Seit den 1970er Jahren versuchten Wissenschaftler, den Ursprung der Abstoßung zwischen zwei elektrostatisch geladenen Molekülen zu ergründen. Sie tritt beispielsweise auf, wenn DNA oder andere Biomoleküle nah beieinander in wässriger Lösung schwimmen. Jetzt haben Forscher diese geheimnisvolle Kraft genauer untersucht.
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Jordi Faraudo, Physiker an der Universitat Autònoma de Barcelona und Fernando Bresme, Chemiker am Imperial College in London haben nun gemeinsam entdeckt, was hinter der auch als Hydrations-Kraft bezeichneten Abstoßung steckt. Ähnlich wie eine Fahne sich nach dem Wind ausrichtet, werden in mikroskopisch kleinen Größenordnungen auch die Wassermoleküle in einer Flüssigkeit leicht in die Richtung gezogen, in die ein elektrisches Feld zeigt.
Doch wenn das Wasser in Kontakt mit chemischen Verbindungen kommt, die ihrerseits an der Oberfläche kleine elektrische Felder erzeugen, ändern die Wassermoleküle ihr Verhalten. Sie organisieren sich zu komplexen Strukturen, die so ausgerichtet sind, dass sie das elektrische Feld aufheben und in einigen Fällen es sogar umkehren können.
Dieses abnormale Verhalten entdeckten die beiden Forscher bereits im April 2004. Jetzt ist es ihnen gelungen, erstmals einen Zusammenhang zu den Abstoßungsreaktionen von Biomolekülen in Lösung herzustellen. Doch jetzt ist es Faraudo und Bresme gelungen zu belegen, dass das seltsame Verhalten auch für die Hydrationskraft bei DNA und anderen Biomolekülen verantwortlich ist und darüberhinaus auch für die Bildung von Dünnfilmen in Lösungsmitteln. Ihre Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Wasser ist das Lösungsmittel, in dem die meisten physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse stattfinden. Daher ist es, so schreiben die Forscher, essentiell, die Natur der Interaktionen zwischen den im Wasser gelösten Molekülen zu verstehen um einen Einblick in diese Prozesse zu erhalten. Zwei der wichtigsten Reaktionen dieser Art sind beispielsweise die Anlagerung von Substanzen an die Membran von Zellen und die Entnahme von Proteinen. Beide sind wichtige Bestandteile der biomedizinischen Forschung da auf ihrer Grundlage neue Wirkstoffe entwickelt werden, die die Zellmembran durchdringen können um in der Zelle zu wirken.
Doch auch in der chemischen Industrie sehen die Wissenschaftler mögliche Anwendungen für die neuen Erkenntnisse. In vielen Chemikalien geht es darum, Mischungen von Molekülen und Lösungsmitteln zu stabilisieren. Sie bilden die Grundlage von so unterschiedlichen Stoffen wie Farben, Kosmetika oder Mayonnaise.
(Universitat Autonoma De Barcelona, 15.03.2005 – NPO)
