Virtuelle (Nano) Welten

Die Welt des Biochemikers ist die Welt der Makromoleküle (Makro=gross). Makromoleküle sind gross in den Augen des Chemikers, denn sie können aus vielen tausenden Atomen bestehen, aber sie sind klein in der Sicht des Biologen, der die aus ihnen aufgebauten Zellen und Organismen studiert: sie sind in der Regel nur wenige Nanometer gross (nano=10^-9, milliardstel, hergeleitet vom griechischen Wort ""nanos", der Zwerg). Sie sind in der Regel zu klein, um in einem Lichtmikroskop abgebildet werden zu können. Deshalb ist die hier abgebildete Welt der biologischen Makromoleküle eine virtuelle Welt: Die Abbildungen der Moleküle zeigen nicht, wie diese aussehen, denn diese Moleküle sind deutlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts und lassen sich deshalb nicht direkt für das Auge sichtbar machen.

Nur mit indirekten Methoden, wie der Streuung von Röntgenstrahlen an Kristallen (Röntgenkristallographie) oder der Messung der Energie, die es braucht, um das magnetische Moment der Atomkerne in einem starken Magnetfeld auszurichten (Kernresonanzspektroskopie, NMR) lässt sich die räumliche Struktur dieser Makro-moleküle bestimmen. Mit geeigneten Computerprogrammen kann man sich aus den Koordinaten der Atome im Raum ein Bild machen. Dieses Bild eines Moleküls wird, abhängig vom Verwendungszweck, unterschiedlich aussehen: Wir zeigen die chemische Struktur eines Moleküls, indem wir die Bindungen zwischen den Atomen anzeigen, oder die Form des Moleküls, indem wir die einzelnen Atome als Kugeln darstellen. Biologische Makromoleküle bestehen aus langen Ketten von aneinander gereihten einfachen Bausteinen. Manchmal zeigt ein Bild nur die Faltung dieser Kette, die als langes Band dargestellt wird, ohne die Einzelheiten der Bausteine zu zeigen, oder man stellt regelmässige Faltungselemente der Kette vereinfacht als Zylinder und Pfeile dar.

Anhand einer Auswahl von biologisch wichtigen Molekülen erklären wir Ihnen die vielfältigen Funktionen der biomolekularen Nanomaschinen. Weitere Moleküle haben wir von der Protein Datenbank übernommen. David S. Goodsells PDB Molekül der Monats stellt eine Vielzahl weiterer Biomoleküle vor. In einem Interaktive Kurse erklären wir Schritt für Schritt, wie sie mit den Programmen Jmol die räumliche Struktur der Moleküle bildlich darstellen und eine interaktive Moleküldarstellungen in eine Webseite einfügen können.

Wissenschaft macht auch Spass. In "Wissenschaftliche Spielereien" wird ein DNS-Modell zum Modeschmuck, und Sie lernen, wie wir dreidimensionale Molekülbilder auf unseren Instituts-Visitenkarten kriegen.

Sie finden Wegweiser zu Internet-Seiten, die Molekülkoordinaten und Informationen über die Struktur und Funktion von biologischen Makromolekülen enthalten.