Chirale Aminosäuren

Chromosomensäure

Da Glycin nicht chiral ist, kann keine absolute Konfiguration bestimmt werden. Wenn der Aminosäurerest weitere chirale Kohlenstoffatome enthält, wird die. In diesem Video geht es um Chiralität am Beispiel von Aminosäuren. Die Chiralität ist in den Naturwissenschaften von zentraler Bedeutung. Breiterer Titel: Enzymatische Kristallisation von chiralen Aminosäuren.

Phaseverhalten von Aminosäuren | Max-Planck-Gesellschaft

Längst faszinierte die Chemie und die Fragestellung, wie die Wissenschaft nur eine der beiden Spiegelformen der chiralen Molekülen nutzen konnte. Versuche haben gezeigt, dass durch das Phasenverhalten von chiralen Aminosäuren in getränkten Flüssigkeiten kleine Mengenunterschiede in beiden Varianten so lange vergrößert werden können, bis fast nur noch eine davon vorhanden ist.

Die Entstehung des Erdenlebens ist eines der grössten und spannendsten Geheimnisse der Menschen. Zudem hören wir ein Nachhall aus der Vorgeschichte, wie die heutige Welt ist; so lassen beispielsweise die gängigen Konstruktions- und Wirkprinzipien der heutigen Lebewesen auf die Natur der "Keimzelle" des Lebewesens schließen.

Das Chirale ist eine Besonderheit von Gegenständen, die nicht mit ihrem spiegelbildlichen Bildidentität sind. Das betrifft zum Beispiel unsere Hand, die sich - wie Spiegel verhält, aber nicht kongruent, also chilenisch ist. Das Gleiche gelte auch für viele andere Molekülen wie Aminosäuren und Glukose, also für Grundbausteine für biologische Wirkstoffe wie Enzyme oder DNA.

Wird eine chirale Chemikalie im Prüflabor unter normalen Umständen produziert, so wird sie immer razemisch, d.h. als eine Mischung aus genau gleichen Anteilen beider Spiegelbildformen (Enantiomere), gewonnen. Nahezu alle Aminosäuren kommen in der freien Natur jedoch nur in einer Form vor, der L-Form, und in der D-Form; von " Biologische Homo-Charakteristik " wird dementsprechend gesprochen.

Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Wechselwirkung mit Chiralmolekülen, d.h. auf eine große Anzahl von Prozessen, aber auch auf die Auswirkung vieler künstlicher Substanzen auf den Organismus, z.B. die Verwendung von Chiralwirkstoffen. Unklar bleibt jedoch, wie es dazu kam und warum die L- und die L- und die D-Form der Zucker gewählt wurden, obwohl die andere Variante im Prinzip ebenso wahrscheinlich ist.

Darüber hinaus wurden Aminosäuren mit erheblichen Enantiomerüberschüssen in Meteoritern gefunden[3]. Solche Vorgänge sind bekannt[2], aber viele konnten unter den vermeintlichen Bedingungen der Frühzeit der Erdkugel nicht stattfinden. Durch die Kristallisation einer chiralen Masse, die einen Überschuss an Enantiomeren aufweist, können zwei verschiedene Quarze gewonnen werden, die sich in Gestalt und Beschaffenheit voneinander abheben.

Wird diese Kristallmischung nun zu einer gesättigten Wasserlösung im Gleichgewichtszustand zugegeben, die noch überzählige Quarze als Sediment aufweist, entsteht eine Feststoffzusammensetzung der Flüssigkeit. Der Enantiomerenanteil in Lösungen kann größer oder kleiner sein als der Gesamtwert, im Sediment wird er umgedreht.

Bemerkenswert ist die Aminosäureserine: Die wäßrige Flüssigkeit geht von einem so hohen Enantiomeranteil aus, daß sie kaum vom Reinzustand des jeweiligen Enantiomeren zu trennen ist[5]. Die Enantiomeren anderer Aminosäuren können ebenfalls in ähnlichem Maße in Lösungen anreichert werden, der exakte Anreicherungsgrad hängt letztendlich von den jeweiligen Kristalleigenschaften der beiden Formen ab[6].

