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Proteinverklumpung kann durch Ionen gesteuert werden

Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, unter welchen Umständen geladene Biomoleküle in Wasser verklumpen können. Entscheidend ist dabei die Größe der Ionen, die in der Umgebung der Moleküle herumschwimmen. Wenn diese klein genug sind, können sie die Ladungen geladener Moleküle abschirmen, so dass diese zu einem Klumpen zusammenfallen. Darüber berichten die Forscher im Fachblatt Physical Review Letters ( Bd. 91, Nr. 028301).

Gerard Wong und seine Kollegen von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign benutzten für ihre Experimente das negativ geladene Virus M13 sowie kleine Diaminmoleküle. Diese Moleküle bestehen aus jeweils zwei positiv geladenen Stickstoffgruppen, die durch eine Kette aus Kohlenstoffatomen miteinander verbunden sind.

In dem Experiment lagerten sich die Diaminmoleküle aufgrund ihrer positiven Ladungen mit jeweils einem Ende an verschiedenen Stellen des negativ geladenen Virus‘ an. Dessen negative Ladung wurde daher an den Kontaktstellen ausgeglichen. Doch damit nicht genug ? das freie Ende eines jeden Diamin-Moleküls konnte nun ein anderes Virus aus der Nachbarschaft anziehen. Auf diese Weise bildete sich binnen kurzer Zeit ein kompakter Klumpen aus Viren aus.

Wong hat herausgefunden, dass dies nur dann funktioniert, wenn die Kohlenstoffkette der Diaminmoleküle sehr kurz ist. Wenn die Moleküle länger als 0,29 Nanometer waren, bildeten sich keine Virenklumpen mehr aus, da die an den positiv geladenen Enden des Diamin hängenden Viren nun zu weit voneinander entfernt waren.

Der Clou dieser Untersuchung besteht darin, dass sich die kritischen Längen der Verbindungsmoleküle ? in diesem Fall Diamin ? aus der Struktur der Viren berechnen lassen. Da dies auch für andere Biomoleküle wie etwa DNA oder Proteine zutrifft, könnte die Zusammenballung dieser Substanzen in Zukunft mittels maßgeschneiderter Moleküle oder Ionen kontrolliert werden.

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Die Ergebnisse der Studie sind daher nicht nur für Polymerforscher, sondern auch für Mediziner von Interesse. Zahlreiche Krankheiten wie etwa die Cystische Fibrose (Mukoviszidose) werden durch verklumpte Proteine ausgelöst. Wong hofft, dass diese und ähliche Leiden zukünftig mittels Ionentherapien behandelt werden können.

Stefan Maier
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