Wenn in der Biologie negativ positiv ist
Negativ geladene Spezies haben eine enorme biologische Bedeutung und Umweltrelevanz. Zum Beispiel ist das Chloridion das häufigste Anion beim Menschen und abnormale Werte oder sein unzureichender Transport haben mit schweren Krankheiten wie etwa Mukoviszidose zu tun. Weitere relevante anionische Spezies sind anionische Aminosäuren wie Asparagin- und Glutaminsäure, die außerdem eine wichtige Rolle als Neurotransmitter spielen. An dem Projekt ANION_CAGES (Dynamic constitutional chemistry for the preparation of receptors for anions of biological interest) arbeitende Forscher beschäftigten sich mit der Entwicklung von effizienten Rezeptoren für wässrige Anionen. Unter Einsatz der Prinzipien der dynamischen kombinatorischen Chemie (DCC) meisterten sie die Herausforderungen, die mit guter Affinität verbunden sind. Anhand der Erzeugung neuer Moleküle durch reversible Reaktionen mit einfachen Bausteinen unter thermodynamischer Steuerung ergab DCC einer dynamische kombinatorische Bibliothek (dynamic combinatorial library, DCL). Im Rahmen von ANION_CAGES setzte man peptidische oder pseudopeptidische Bausteine ein und man erzeugte durch Bildung dynamischer kovalenter Bindungen, d. h. Disulfidbildung und Disulfidmetathese, molekulare Bibliotheken. ANION_CAGES erstellte eine große Familie von Bausteinen mit unterschiedlichen Funktionen und einer variierenden Anzahl von Thiolgruppen. Eine Reihe von Reaktionsbedingungen einschließlich pH-Wert und Lösungsmittel ergaben reproduzierbare dynamische kombinatorische Bibliotheken. Die Forscher haben eine solide Informationsplattform für die zukünftige Arbeit an Anionenrezeptoren in einer wässrigen Umgebung aufgebaut. Die Kombination von Bausteinen mit unterschiedlichen Valenzen sollte auf eine zunehmende Komplexität der Mischung in Hinsicht auf Struktur und Topologie hinauslaufen. Eine Untersuchung der exklusiven Herstellung eines Produkts über Selbsterkenntnisereignisse ergab wertvolle Resultate. Den Wissenschaftlern gelang es, diese Wechselwirkungen zu identifizieren. Ergebnis war der Nachweis eines Aminosäure-Zwitterions in Wasser. Und nicht nur das – sie charakterisierten gleichermaßen die Wirkung von strukturellen und ökologischen Variationen auf das Ergebnis der Bibliotheken. Die Resultate aus ANION_CAGES sind als Forschungsarbeiten in Publikationen wie Royal Soc Chemistry Publishing und anderen veröffentlicht worden. Eine umfassende Publikation mit dem Titel „Adaptive Correction from Virtually Complex Dynamic Libraries: The Role of Noncovalent Interactions in Structural Selection and Folding“ (Adaptive Korrektur virtuell komplexer dynamischer Bibliotheken: Die Rolle nichtkovalenter Wechselwirkungen bei Strukturauswahl und -faltung) ist in Chemistry a European Journal zu finden. In Zukunft können die Studienergebnisse zur Vorbereitung von selektiven Sensoren verwendet werden, die im Wasser dem Nachweis von Aminosäuren und der Untersuchung von deren In-vivo-Funktion dienen. Vorläufige Ergebnisse bestätigten die Realisierbarkeit dieses Ansatzes. Die Forschungsresultate von ANION_CAGES können bei der Synthese biologisch relevanter Moleküle in vielen Bereichen von Biologie, Medizin und Umwelt Anwendung finden.
Schlüsselbegriffe
negative Ladung, Anion, ANION_CAGES, DCC, DCL