Gerade hier haben weitere Versuche begonnen und bewiesen, dass eine zielgerichtete Veränderungen der Kristallform eigentlich eine veränderte Enantiomerenzahl in Lösungen mit sich bringen. Somit hat die gelöste Fettsäure valine ein ziemlich mittleres Mischungsverhältnis von etwa drei zu eins. Bei Zugabe von Fluorwasserstoffsäure bilden sich jedoch zusammen mit der Valine Co-Kristalle.

Valine hat jetzt ein Mischungsverhältnis von etwa 99,5: 0,5 in wässriger Form, beinahe so hoch wie Serin[7] (Abb. 2). Anhand dieser Anwendungsbeispiele wird gezeigt, wie ein kleiner Überschuß eines Enantiomeren in Lösungen anreichern kann. Moleküle können jedoch in Lösungen leicht untereinander interagieren und neue Substanzen bilden. Die Aminosäuren sind heute nicht nur Lebensbausteine, sondern haben in jüngster Zeit auch zunehmend ihre Fähigkeit als asymmetrischer Katalysator in der Synthesechemie bewiesen, d.h. als Moleküle, die den Verlauf einer Chemikalie zu einem reinen enantiomeren Produkt mitbestimmen. Sie können auch die Herstellung einer anderen Kategorie von Biobausteinen, der Kohlenhydrate (z.B. Zucker), katalysieren[3, 8].

Zusammen mit der Kenntnis des Phasenverlaufs war das Versuch, die mit einem kleinen Enantiomerüberschuss versehene Aminosäure Serin zu verwenden, sie in Lösungen zu stärken und eine chem. Umsetzung zu katalyse.... In der Tat wurde ein Chiralprodukt von etwa 73:27 mit einem ursprünglichen Mischungsverhältnis von 50,5:49,5 gewonnen; so hoch wie mit enantiomerisch reinem Serin katalysatorisch[5].

Die Ergebnisse machen Szenarien, die auf der alten Welt stattgefunden haben, erdenklich. Schwächlich enantiomer angereicherte Aminosäuren aus Meteorit konnten sich durch Niederschlag und Verdampfung in Seen ansammeln und ansammeln, bis sich kristalline Ablagerungen gebildet haben - vergleichbar mit den heute auf der Welt vorkommt. Das oben beschriebene Phaseverhalten könnte zu höheren Enantiomerenverhältnissen in Lösungen führen, die ihrerseits neue Substanzen wie z. B. Kohlehydrate in gleich großen Enantiomeren-Überschüssen durch asymetrische Katalysierung produzieren.

Es ist natürlich alles andere als klar, ob es wirklich auf der früheren Welt passiert ist. Auch ohne Lösemittel kommen im Prinzip die selben Erscheinungen in der Sublimation, d.h. in Festgasphasenübergängen vor, was den Annahmen Vorschub leistet, dass solche Anreicherungsverfahren auch im Weltraumvakuum eine wichtige Funktion hätten spielen können[10].

U: Pandya, A. Armstrong, D. G. Blackmond: Thermodynamische Steuerung der asymmetrischen Amplifikation in der Aminosäurekatalyse. 6. M: Klussmann, A.J.P. White, A.Armstrong, D.G. Blackmond: Rationalisierung und Vorhersage des Enantiomerenüberschusses in ternären Phasensystemen. 7. M: Klussmann, T. Izumi, A. J. P. White, A. Armstrong, D. G. Blackmond: Die Entstehung der Lösungsphase Homochiralität durch Crystal Engineering von Aminosäuren.

D. G. Blackmond, M. Klussmann : Untersuchung der Evolution der biomolekularen Homochiralität. Dr. G. Blackmond, M. Klussmann : Die Qual der Wahl : Bewertung von Phasenverhaltensmodellen für die Evolution der Homochiralität.

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