Forschung

Die Bioanorganische Chemie hat sich in den letzten 30 Jahren zu einem Gebiet entwickelt, das ein breites Spektrum von Wissenschaftlern wie Biochemiker, Enzymologen, Koordinationschemiker, Spektroskopiker und Theoretiker gleichermaßen fasziniert. Im Zentrum der Forschung steht die einzigartige Eigenschaft von Übergangsmetallen, die Umsetzung von biologischen Molekülen in Enzymen zu katalysieren und damit lebenswichtige biologische Prozesse aufrechtzuerhalten. Das Ziel der Bioanorganik besteht letztendlich darin, die Mechanismen dieser enzymatischen Reaktionen auf molekularer Ebene aufzuklären. Wir erforschen die Eigenschaften von Metallzentren in Enzymen anhand von anorganischen Modellkomplexen, die wir mit Hilfe von hochrangigen spektroskopischen Methoden untersuchen. Dies liefert wichtige Informationen hinsichtlich der Wirkungsweise der entsprechenden Metalloproteine.

Im Vergleich dazu ist die Bioorganometallchemie ein relativ neues Gebiet, welches sich mit den Eigenschaften der Metall-Kohlenstoffbindung in biologischen Systemen und dem Einsatz entsprechender Verbindungen für die Katalyse beschäftigt. Der bekannteste Vertreter dieser Klasse ist das Koenzym B12 (Cobalamin), welches dem Kobalt-Komplex eines (hochgradig funktionalisierten) Porphyrin-Derivates (eines sogennanten 'Corrins') entspricht. Ein anderes Beispiel sind Nickel-Hydrocarbylkomplexe, wie sie für das Methan-produzierende Enzym Methyl-Coenzyme M Reductase (MCR) beobachtet werden. Auch in diesem Fall enspricht das aktive Zentrum einem Porphyrin-Derivat (Kofactor 'F430'), welches das katalytische Metallion bindet. Wir sind besonders an den Hydrogenasen interestiert. Diese Enzyme katalysieren die Reduktion von Protonen zu Wasserstoff (und umgekehrt), und sind daher von spezieller Signifikanz für die Erforschung alternativer Energiequellen.

Zur Untersuchung der bioanorganischen Systeme verwenden wir eine Reihe hoch entwickelter spektroskopischer Methoden. Jedoch führt die Anwedung dieser Methoden auf Metalloporphyrine meist zu sehr komplizierten elektronischen Spektren bzw. Schwingungsspektren. Daher ist es erforderlich, diese Methoden zunächst anhand einfacher Metalloporphyrin-Komplexe zu kalibrieren. Zu diesem Zweck führen wir Spektroskopische Untersuchungen an Metalloporphyrinen mit Hilfe der polarisierten Resonanz-Raman-Spektroskopie und des magnetischen Zirkulardichroismus (MCD) durch. Als Modellsysteme kommen dabei einfache Komplexe des Typs [M^III(TPP)X] (M = Fe, Co, Mn; X = Cl, ClO₄, SR, etc.; TPP = Tetraphenylporphyrin) zum Einsatz.