Einzelmolekülmaschinen bauen
Nahezu bei allen Zellprozessen, die auf Wechselwirkungen zwischen zwei Molekülen basieren, ist Wiedererkennung notwendig, damit die Interaktion stattfinden kann. Viele wichtige biologische Moleküle sind chiral und verfügen über zwei Formen, die aus denselben Atomen bestehen, deren Strukturen aber nicht deckungsgleiche Spiegelbilder voneinander sind. Andere gibt es ausschließlich in einer chiralen Form (sie sind also homochiral), beispielsweise die Bausteine von Proteinen (Aminosäuren) und die Zucker, aus denen die Desoxyribonukleinsäure (DNA) besteht. Offensichtlich spielt Chiralität für die Effizienz der Erkennung eine wichtige Rolle. Viele Wissenschaftler glauben, dass das Leben, wie wir es kennen, ohne die bei Aminosäuren und bestimmten Zuckern vorkommende Homochiralität nicht existieren könnte. Bei der zellulären Funktion des aktiven Transports müssen - wie bei einem Zug auf seinen Schienen - Moleküle verschlossen und wieder aufgeschlossen werden. Damit Moleküle und andere Zellbestandteile innerhalb der Zellen oder durch ihre Zellmembranen zu ihrem Konzentrationsgradienten bewegt werden können, braucht es Energie. Der aktive Transport wird von molekularen (Protein)-Motoren angetrieben. Um in Zukunft molekulare Maschinen und molekulare Motoren "bauen" zu können, müssen Wissenschaftler ein gründliches Verständnis davon entwickeln, wie sich zwei Moleküle durch gegenseitig ausgelöste Konformationsänderungen auf Einzelmolekülebene "begrüßen". Zu diesem Zweck initiierten europäische Wissenschaftler das Projekt Biomach ("Molecular machines - design and nano-scale handling of biological antetypes and artificial mimics"). Mithilfe der Rastertunnelmikroskopie (STM) "filmten" die Forscher, wie zwei Moleküle gleicher Chiralität Paare und Ketten formen, während Moleküle mit unterschiedlicher Chiralität keine stabilen Strukturen bilden können. Mit den Erkenntnissen aus den Biomach-Experimenten sollte nicht nur das grundlegende Verständnis physiologischer Prozesse verbessert werden, sie sollen auch zur Entwicklung von biomimetischen Einzelmolekülgeräten beitragen.
