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Unflexibler als gedacht

Fabio Bergamin

Moleküle aus aneinandergeketteten Zucker-Bausteinen sind für biologische Zellen essenziell. Bis anhin dachten Wissenschaftler, diese Moleküle seien frei beweglich. Ein internationales Forscherteam zeigt nun, dass solche Zucker-Moleküle rigide Formen bilden können, wie sie bisher nur von der DNA und von Proteinen bekannt sind.

Moleküle aus aneinandergeketteten Zucker-Bausteinen, sogenannte Oligosaccharide, gehören zu den wichtigsten Molekülen in Lebewesen. Sie machen einen Grossteil der Oberfläche von Zellen aus und tragen zum Beispiel dazu bei, dass das Immunsystem körpereigene Zellen von Krankheitserregern und anderen fremden Zellen unterscheiden kann. Oligosaccharide auf der Oberfläche von Blutzellen bestimmen ausserdem unsere Blutgruppe. Und auch viele Proteine tragen Oligosaccharid-Anhängsel, die wesentlich sind für die Protein-Funktion.
Bisher dachten Wissenschaftler, dass diese Zucker-Moleküle frei beweglich sind und keine rigiden Formen bilden. Steife dreidimensionale Molekülstrukturen – von Fachleuten Sekundärstrukturen genannt – waren bislang nur von der DNA bekannt, deren Molekül eine Doppelhelix bildet, und von Proteinen, deren Teilbereiche häufig Spiralen oder kleine Flächen mit Wellblechstrukturen formen.
Ein internationales Forscherteam hat nun jedoch auch bei den Oligosacchariden solche Sekundärstrukturen gefunden. «Wir konnten zeigen, dass die Struktur von bestimmten Oligosacchariden, die den Grundbaustein Fucose enthalten, eine charakteristische Versteifung enthalten», erklärt der Leiter des Forschungsteams, Mario Schubert. Der Wissenschaftler forschte lange an der ETH Zürich und ist nun an der Universität Salzburg tätig.

Stabile Anordnung

Das neuentdeckte Sekundärstrukturelement bestimmt, wie drei im Oligosaccharid zusammenhängende Zucker-Bausteine räumlich zueinander stehen: Der erste Baustein – die Zuckerart Fucose – und der dritte Baustein liegen parallel geschichtet zueinander, während der mittlere Baustein rechtwinklig zu den beiden anderen steht. Stabilisiert wird diese Struktur durch eine chemische Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem ersten und dem dritten Zucker-Baustein.
Diese sich über drei Bausteine erstreckende Struktur ist ein vergleichsweise kleinräumiges molekulares Muster. Zum Vergleich: Spiral-Sekundärstrukturen bei Proteinen können sich über mehrere Dutzend Protein-Bausteine erstrecken.

Dogma widerlegt

Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Oligosaccharid-Bausteinen nur sehr schwach wirken und daher dort vernachlässigt werden können. Es herrschte die Lehrmeinung vor, dass bei Oligosacchariden keine Sekundärstrukturen vorkommen. «In unserer Arbeit zeigen wir nun, dass man bestimmte Wasserstoffbrückenbindungen sehr wohl berücksichtigen muss. Sie können als Zünglein an der Waage wesentlich dazu beitragen, die Zucker-Bausteine in ein rigides Korsett zu zwingen», sagt Schubert.
«Oligosaccharide mit dem neuentdeckten Strukturmuster werden von anderen Molekülen besonders gut nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip erkannt, weil eine starre, unflexible Struktur die molekulare Erkennung vereinfacht», sagt Schubert. Diese Schlüssel-Schloss-Erkennung von Oligosacchariden ist insbesondere bei Molekülen des Immunsystems und bei Stammzellen bedeutend. Die neue Erkenntnis hilft, die Wechselwirkungen solcher Moleküle besser zu verstehen.

Die drei Zucker-Bausteine (unten, gelb: Fucose) bilden eine starre Struktur, die über eine Wasserstoffbrückenbindung (gestrichelt) stabilisiert wird. (Bild: Aeschbacher et al. Chemistry 2017)

 

Bei vielen Zuckermolekülen vorhanden

Strukturbiologen benutzen oft Computerprogramme, um die dreidimensionale Struktur von Molekülen zu bestimmen. «Diese Software muss nun ergänzt werden, damit sie auch das neue
Oligosaccharid-Sekundärstrukturelement berücksichtigt», sagt Schubert.
Die Forschenden der ETH Zürich, der Universität Basel und der Ecole normale supérieure in Paris wiesen das neue Strukturelement im Experiment mittels Kernspinresonanzspektroskopie bei zwei Blutgruppen-Oligosacchariden und vier weiteren Oligosacchariden nach. Die Wissenschaftler
gehen allerdings davon aus, dass das Strukturelement bei sehr vielen weiteren Zelloberflächen- und Protein-Oligosacchariden vorkommt. In einer Proteinstruktur-Datenbank fanden sie bei über 200 Oligosacchariden Hinweise auf solche Muster.

