Die chemischen Abläufe im menschlichen Körper auf der Ebene der Moleküle beschäftigen Prof. Dr. Gerald Henkel vom Lehrstuhl für Anorganische und Bioanorganische Chemie der Universität Paderborn schon seit vielen Jahren. Und vor allem die Frage, wie man diese Prozesse in Echtzeit sichtbar machen kann.
Mit der Bewilligung des Projekts „Röntgenabsorptionsspektroskopie an Metalloproteinen, Modellkomplexen und biologischem Gewebe“ durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ist Gerald Henkel nun einen entscheidenden Schritt weitergekommen. Denn mit der Förderung in Höhe von rund einer Million Euro kann er am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg einen Höchstleistungs-Detektor implementieren, um damit in neue Bereiche biologischer Stoffwechselprozesse vorzudringen.
Beraten wird Prof. Henkel dabei von Dr. Wolfram Meyer-Klaucke, der als Leitender Wissenschaftler am European Molecular Biology Laboratory (EMBL, Außenstelle Hamburg) tätig ist. Beide können auf eine langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Röntgenabsorptionsspektroskopie mit Synchrotron-Strahlung zurückblicken. Die dazu notwendige so genannte Undulatorstrahlführung wird mit einem finanziellen Aufwand von ca. fünf Millionen Euro von DESY gebaut. Mit PETRA III stellt DESY die zurzeit weltbeste Photonenquelle für hartes bis mittelhartes Röntgenlicht zur Verfügung.
Ausgewählt wurde das Paderborner Forschungsprojekt nach einem mehrstufigen Auswahlverfahren, aus dem am Ende vier Anträge erfolgreich hervorgingen. Als besonders hilfreich erwies sich dabei die Unterstützung durch zahlreiche internationale Forschergruppen, die sich von dem Paderborner Projekt wichtige Impulse für ihre eigenen Forschungsprojekte erhoffen und in Zukunft auch zu den Nutzern der Anlage gehören werden.
Konkret bildet das zunächst auf drei Jahre angelegte Projekt die methodische Grundlage, um das Metall in Metallo-Biomolekülen als Sonde zur Charakterisierung seiner Umgebung zu verwenden. Diese Metallo-Biomoleküle sind Proteine (Eiweißstoffe) und Enzyme, deren biologische Rolle von Eisen, Kupfer, Zink oder anderen Metallen kontrolliert wird. Ein solches Metallo-Biomolekül ist auch das – eisenhaltige – Hämoglobin, das im Blut den Sauerstoff der Atemluft zu den Muskelzellen transportiert, um ihn dort in die Atmungskette einzuspeisen.
Zu den geplanten Untersuchungsobjekten gehören neben verschiedenen Komponenten der Atmungskette auch die Reaktionszentren des Photosynthese-Apparates. Hier insbesondere die lichtgetriebene Spaltung von Wasser, die zur Produktion von Wasserstoff verwendet werden kann, sowie der Abbau von Alkohol im menschlichen Körper.
Neue Erkenntnisse erhoffen sich die Wissenschaftler um Prof. Henkel und Dr. Meyer-Klaucke auch über das Entstehen von Krebszellen. Langfristig könnten so neue Therapieverfahren bei der Tumorbehandlung entstehen. Anwendung finden sollen die Forschungsergebnisse auch in technischen Prozessen, beispielsweise bei der energiesparenden Gewinnung von Ammoniak aus dem Stickstoff der Luft, wie sie in der Natur durch so genannte Knöllchenbakterien an den Wurzeln von Erbsen und Bohnen geschieht.
