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Wasser – mehr als ein Lösungsmittel
Vom Lösungsmittel zur Biosynthese
Was Wasser alles (sein) kann
Selbst auf 100 Grad
erhitztes Wasser erstarrt in Chemielaboren der RUB bei hohem Druck zu Eis.
Experimentell und mithilfe von Computersimulation erforschen Prof. Dr. Hermann
Weingärtner und Prof. Dr. Dominik Marx das Wasser. Wer glaubt, da gäbe es nichts
mehr zu entdecken, irrt: zum Beispiel "Eis-Zehn" - neben dem uns bekannten Eis
im Kühlschrank oder auf der Rodelbahn eine von neun weiteren Eis-Formen. Zudem
fanden die Chemiker heraus, dass Wasser Proteine aktiviert und damit direkt in
die Biosynthese eingreift. Über ihre Forschungsergebnisse berichten sie in
ChemieRUBIN.
War draußen auch die weiße Pracht von
kurzer Dauer, so sind fehlende Minusgrade im Chemielabor kein Hindernis: Selbst
auf 100 Grad erhitztes Wasser erstarrt dort bei hohem Druck zu Eis.
Experimentell und mithilfe von Computersimulation erforschen Prof. Dr. Hermann
Weingärtner (Physikalische Chemie) und Prof. Dr. Dominik Marx (Theoretische
Chemie) das Wasser. Wer glaubt, da gäbe es nichts mehr zu entdecken, irrt: zum
Beispiel "Eis-Zehn" - neben dem uns bekannten Eis im Kühlschrank oder auf der
Rodelbahn eine von neun weiteren Eis-Formen. Zudem fanden die Chemiker heraus,
dass Wasser Proteine aktiviert und damit direkt in die Biosynthese eingreift.
Faszinierendes Lösungsmittel
Je nach Druck und Temperatur kann
Wasser fest, flüssig oder gasförmig sein und ist über einer kritischen
Temperatur keinem Aggregatzustand mehr zuzuordnen. Dieses sog. überkritische
Wasser besitzt faszinierende Lösungsmitteleigenschaften, die sich z.B. für
neuartige Verfahren zur Vernichtung hochtoxischer Chemikalien nutzen lassen.
Experimentieren: Hohe Drücke ohne
viel Kraft
Bei genügend hohen Drücken gehen
selbst heißes Wasser oder Wasserdampf in den festen Zustand über - sie werden
zu Eis. Die Forscher experimentieren in der Diamantstempelzelle: Ohne viel
Kraft nur mit einer Schraubzwinge pressen sie zwei Diamanten aufeinander und
erreichen in dem winzigen Volumen dazwischen (1 Mikroliter) extrem hohe
Drücke, z. B. 100 Kilobar. Dabei entsteht die Eis-Modifikation "Eis-VII".
Simulieren: Ab initio - zurück zum
Anfang
Simulationen sind schon lange gang
und gäbe, doch erst auf Basis der Quantenmechanik wurden Simulationen von
Kernen und Elektronen möglich, bei denen Wechselwirkungen wirklich
ausgerechnet und nicht mehr nur durch einfache Wechselwirkungsmodelle
näherungsweise bestimmt werden können. Auf diese Weise nehmen die Forscher
erstmals die Eis-Modifikation "Eis-Zehn" unter die Lupe: Vor ihren Augen auf
dem Monitor zerfallen die H2O-Moleküle während der Simulation in ihre
Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff.
Dynamisches Wasser - aktive
Proteine
Um Makromoleküle oder Membranen im
Zellplasma liegt Wasser nur in wenigen Moleküllagen vor. Sind seine
Eigenschaften in diesen winzigen Geometrien überhaupt mit denen des reinen,
flüssigen Wassers vergleichbar? Erste Ergebnisse sprechen dafür, dass sich das
dynamische Verhalten der an Proteine gebundenen Wassermoleküle bei der
Proteinfaltung abrupt ändert. Wasser scheint damit von essenzieller Bedeutung
für die Biosynthese zu sein.
Erläuterungen:
Quellen:
Informationsdienst
Wissenschaft
Ruhruniversität Bochum
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Hermann Weingärtner
(Physikalische Chemie), Tel.: 0234/32-25535, E-Mail: Hermann.Weingaertner@ruhr-uni-bochum.de
Prof. Dr. Dominik Marx (Theoretische Chemie), Tel.: 0234/32-28083, E-Mail:
dominik.marx@theochem.ruhr-uni-bochum.de
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