Supramolekülare Chemie
Klettverschluss für Krankheitskeime

Ein Vortrag in New York hat Carsten Schmucks Leben verändert. Ein US-Forscher erklärte eines der großen Rätsel der Medizin: die Frage, warum viele Bakterien gegen das Antibiotikum Vancomycin resistent werden.

DÜSSELDORF. Seit Mitte der neunziger Jahre beginnen die Mikroben, diese Waffe der Medizin zu entschärfen. Entscheidend dafür, so erklärt der Vortragende, ist eine winzige chemische Veränderung in der Bakterienzellwand. Sie bewirkt, dass das Antibiotikum die Mikrobe nicht mehr greifen kann und so unwirksam wird. "Das faszinierte mich", sagt Schmuck, heute Chemie-Professor an der Universität Würzburg. "Eine chemisch einfache Veränderung hat eine drastische biologische Folge. Und das nur, weil sich Wirkstoff und Bakterie nicht mehr erkennen, also nicht mehr aneinander andocken können."

Der Vortrag hinterlässt Spuren in Schmucks Leben. Seither erforscht er, wie mehrere Moleküle von selbst zueinander finden und sich zu einem Konglomerat verbinden. Supramolekulare Chemie nennt man dieses Teilgebiet, denn ein solcher Verbund heißt Supramolekül. So verzahnen sich das Antibiotikum und die Zellwand des Bakteriums zu einer Art Klettverschluss. Die Natur liefert zahlreiche Vorbilder für Supramoleküle. Beispielsweise formt sich die Erbsubstanz DNA selbst zu einem Doppelstrang, der an zwei in sich verdrillte Wendeltreppen erinnert. Andere Moleküle arrangieren sich im Reagenzglas von alleine zu Kugeln, Rädern oder Nadeln. Auch bewegliche Reißverschlüsse, flexible Pinzetten oder Klammern werden im Labor konstruiert. Es scheint kaum eine Form zu geben, vor der das molekulare Lego-Spiel kapituliert.

"Die Natur hat dieses Prinzip der Selbstorganisation geschaffen, um Reaktionen spezifisch zu steuern. Weil nur Klettverschlussunterseite und-oberseite aneinander haften, können auch nur diese beiden miteinander reagieren", erklärt Frank Klärner, -Gerrit Chemiker von der Universität Duisburg-Essen. Dabei finden die Bausteine häufig durch elektrostatische Wechselwirkungen zueinander. Zum Beispiel können sich lang gezogene Verbindungen aufladen wie ein menschliches Haar. Ähnlich wie dieses dann zu Berge steht, nimmt auch die Verbindung im Reagenzglas eine bestimmte Orientierung ein. Gesellt sich ein zweites Molekül hinzu, das eine entgegengesetzt verteilte Ladung aufweist, ziehen beide Bausteine einander an wie zwei Stabmagnete. Ein Supramolekül entsteht.

Sehr häufig wird die molekulare Erkennung auch von Wasserstoffbrückenbindungen getrieben. Dies sind keinesfalls "feste" chemische Bindungen. Vielmehr mögen sich einige Atomgruppen in den Bausteinen besonders gerne und kommen sich deshalb sehr nahe. Auf diese Weise werden in manchen pinzettenförmigen Molekülen die Arme zusammengehalten. Die Wasserstoffbrückenbindungen bauen eine solche Spannung auf, dass sich in dem Werkzeug ein anderes Molekül einklemmen lässt.

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