 

Quelle: www.ethz.ch

Aktuell

ZHAW Science Week seit fünf Jahren: spannende Kurse für Jugendliche

Was ist in Chips drin? Haben Roboter Gefühle? Ist Rotkohl rot oder blau? Antworten auf diese und andere Fragen gibt die Science Week vom 6. bis 10. August 2018 an der ZHAW in Wädenswil. Ju- gendliche zwischen 12 und 15 Jahren werden zu Forscherinnen und Forschern und erleben Naturwis- senschaften hautnah. Dabei experimentieren sie selbst und setzen das Gelernte in die Praxis um. Die Science Week wird 2018 bereits zum fünften Mal durchgeführt.

Die ZHAW Science Week schreibt Erfolgsgeschichte. Das bunte Programm rund um Naturwi ssenschaften lockt seit 2013 jährlich rund 200 Jugendliche an. Sie erleben Hochschule hautnah und werden selbst zu For- schenden. Im Durchschnitt besuchen sie zwei bis drei Kurse. Vor zwei Jahren wurde die Science Week um zwei Angebote erweitert. Neu bekommen auch jüngere Geschwister im Alter zwischen 6 und 11 Jahren ei- nen Einblick in die Naturwissenschaften. Und mit dem «Girls-Only-Day» werden Mädchen angesprochen, die sich für die MINT-Disziplinen interessieren, aber in ihrem Kurs unter sich bleiben wollen.

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Evonik wandelt Projekthaus Medical Devices in ein Kompetenzzentrum um

Die Menschen werden nicht nur immer älter, sie wollen auch bis ins hohe Alter gesund und aktiv sein. Entsprechend steigt der Bedarf an Medizinprodukten. Spezialpolymere wie RESOMER® und VESTAKEEP® von Evonik spielen hier als Implantatmaterialien bereits eine wichtige Rolle. Um diesen attraktiven Wachstumsmarkt noch besser bedienen zu können, hat Evonik in den vergangenen vier Jahren mit seinem Projekthaus Medical Devices umfangreiche Kompetenzen im Bereich orthopädische Chirurgie aufgebaut – in den USA, dem größten Einzelmarkt für Medizintechnik. Das zeitlich befristete Projekthaus in Birmingham (Alabama) wird zum 1. April 2018 in ein dauerhaftes Kompetenzzentrum überführt.

„Wo es um patientenfreundliche medizintechnische Lösungen geht, wollen wir Evonik als führenden Materialanbieter und Entwicklungspartner positionieren“, sagt Harald Schwager, stellvertretender Vorstandsvorsitzender von Evonik und zuständig für Innovation. „Das Projekthaus hat uns hier ein großes Stück vorangebracht.“

Über 20 hochqualifizierte Wissenschaftler beschäftigen sich in Birmingham seit 2014 mit der Weiterentwicklung bestehender Materialien und Anwendungstechnologien. Neben etablierten Technologien wie dem Extrusions- und Spritzgussverfahren setzt das Projekthaus moderne Prozesstechnologien wie 3D-Druck und Elektrospinning ein, um Materialeigenschaften zu untersuchen und Prototypen herzustellen.

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Flüssigkeitsanalyse-Spezialist Endress+Hauser Conducta erhält den European Business Award sowie das TOP JOB-Siegel

Endress+Hauser Conducta ist zum fünften Mal in Folge mit dem European Business Award ausgezeichnet worden. Das Kompetenzzentrum der Endress+Hauser Gruppe für Flüssigkeitsanalyse setzte sich 2018 in der Kategorie „Business of the Year“ als „National Winner“ durch. Außerdem erhielt das Unternehmen als einer der besten Arbeitgeber im deutschen Mittelstand auch wieder das TOP JOB-Siegel.

„Begeisterte Mitarbeiter und der Fokus auf kundenorientierte Innovationen bilden die Basis für unseren nachhaltigen Erfolg”, sagt Dr. Manfred Jagiella, Geschäftsführer von Endress+Hauser Conducta und Mitglied des Vorstands der Endress+Hauser Gruppe.

Der European Business Award wird seit 2007 in elf unterschiedlichen Kategorien verliehen. Die Jury, bestehend aus namhaften Vertretern aus Politik und Wirtschaft, bewertet die Innovationskraft, die ethische Ausrichtung, den wirtschaftlichen Erfolg sowie eine nachhaltige Unternehmensausrichtung, die flexibel auf dynamische Marktbedingungen reagiert.

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Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

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7.Juni 2018

 

Sählihof, Riggenbachstrasse 8, Olten

Seminar: Messen, regeln, mischen und generieren von geringen Gasmengen

 

Veranstalter: Contrec AG

Tel 0447463220

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https://www.contrec.ch/seminar-gase-regeln

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3. und 4. Oktober, 2018
Expo Beaulieu Lausanne
für die frabzösischsprachige Schweiz
Platforme pour la chimie, la pharmacie et la biotechnologie

ilmac.ch/lausanne

 

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23.-26. Oktober 2018
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Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

www.ifas-messe.ch