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DNA-Metall-Doppelhelix
ImageNanodrähte sind unverzichtbare Bestandteile für zukünftige Nanoelektronik, Sensorik und Nanomedizin. Um die benötigte Komplexität zu erzielen, ist eine Steuerung der Position und des Wachstums der metallischen Ketten auf atomarem Level notwendig. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam einen neuartigen Ansatz vor, der präzise kontrollierte helikale Palladium-DNA-Systeme liefert, die die Organisation natürlicher Basenpaare in einem doppelsträngigen DNA-Molekül nachahmen.


Das Team um Miguel A. Galindo aus Europa und den USA hat einen eleganten Ansatz entwickelt, der einzelne durchgängige Ketten aus Palladium-Ionen liefert. Das Verfahren basiert auf einer selbstorganisierten Zusammenlagerung zwischen einem speziellen Platin-Komplex und einzelsträngigen DNA-Molekülen.

DNA ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Werkzeug für Nanowissenschaft und Nanotechnologie geworden, vor allem dank der Möglichkeit, entstehende Strukturen über die Basensequenz der DNA-Stränge genau zu „programmieren“. Der Einbau von Metallen in DNA-Strukturen kann ihnen Eigenschaften wie Leitfähigkeit, katalytische Aktivität, Magnetismus und Photoaktivität verleihen.

Die Organisation von Metallionen in DNA-Moleküle ist jedoch nicht trivial, da Metallatome an viele verschiedene Stellen binden können. Galindos Team entwickelte einen ausgeklügelten Ansatz, um die Bindung von Palladium-Ionen an spezifische Positionen zu lenken: Einen speziell aufgebauten Palladium-Komplex, der Basenpaare mit natürlichen Adenin-Basen eines DNA-Einzelstrangs bilden kann. Der Ligand des Komplexes ist ein flaches, aromatisches Ringsystem, das drei der vier Bindestellen des Palladium-Ions abdeckt. Die vierte Bindestelle des Palladium-Ions steht dann zur Verfügung, um ein ganz bestimmtes Stickstoffatom des Adenin zu binden. Der Ligand besitzt zudem Sauerstoffatome, die Wasserstoffbrückenbindungen mit der benachbarten NH2-Gruppe des Adenin eingehen kann. Dieses Bindungsmuster entspricht exakt einer Watson-Crick-Basenpaarung, wird hier aber durch ein Palladium-Ion vermittelt – und ist dadurch wesentlich stärker.

Wird ein DNA-Strang ausschließlich aus Adenin-Basen verwendet, lagert sich ein Palladium-Komplex an jedes Adenin an. Die flachen Liganden ordnen sich dabei genau wie natürliche Basen zu coplanaren Stapeln an. So entstehen Doppelstränge aus DNA und Palladium-Komplexen mit einem Arrangement, das dem der natürlichen DNA-Doppelhelix entspricht – wobei ein Strang durch einen supramolekularen Stapel kontinuierlicher Palladium-Komplexe ersetzt ist.

Obwohl das Team die leitfähigen Eigenschaften dieses Systems noch belegen muss, kann damit gerechnet werden, dass eine korrekte Reduktion der Metall-Ionen zur Bildung eines leitfähigen Nanodrahtes mit einer hoch kontrollierten Struktur führen könnte. Die Forschungsgruppe arbeitet derzeit an dieser Aufgabe sowie an der Modifizierung des Liganden, um weitere neuartige Eigenschaften in das System einzuführen.


Den Artikel finden Sie unter:

https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/15213757/homepage/press/202107press.html

Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (03/2021)


Publikation:
Angewandte Chemie
https://doi.org/10.1002/ange.202015554
 
 
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