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DFG - Forschergruppe 436: Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum molekularen Verständnis der Hofmeister-Reihe
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PROJEKT: In diesem Projekt sollen wesentliche Beiträge zur Aufklärung der sogenannten Hofmeister-Reihe geleistet werden. Diese Reihe wurde bereits vor über einem Jahrhundert von Franz Hofmeister aufgestellt. Sie klassifiziert den Einfluss verschiedener Salze auf die Löslichkeit von Proteinen. Hofmeister wählte das System Wasser/Globuline und bestimmte die zur Aussalzung des Proteins nötige Salzkonzentration.
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Aus diesen Untersuchungen konnte er eine Ionenordnung ableiten, die später in so wesentlichen Prozessen wie der Proteinstabilisierung, der Enzyminhibierung und der DNA-Stabilisierung wiedergefunden wurde. Mehr als dreißig Eigenschaften von Salzlösungen ändern sich charakteristisch in Abhängigkeit der Ionensorte und deren Konzentrationen. Dazu gehören die Stabilität, das Aussalzen und die Löslichkeit von Proteinen ebenso wie thermodynamische, dynamische und spektroskopische Eigenschaften von Wasser und Salz. Aufgrund fehlender Systematik liefern die vorliegenden phänomenologischen Befunde keine befriedigende Erklärung der Hofmeister-Reihe. Allgemein wird angenommen, dass die Hofmeister-Reihe im Wesentlichen auf einem Wechselspiel von zwei Effekten beruht: einem Einfluss der gelösten Salze und hydrophoben Molekülgruppen der Proteine auf die Struktur des Lösungsmittels Wasser und einer spezifischen Wechselwirkung zwischen Ion und gelöstem Protein. Diese Wechselwirkungsmechanismen wollen wir mit einem Kanon von theoretischen und experimentellen Methoden im Detail untersuchen.
Mit Hilfe moderner quantenmechanischer Methoden sollen von käfigähnlichen Strukturen die Geometrien, elektrischen Feldgradienten, chemischen Verschiebungen und Schwingungsfrequenzen berechnet werden. Dabei werden die Gastteilchen (Edelgase, Ionen, polare und unpolare Moleküle, Aminosäurereste) der Wirtstrukturen variiert. Auf diese Weise können die energetischen Beiträge durch Wasserstoffbrücken, hydrophobe Hydratation und Wechselwirkung von Ionen mit hydrophoben Teilchen getrennt bestimmt werden. An ausgesuchten Systemen, die für die Aufklärung der Hofmeister-Reihe und das Verständnis der molekularen Wechselwirkungsmechanismen in den anderen Vorhaben der Forschergruppe eine wesentliche Rolle spielen, sollen NMR- und schwingungsspektroskopische Experimente durchgeführt werden. Der Vergleich der berechneten und gemessenen spektroskopischen Eigenschaften wird zu einem besseren molekularen Verständnis der für die Hofmeister-Reihe wesentlichen Wechselwirkungsmechanismen führen.
Laufzeit: 01.11.2001 - 31.10.2007
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Naturwissenschaften 
für Projekte
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