Diese Rolle spielen Lösungsmittel bei extremem Druck

Diese Rolle spielen Lösungsmittel bei extremem Druck

30.06.2016
© Gemeinfrei
Einige Lebewesen lieben extreme Umweltbedingungen wie hohen Druck oder auch erhöhte Temperaturen, die beispielsweise in der Nähe von Hydrothermalquellen in der Tiefsee herrschen.

Manche Lebewesen gedeihen unter außergewöhnlichen Bedingungen, etwa in der Tiefsee. Aber wie halten sie den enormen Druck eigentlich aus?

Angepasst an die Tiefsee

Wie sich die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und Biomolekülen bei hohem Druck verändern, haben Forscher der RUB und der Technischen Universität Dortmund untersucht. Mit Infrarotspektroskopie und Computersimulationen analysierten sie das Verhalten des kleinen Moleküls TMAO – kurz für Trimethylaminoxid – in einem Druckbereich von einem Bar bis zehn Kilobar. Solche Ergebnisse könnten helfen zu verstehen, wie Organismen auf molekularer Ebene an das Leben in der Tiefsee angepasst sind.

Extreme Lebensbedingungen

Nicht nur Mikroorganismen, sondern auch größere Tiere wie Fische, gedeihen bei extremen Drücken in der Tiefsee. Wie sie das auf molekularer Ebene meistern, ist bislang wenig verstanden. Bekannt ist, dass diese Lebewesen bei hohem Druck kleine Moleküle in den Zellen ansammeln, welche Proteinstrukturen stabilisieren. Ein solches Molekül ist TMAO.

Mehr Wasserstoffbrücken

Sowohl in Experimenten als auch in Simulationen fand das Forscherteam Veränderungen in den Spektren von TMAO bei ansteigendem Druck. Sie rekonstruierten auch die Ursache dafür.  Bei niedrigem Druck geht das stark negativ polarisierte Sauerstoffatom des TMAO-Moleküls in fast allen Fällen drei Wasserstoffbrücken mit umgebenden Wassermolekülen ein. Bei hohem Druck bildet rund die Hälfte aller TMAO-Moleküle aber vier Wasserstoffbrücken aus.

Ob dieser Effekt tatsächlich erklären kann, wie Biomoleküle in Wasser zusammen mit TMAO extrem hohen Drücken standhalten können, wollen die Forscher in weiteren Studien untersuchen.

Die aktuellen Ergebnisse berichtet ein Team um den Bochumer Forscher Prof. Dr. Dominik Marx und die Dortmunder Forscher Prof. Dr. Roland Winter und Prof. Dr. Stefan M. Kast in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“. Sie kooperieren im Rahmen der Universitätsallianz Ruhr und des Exzellenzclusters Resolv.

Redaktion: Julia Weiler