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Chiralität: Handschlag von Molekülen verfolgt

Wie Moleküle ihre Kooperationspartner erkennen, hat ein internationales Wissenschaftlerteam um Forscher vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung beobachtet. Sie verfolgten mit einem Rastertunnelmikroskop, wie sich zwei chirale Diphenylalanin-Moleküle zu einem Dimer zusammenschlossen.

Diphenylalanin auf Kupfer-Unterlage | Rastertunnelmikroskopie-Aufnahme von einzelnen L- und D-Diphenylalanin-Molekülen, die auf einer Kupfer-Oberfläche adsorbiert sind. Wie die Moleküle ihre Konformation ändern, während sie sich aneinander lagern, haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Bildsequenzen angeschaut.
Damit die Dipeptide stabile Paare formen, müssen sich die Moleküle mit passenden Formen erkennen. Wie die Forscher um Magalí Lingenfelder nun herausgefunden haben, verändern sie sich dabei leicht – wie zwei Hände, die sich umeinander schließen. Zudem finden sich nur Moleküle gleicher Chiralität bereitwillig zu Paaren und Ketten zusammen.

Der Begriff der Chiralität leitet sich vom griechischen Wort für Hand ab und beschreibt Moleküle, die wie die linke und rechte Hände in zwei Formen existieren: der rechtshändigen (D-) und der linkshändigen (L-) Form, die sich räumlich nicht zur Deckung bringen lassen. Und nur zwei rechte (oder zwei linke) Hände greifen beim Handschlag passgenau ineinander. Genauso formen auch nur zwei Moleküle derselben chiralen Form eine stabile Struktur.

Diese chirale Erkennung ist für alle Prozesse in unserem Körper von großer Bedeutung. Denn ein wesentlicher Teil der Information, die etwa Eiweiße bei biochemischen Prozessen austauschen, steckt in der Chiralität, also der exakten räumlichen Anordnung der Molekülbausteine: Ein chirales Molekül kann andere Moleküle mit derselben Chiralität entsprechend den möglichen Kombinationen D/D bzw. L/L erkennen, wohingegen die Kombinationen L/D oder D/L ausgeschlossen sind.

Wie beim Händeschütteln reicht es aber nicht, dass die Moleküle in der komplementären Gestalt zweier rechter oder linker Hände vorliegen. Denn auch Hände greifen nur dann vollständig ineinander, wenn sie sich umeinander schließen. Die Wissenschaftler konnten jetzt erstmals nachweisen, dass sich auch die Formen der beiden Dipeptide bei ihrem molekularen Händedruck dynamisch aneinander anpassen. Dabei induzieren die Moleküle wechselseitig eine Änderung ihrer Konformation. Diesen Prozess untersuchten die Forscher nicht nur rastertunnelmikroskopisch, sondern modellierten ihn auch rechnerisch.

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