Biochemiker verwenden Laser als Stift Mini-Goethe leuchtet grün - scinexx | Das Wissensmagazin
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Biochemiker verwenden Laser als Stift

Mini-Goethe leuchtet grün

Goethe-Kopf aus dem Logo der Goethe-Universität © V. Gatterdam

Ein ungewöhnliches Miniaturbild von Johann Wolfgang von Goethe, das zehn Mal auf den Umfang eines Haars passt, haben Biochemiker aus licht-aktivierbaren Molekülen aufgebaut, die an grün fluoreszierende Proteine binden. Als „Stift“ dient dabei ein Laser, berichten die Forscher jetzt in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“.

Mit bloßem Auge kann man ihn nicht sehen: Der leuchtend-grüne Goethe-Kopf ist gerade einmal 20 Mikrometer – tausendstel Millimeter – breit. Erzeugt hat ihn Volker Gatterdam vom Institut für Biochemie der Goethe-Universität Frankfurt am Main durch eine Licht-aktivierbare Molekül-Protein-Wechselwirkung auf einer speziell präparierten Glasplatte.

Das Verfahren funktioniert ähnlich wie die Lithographie in der Halbleitertechnik, so die Wissenschaftler. Allerdings sei der zugrunde liegende biochemische Mechanismus etwas komplizierter.

Molekül Glutathion im Visier

Im Zentrum der Reaktion steht das Molekül Glutathion, das im Körper eine schützende und entgiftende Funktion hat. Mit Hilfe des Proteins Glutathion-S-Transferase (GST) kann Glutathion zum einen reaktive Sauerstoffradikale, zum anderen auch körperfremde Stoffe wie Medikamente und Giftstoffe binden. GST ist ein zweiteiliges (dimeres) Protein, das je zwei Moleküle Glutathion in seinem reaktiven Zentrum bindet.

Für ihre Experimente machten sich die Wissenschaftler um Professor Robert Tampé vom Institut für Biochemie und Professor Alexander Heckel vom Institut für organische Chemie und chemische Biologie zunutze, dass die Bindung zwischen Glutathion und GST nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip funktioniert.

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Belichtete Stellen leuchten grün

Um die Reaktion kontrollieren zu können, versahen sie das Glutathion mit einer Licht-aktivierbaren Schutzgruppe. Diese verhindert die Schlüssel-Schloss-Bindung. Wird die Schutzgruppe aber durch Licht abgespalten, kann sich das Molekül wieder an seinen Proteinpartner anlagern.

Bindet man nun das mit der Schutzgruppe versehene Glutathion auf einer speziell präparierten Glasplatte und beleuchtet diese durch eine Maske wie bei der Lithografie, entsteht den Wissenschaftlern zufolge das aktive Glutathion nur an den belichteten Stellen.

Schärfere Bilder lassen sich erzielen, wenn die Abmessungen etwas größer sind, wie hier bei dem Kopf Marylin Monroes. © V. Gatterdam

Um das überprüfen zu können, versahen die Forscher das GST mit einem grün fluoreszierenden Protein. Nachdem die Molekül-Protein-Wechselwirkung entstanden und ungebundenes Protein weggewaschen worden war, leuchteten tatsächlich nur die Stellen grün auf, die die Wissenschaftler zuvor belichtet hatten.

Von Goethe bis Monroe

Kompliziertere und noch kleinere Strukturen wie das Goethe-Logo oder den Kopf von Marylin Monroe konnte Doktorand Gatterdam in Echtzeit mit einem Laserstrahl „zeichnen“. Zukünftige Anwendungen könnten im Bereich der Protein-Chip Herstellung oder gar im Bereich der gezielten Zellmanipulation liegen, hoffen die Wissenschaftler.

(Goethe-Universität Frankfurt am Main, 14.03.2012 – DLO)

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