Bioanorganische Untersuchungen an Beryllium und verwandten Metallen

• Antragsteller: Dr. Magnus Richard Buchner
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298748096

Beryllium gilt als das giftigste nicht radioaktive Element und wird mit seinen Verbindungen als hochgiftig und krebserregend eingestuft. Jedoch wird die Toxizität in neueren medizinischen Arbeiten angezweifelt. Vielmehr scheint es sich um eine Autoimmunreaktion zu handeln, gleichwohl ist der Wirkungsmechanismus nicht untersucht. Aufgrund der weit verbreiteten Vorbehalte gegenüber dem Umgang mit Beryllium fehlt es an Studien zur Wechselwirkung von Beryllium(verbindungen) mit biorelevanten Liganden. Im Allgemeinen ist die Berylliumchemie, im Vergleich zu seinen Nachbarn im Periodensystem, unterentwickelt. Es soll daher die Koordinationschemie von Berylliumverbindungen unter einem bioanorganischen Gesichtspunkt untersucht werden. Hierzu soll zu Beginn die Reaktivität mit Aminosäuren und Zuckern in wässrigem Medium, in organischen und in protischen, sauerstoffatomfreien (flüssiger Ammoniak, wasserfreier Fluorwasserstoff) Lösungsmitteln untersucht werden. Zudem sollen Hydrolyseexperimente an den gewonnen Verbindungen erfolgen. Dem anschließen wird sich die Untersuchung der Reaktionen von Berylliumverbindungen mit Oligopeptiden und Nukleotiden und schlussendlich kleinen Serumproteinen. Es soll überdies untersucht werden, welche Berylliumspezies unter physiologischen Bedingungen vorliegen. Daher soll die Wechselwirkung von Berylliumionen mit im Blutserum vorliegenden Anionen (Hydrogencarbonat, Phosphat, etc.) als auch anderen Serumbestandteilen (Harnstoff, Lipiden, usw.) untersucht werden. Ein Fokus wird auf die Untersuchung der Löslichkeit bei physiologischem pH-Wert sowie auf die Bindungsaffinität zum Beryllium (z.B. durch Konkurrenzreaktionen) gelegt. Basierend auf diesen Ergebnissen sollen Versuche zur Synthese hoch berylliumspezifischer Ligandsysteme durchgeführt werden. Dabei soll die Entwicklung neuartiger Ligandentypen für Beryllium mit harten Donoratomen angegangen werden. Hierfür wird die Eignung von Phosphanoxide/-imine und Boratophosphoniooxide/-imine als mehrzähnige Liganden untersucht. Die ähnliche Struktur der antizipierten ungeladenen und anionischen Liganden ermöglicht zudem die Untersuchung von isoelektronischen Beryllium-, Zink- und Aluminiumkomplexen. Zu ausgewählten Verbindungen sollen die verwandten Aluminium- und Zinkderivate ebenfalls synthetisiert werden, da Be- und Al-Kationen (Schrägbeziehung) und Be- und Zn-Kationen (Elektronegativität, bevorzugte Ladung, Koordinationsverhalten) ähnliche Eigenschaften besitzen. Hieraus sollen Erkenntnisse zu den unterschiedlichen Wirkungsmechanismen des hoch toxischen Berylliums, des als Auslöser für Alzheimer und Brustkrebs verdächtigten, nicht essenziellen Aluminiums und des essenziellen Zinks im Körper, gewonnen werden. Mit Hilfe der gewonnen Erkenntnisse soll schlussendlich ein hoch berylliumspezifischer Ligand synthetisiert werden der für die Chelattherapie eingesetzt werden kann. Bis dato ist kein solches Therapeutikum verfügbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen