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Jahresfeier

Sauerstoff in der Lunge aufzunehmen und an seinen Bestimmungsort in den Zellen zu
transportieren. Für diese Funktion ist ein einzelnes, in die große Proteinhülle jedes
Hämoglobinmoleküls eingebettetes Eisenatom essentiell, denn genau an dieses Eisen-
atom wird der zu transportierende Sauerstoff reversibel angebunden. Auch etwa die
Hälfte aller bekannten Enzyme sind metallhaltige Proteine. Enzyme stellen die Kata-
lysatoren der Natur dar: sie wirken als biochemische Werkzeuge, mit denen Bindun-
gen zwischen Atomen geknüpft oder getrennt werden, mit denen also andere
Moleküle auf- oder abgebaut werden. Metalloenzyme enthalten in ihrem sog. aktiven
Zentrum - dem eigentlichen Ort des katalytischen Geschehens - ein oder sogar meh-
rere Metallatome, die durch die umgebende Proteinhülle derart in Position gebracht
werden, daß sie in einzigartig effizienter und selektiver Weise chemische Reaktionen
von Substratmolekülen vermitteln. Von derartiger Effizienz und Selektivität sind syn-
thetische Katalysatoren, die in der chemischen Technik eingesetzt werden, in den mei-
sten Fällen noch weit entfernt. Gelingt es nun, die Wirkungsweise der natürlichen
Metalloenzyme im Detail aufzuklären, dann - so die Hoffnung der Chemiker - könn-
te dieses Wissen genutzt werden, um im Labor völlig neue Katalysatoren für techni-
sche Reaktionen zu entwickeln.
Ein Ansatz, den die Chemiker auf dem Weg zu diesem Ziel verfolgen, ist die
Synthese und Untersuchung von einfachen Modellverbindungen für die komplexen
Enzymsysteme. Hierbei wird versucht, wesentliche strukturelle Merkmale der aktiven
Enzymzentren in vergleichsweise kleinen, synthetischen Molekülen im Labor nachzu-
bauen. Diese Modellverbindungen sollen nicht nur Einblicke in die Funktions-
prinzipien der natürlichen Vorbilder liefern, sondern im besten Fall auch deren beson-
dere Reaktivität imitieren. Besonders knifflig ist dieses Unterfangen allerdings, wenn die
Metalloenzym-Vorbilder mehrere, nah benachbarte Metallatome enthalten, die bei der
Katalyse kooperativ wirksam sind. In diesem Fall müssen im Labor Gerüstmoleküle
synthetisiert werden, die in Analogie zur Proteinhülle des Enzyms in der Lage sind,
mehrere Metallatome in vorbestimmter räumlicher Anordnung zu binden.
In unseren Modellstudien haben wir uns auf einige Vertreter jener Metalloenzyme
konzentriert, die genau zwei benachbarte Metallatome für ihre biologische Funktion
nutzen. Hierzu wurde ein Sortiment von Gerüstmolekülen entwickelt, die über eine
zentrale Pyrazolat-Brückeneinheit verfügen und zwei separate Bindungstaschen für die
Aufnahme von Metallatomen aufweisen. Über die Variation der Gerüststruktur lassen
sich dann die molekularen Eigenschaften der bimetallischen Anordnung - z.B. der
Metall-Metall-Abstand - gezielt einstellen, so daß kleine Substratmoleküle von den ge-
eignet positionierten Metallatomen gemeinsam in die Zange genommen werden können.


Nach dem Vorbild der Natur: zwei Metallatome M werden so angeordnet,
daß sie kleine Substratmoleküle gemeinsam in die Zange nehmen können.