12.09.2014 - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Forscher beobachten Bewegung von Lipidmolekülen

Röntgen-Stroboskop liefert neue Einblicke in die Dynamik von Biomolekülen

Mit einem Röntgen-Stroboskop haben Göttinger Forscher gemeinsam mit Augsburger Kollegen bei DESY die Bewegung von Lipidmolekülen aufgezeichnet. Die Untersuchung liefert neue Einblicke in die Dynamik spezieller Biomoleküle, aus denen unter anderem Zellmembranen aufgebaut sind, wie die Wissenschaftler um Prof. Tim Salditt von der Universität Göttingen im Fachblatt "Physical Review Letters" berichten. Die Eigenschaften von Zellmembranen, die aus einer Doppelschicht von Lipidmolekülen bestehen, sind von großem Interesse, denn sie kontrollieren, welche Substanzen in eine biologische Zelle hinein und wieder hinaus gelangen, und welche Stoffe zwischen verschiedenen Bereichen einer Zelle ausgetauscht werden.

Biomoleküle sind in der Regel sehr beweglich. Unter dem Einfluss von Wärme schwingen, drehen und strecken sie sich. Da sich diese Bewegungen ständig überlagern, lässt sich die Struktur der Membranen experimentell meist nur gemittelt erfassen. "Möchte man die molekularen Strukturänderungen direkt verfolgen, muss die räumliche Auflösung besser als ein millionstel Millimeter und  die zeitliche Auflösung besser als eine milliardstel Sekunde sein, damit die extrem schnellen Bewegungen nicht verwischen", erläutert Salditt.

Beide Bedingungen erfüllt DESYs Forschungslichtquelle PETRA III, die extrem helle und kurze Röntgenblitze produzieren kann. Mit diesen "filmten" die Forscher die Bewegung eines Stapels von Lipidmembranen, an dem sie kontrolliert mit Ultraschall von außen rüttelten. "Für das Experiment musste die Schwingung der Membranen genau mit der Frequenz der Röntgenpulse synchronisiert werden, so dass die Röntgenblitze die Bewegung der Membranen wie ein Stroboskop in verschiedenen Phasen festhielten", erläutert DESY-Forscher Dr. Oliver Seeck, Leiter der Röntgendiffraktions-Messstation P08, an der die Untersuchungen stattfanden. Dazu zeichneten die Wissenschaftler auf, wie das Röntgenlicht an den Membranen zu verschiedenen Zeiten gestreut wurde und bestimmten so deren zeitabhängige Struktur.

Die Forscher beobachteten, dass sich die Membranen durch die Ultraschallwellen nicht nur auf und ab bewegten, sondern es begann auch ihre innere Struktur zu schwingen. "Die aus zwei Lipidmolekülschichten bestehenden Membranen veränderten sowohl ihre Dicke als auch ihre Dichte in periodischer Weise unter dem Einfluss der von außen erzwungenen Bewegung", erläutert Dr. Tobias Reusch von der Universität Göttingen, Erstautor der Studie. "Dazu müssen sich die Ketten der Lipidmoleküle gemeinsam strecken und stauchen, wie die Dichteprofile zeigen, die wir für jeden Zeitpunkt der Schwingung aufgenommen haben."

"Ähnliche Strukturveränderungen könnten sich in Membranen biologischer Zellen aus zeitlichen Kräfteschwankungen ergeben", erläutert Salditt. "Die Visualisierung der molekularen Strukturveränderungen mit unserer stroboskopischen Methode ermöglicht nun neue Erkenntnisse über die dynamischen Eigenschaften dieser sogenannten weichen Materie."

Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

News weiterempfehlen PDF Ansicht / Drucken

Teilen bei

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Georg-August-Univer…
  • Universität Augsburg
  • Deutsches Elektrone…
  • Lipide
  • Biomoleküle
  • Zellen
Mehr über Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
  • News

    Nanomaterialien in 3D-Röntgenperspektive

    Ein Team von DESY und der Universität Hamburg hat aus einer zweidimensionalen Durchleuchtung eines chemischen Reaktors dreidimensionale Schnittbilder von Nanostrukturen erzeugt. Die Wissenschaftler nutzten dazu die Methode der Röntgenptychographie, bei der aus der Überlagerung (Interferenz) ... mehr

    Explodierender Wasserstrahl im Röntgenlicht

    Mit ultrakurzen Röntgenblitzen hat ein interdisziplinäres Forscherteam extrem schnell explodierende Wasserstrahlen abgelichtet. Ziel der Versuche am Europäischen Röntgenlaser European XFEL war, sehr kleinräumige und sehr kurze Prozesse per Röntgenholographie zu untersuchen. „Als Beispiel fü ... mehr

    Neues Supermikroskop für Proteinkristalle

    Ein neuartiges Mikroskop kann selbst kleinste Proteinkristalle aufspüren, die sich auch mit modernen Lichtmikroskopen nicht mehr sichtbar machen lassen. Das innovative Verfahren nutzt verschiedene nichtlineare optische Effekte, um auch noch Nanokristalle abzubilden, die heute vermehrt zur P ... mehr

Mehr über Uni Göttingen
  • News

    Wie Stickstoff per Katalysator übertragen wird

    Metallkatalysatoren können Stickstoff auf organische Moleküle übertragen. Bei solchen Reaktionen treten kurzlebige Verbindungen auf, deren Funktion für die Produktbildung durch die chemische Bindung von Metall und Stickstoff maßgeblich bestimmt wird. Die Struktur und chemische Bindung eines ... mehr

    Neue Einsichten in Lungengewebe bei Covid-19-Erkrankungen

    Röntgenphysiker der Universität Göttingen haben zusammen mit Pathologen und Lungenspezialisten der Medizinischen Hochschule Hannover ein neues Bildgebungsverfahren entwickelt, mit dem geschädigtes Lungengewebe nach Erkrankung an Covid-19 hochaufgelöst und dreidimensional dargestellt werden ... mehr

    „Flüstergalerie“-Effekt steuert Elektronenstrahlen mit Licht

    Wird in einer der Galerien der St. Paul‘s Cathedral in London leise gesprochen, können dennoch viele andere Besucher mithören: Der Schall wird kreisförmig um den Dom weitergetragen und ist entlang der Mauern überall gleich gut zu hören. Dieses besondere Phänomen wird als „Flüstergalerie“-Ef ... mehr

Mehr über Uni Augsburg