KFS

sni-portal

ESRF

ANKA

FELBE

Forschungszentrum Jülich

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Leben

Die Untersuchung von großen Molekülen und Molekülkomplexen wie Proteinen, Nukleinsäuren und Viren ist grundlegend wichtig zur Entschlüsselung von komplexen Lebensprozessen. Röntgen-Kristallographie mit Synchrotronstrahlung ist eine außerordentlich leistungsfähige Technik, um die räumliche Anordnung der Atome in Proteinen sichtbar zu machen. Dabei wird die Dichteverteilung der Elektronen abgebildet, anders als bei der Neutronenstreuung, die sich ebenfalls zur Strukturuntersuchung eignet, jedoch die Dichteverteilung der Atomkerne sichtbar macht. Die Kenntnis der Struktur ist der Schlüssel zum Verständnis der Funktion der Moleküle. Strukturelle Informationen können zum Beispiel erklären, wie bestimmte Virusproteine den Viren helfen, in Zellen einzudringen um sich dort zu vermehren. Dieses Wissen kann anschließend zur Verbesserung von bereits existierenden oder zur Entwicklung von neuartigen antiviralen Medikamenten führen.

Mit Hilfe eines Röntgenlasers (FEL) werden Forscher die Struktur von weit mehr Biomolekülen entschlüsseln können, als es derzeit möglich ist. Denn die Blitze sind so intensiv, dass einzelne Moleküle abgelichtet werden können und keine Kristalle für die sonst üblichen Gruppenaufnahmen gezüchtet werden müssen. Zudem ist die Blitzdauer kurz genug (nicht länger als 100 billiardstel Sekunden), um das Bild aufzunehmen, bevor die Probe von der intensiven Röntgenstrahlung zerstört wird.

Mit heutigen Techniken lassen sich große Molekülkomplexe nur sehr schwer untersuchen. Der Röntgenlaser bietet neue Möglichkeiten, größere biologische Strukturen wie einzelne Viruspartikel im atomaren Detail abzubilden. Zudem lassen sich mit den ultrakurzen Röntgenlaserblitzen Bewegungen von Molekülen zeitaufgelöst verfolgen. So bekommt man Einblicke beispielsweise in den molekularen Ablauf von Infektionen.

Die in der Medizin üblichen abbildenden Verfahren mit Röntgenstrahlung lassen sich mit Synchrotronstrahlung weiterentwickeln und verbessern. Bei geringerer Stahlenbelastung lassen sich viel präzisere Untersuchungen von Organen wie dem Herz, den Lungen oder dem Gehirn durchführen als mit konventionellen Methoden. So werden auch qantitative Studien ermöglicht. Im Bereich der Krebstumortherapie laufen ebenfalls vielversprechende Entwicklungen.

Quellen: Broschüre "Europäische Forschung in Grenoble" / Broschüre "A Light for Industry" (ESRF) / XFEL

Mehr zum Thema:

KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2009):
Lebenswissenschaften


KFS-Broschüre "Forschung mit Synchrotronstrahlung in Deutschland" (2001):
Lebenswissenschaften




















> Was ist Forschung mit
   Synchrotronstrahlung?
Forschung mit Synchrotronstrahlung
Geschichte
Synchtrotronstrahlung
> Forschungsfelder
Materialien
Leben
Weiche Materie
Magnetismus
Oberflächen und Grenzflächen
Dynamik
Freie Atome, Moleküle und Cluster
> Anwendungsbeispiele
Physik
Chemie
Kristallographie
Materialwissenschaften
Biologie
Medizin
Geowissenschaften
Archäologie
Kunstgeschichte