Quantenspineffekte als Grundlage bioenergetischer Prozesse

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Die einheitliche Händigkeit biologischer Moleküle, genannt Homochiralität, ist eine grundlegende Eigenschaft des Lebens auf der Erde. So treten Aminosäuren typischerweise in links- (L-) und Zucker in rechtshändiger (R-) Form auf. Für das Aufrechterhalten einer solchen Asymmetrie muss die Entropie erniedrigt werden, wofür Energie benötigt wird. Daraus ergibt sich eine zentrale Frage: gewinnen die biologischen Systeme durch die Homochiralität einen Vorteil, der diesen Energieeinsatz rechtfertigt ?In diesem Projekt soll einer möglichen funktionellen Verknüpfung zwischen Homochiralität und dem biologischen Elektronentransport nachgegangen werden. Elektronentransferprozesse sind wichtig für chemische Reaktionen in Zellen. Nun sind viele Biomoleküle chiral und auch helikal. Daher liegt die Frage nahe, ob ihre Händigkeit die Effizienz des Elektronentransports beeinflusst.Kürzlich wurde entdeckt, dass der Elektronentransport durch chirale Moleküle mit dem Spin des Elektrons verknüpft ist, ein Phänomen, das chiralitäts-induzierte Spinselektivität (CISS) getauft wurde. Es wurde auch für Nukleinsäuren und Peptide beobachtet, was nahelegt, dass die Quanteneigenschaft „Spin“ bei der Bewegung von Elektronen in Biosystemen eine Rolle spielt.Wir werden untersuchen, wie CISS den Elektronentransport beeinflusst. Wir wollen verstehen, welche Auswirkungen Spineigenschaften auf katalytische Prozesse von Enzymen haben, und ob es die Effizienz von Hydrogenasen und der Photosynthese erhöht.