Aspekte organischer Chemie

Indolessigsäure (links) ist …

  • ein Aromat,
  • eine Carbonsäure,
  • ein Phytohormon,
  • in saurem Milieu schlecht in Wasser und gut in Ethanol löslich …. .

Mittels Gaschromatographie kann sie gut als Trimethylsilylderivat nachgewiesen werden.

Beispiel Steinalt? Nicht ausreichend biologisch? Verwendet in 2006 (Analyse biologisch aktiver, oxidierter Lipide in Pflanzen und Menschen)

Die „Oberflächenplasmonresonanzspektroskopie“ ist ein modernes Verfahren zur Untersuchung der Interaktion zwischen Biomolekülen. Die Untersuchung des Bindungsverhaltens von Aptameren, Aptazymen oder Antikörpern zählt ebenso zu ihren Anwendungsgebieten wie die Untersuchung der Affinität von Promotormolekülen auf DNA-Sequenzen. In einem einzigen Schritt, bei dem das Probenmolekül nicht zerstört oder verändert wird, liefert das Verfahren Aussagen zu:

  • Bindungsverhalten,
  • Kinetik,
  • Affinität,
  • Spezifität und
  • Konzentration

von Bindungspartnern von der Größe eines Ions bis zur Größe eines kompletten Virus.

Surface Plasmon Resonance (SPR).jpg
By <a href=“//commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:SariSabban&amp;action=edit&amp;redlink=1″ class=“new“ title=“User:SariSabban (page does not exist)“>SariSabban</a> – <a href=“//commons.wikimedia.org/w/index.php?title=SariSabban&amp;action=edit&amp;redlink=1″ class=“new“ title=“SariSabban (page does not exist)“> Sabban, Sari</a> (2011) <a rel=“nofollow“ class=“external text“ href=“http://etheses.whiterose.ac.uk/2040/2/Sabban,_Sari.pdf“>Development of an in vitro model system for studying the interaction of Equus caballus IgE with its high- affinity FcεRI receptor</a> (PhD thesis), The University of Sheffield, CC BY-SA 3.0, Link

Wie der etwas komplexen, obigen Abbildung zu entnehmen ist, muss das zu untersuchende Molekül zunächst an die Oberfläche des Sensor-Chips gekoppelt werden. Die Oberfläche des Sensor-Chips in der obigen Abbildung trägt Carboxylreste, die für die Kopplung genutzt werden können. Ohne die chemische Reaktion des zu untersuchenden Stoffs oder seines Liganden mit der Oberflächenstruktur entsteht keine für die Untersuchungen erforderliche kovalente Bindung. Auf den Sensor-Chip fallendes, polarisiertes Laserlicht wird vom Chip reflektiert, wenn es in einem bestimmten Winkel auf die Grenzfläche auftrifft. Ein Teil des Lichtes dringt bis in die metallische (oft Gold oder Silber) Beschichtung ein und erzeugt dort in Abhängigkeit von der Dicke/Art der auf dieser Beschichtung gekoppelten Moleküle eine Dämpfung des Lichts.

Weil das Verfahrensprinzip im Bereich der Biosensoren einen so aktuellen und großen Stellenwert besitzt folgen einige Videos zur näheren Erläuterung bevor auf das Thema „Relevanz organisch-chemischer Kompetenz für biologisch Tätige“ zurückverwiesen wird.

Das Prinzip der Oberflächenplasmonresonanz (Beginn der eigentlichen Erklärung ab Minute 1:17)

Das Video wurde aus Youtube.com unter der Adresse: „https://www.youtube.com/watch?v=h6z_1rAaduE“ entnommen.

Die Erläuterung verwendet Begriffe wie „attached“ also gebunden/gekoppelt. Gemeint sind hier sowohl kovalente wie auch nichtkovalente Bindungen von Fängermolekülen / einer der Bindungspartner an die Matrix des Sensor-Chips. Fängermoleküle können Antikörper, DNA-Fragmente, Enzyme und viele andere Reaktanden sein. Der zu untersuchende 2. Bindungspartner bleibt gelöst und unverändert in seinem flüssigen Medium. Die Kopplung des Fängermoleküls an die Matrix des Biosensor-Chips kann als essentieller und kritischer Punkt für die Funktion des Testsystems gelten. Die Sensoroberfläche ist also speziell vorzubereiten. Kopplungsreaktionen verbinden Bestandteile der Sensoroberfläche (z.B. Carboxymethylrest) mit funktionellen Gruppen des Fängermoleküls (z.B. Aminogruppe eine Lysylrests eine Antikörperproteins). Hier fließt die spezielle organisch-chemische Kompetenz ein, die am Hydrophobizität, Länge von Resten, Art und Lage funktioneller Gruppen etc. weiß. Das folgende Video beschreibt Kopplungsreaktionen an die Sensoroberfläche.

Das Video wurde aus Youtube.com unter der Adresse „https://www.youtube.com/watch?v=Sz2eT6DQKTI“ entnommen.

Oberflächenplasmonresonanz als Prinzip eines optischen Messverfahrens erklärt das folgende Video.

Das Video wurde aus Youtube.com unter der Adresse „https://www.youtube.com/watch?v=sM-VI3alvAI“ entnommen.

Alle Rechte an Inhalten, Form und Darstellung der obigen Videos liegen bei den Institutionen in deren Auftrag sie erstellt und für den Gebrauch bei Youtube.com freigegeben wurden.

Die TG bezieht keinerlei Mittel von Cytiva und es ist nicht im Sinne von Werbung gemeint, wenn hier auf die Webseite mit Ressourcen (Texten, Apps, Tutorials und mehr) zum Thema SPR von Cytiva verwiesen wird. Anschaulich lassen sich hier mit der Simul8-SPR-App die Charakteristik und Kinetik von Bindung und Freisetzung an einen Sensor-Chip simulieren. Hier als Wiederholungsversuch mit unterschiedlichen Konzentrationen.

Zahlreiche Bespiele des Laboraltags belegen Vorteile, die aus organisch-chemischer Kompetenz folgen. Der Aufgaben- und Verantwortungsbereich im Labor gibt dabei das geforderte Kompetenzniveau vor. Die folgenden Aufgaben(blätter) entstammen aus einer Sammlung für Studierende der Biologie im dritten Semester. Laborassistenz wird allgemein keine neuartigen Verfahren planen. Inhalte und Niveau von Aufgaben werden sich hier unterscheiden. Das Trocknen von Lösungsmitteln, die praktische Umsetzung von Verfahren wiederum obliegt im Routinelabor weniger den studierten Kräften, denen oftmals der Sinn für wesentliche Details (wie Volumenkontraktion durch Mischung, richtiges Pipettieren und Mischen etc. abgeht). Technik-Garage und Makertum stehen nicht für Unterscheidungen dieser Art, weshalb hier darauf verzichtet wird.

Für die kommenden Wochen ist die Ergänzung von Aufgaben, Versuchen, Lösungen, Grundlagentechniken geplant.

Verfasst am: 27.07.2022