ist es, neue Erkenntnisse über Abwehrmechanismen innerhalb der Zelle zu gewinnen, um damit dann neue therapeutischer Ansätze entwickeln zu können.

Quelle und weitere Informationen: www.uni-koeln.de


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Weitere Themen: 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77

Sie haben einige Fragen zum Thema "Biologischer Prozesse im Zuckerwasser" oder Sie möchten wissen, was bedeutet das Wort Photovoltaik, was sind Gene oder was versteht man unter Grundlagenforschung? Einige Antworten auf häufig gestellte Fragen aus dem großen Bereich Wissenschaft und Forschung finden Sie unter dem Stichpunkt Glossar, welches stetig erweitert wird.