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Molekularer Wasserstoff (H₂) ist ein wichtiger umweltfreundlicher Energieträger für Anwendungen, z.B. in Brennstoffzellen, an denen derzeit weltweit geforscht wird. Bisher stellt die großtechnische Produktion von Wasserstoff aus Wasser mittels Sonnenlicht allerdings noch eine große Herausforderung dar. In der Natur nutzen Bakterien dieses Molekül als Energiequelle, die in sauerstoffarmer Umgebung leben. Die Hauptklassen der Hydrogenasen – der Enzyme, die Erzeugung oder Umsetzung von H₂ katalysieren – wurden spektroskopisch mit EPR- und FTIR-Methoden und mit quantenchemischen Berechnungen untersucht, um den Reaktionsmechanismus aufzuklären.

Neuartige ternäre intermetallische Verbindungen von Eisen und Antimon, in deren Kristallstruktur große, mit elektropositiven Elementen besetzbare Hohlräume existieren, zeigen ungewöhnliche magnetische und thermische Eigenschaften. Eine Untersuchung der chemischen Bindung und der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wird vorgestellt.

Phenazine sind stickstoffhaltige aromatische Verbindungen mit antibiotischer Wirkung, die von vielen Bakterien synthetisiert und zur Verteidigung ihres Lebensraums in die Umgebung abgegeben werden. Die Biosynthese der Phenazine zweigt von der aromatischen Aminosäurebiosynthese ab und ist im Detail nicht geklärt. Wissenschaftler am MPI für molekulare Physiologie in Dortmund haben gezeigt, dass die wichtige Zwischenstufe 2,3-Dihydro-3-hydroxyanthranilsäure von einem Enzym mit dem Namen PhzF zu einem Keton isomerisiert wird. Dieses Produkt dimerisiert und durchläuft anschließend mehrere Oxidations- und eine Decarboxylierungsreaktion, um schließlich als Phenazin-1-Carboxylsäure den Syntheseweg zu verlassen. Die Untersuchungen mit strukturbiologischen und biochemischen Methoden machen klar, welche Enzyme die jeweiligen Schritte katalysieren, und liefern somit erstmals ein relativ vollständiges Bild dieses interessanten Biosynthesewegs.

Biologische Relevanz ist das wichtigste Kriterium bei der Entwicklung organischer Moleküle für die chemisch-biologische und die medizinisch-chemische Forschung. Um biologisch wichtige und vorvalidierte Startpunkte für die Entwicklung von Substanzkollektionen zu identifizieren, wurde nach struktureller Ähnlichkeit gesucht – und zwar unter den Liganden-bindenden Kernbereichen von Proteinen und unter ihren Liganden, den durch Biosynthese gebildeten Naturstoffen. Diese Ähnlichkeit wurde als Grundlage für ein „Similarity Clustering“ der Proteine und für eine strukturelle Klassifizierung der Naturstoffe eingesetzt. Der kombinierte Ansatz am MPI für molekulare Physiologie in Dortmund führt zu Hypothesen-erzeugenden Methoden und etabliert Startpunkte für die chemische Genomik: Kleine Moleküle zum Studium der biologischen Funktion von Proteinfamilien können identifiziert und verwendet werden.

Technologisch relevante elastische Eigenschaften von Eisen, die Zugspannung, die Phononendispersion und die thermische Ausdehnung, wurden auf der Grundlage moderner quantenmechanischer Methoden berechnet. Diese Methoden erlauben eine genaue und realistische Beschreibung von Materialeigenschaften und kommen ohne Verwendung von experimentellen/empirischen Eingabegrößen aus. Die Leistungsfähigkeit dieses Zugangs wird für Eisen an zwei Beispielen demonstriert: Die Zugspannung wird für extreme Belastungen entlang zweier unterschiedlicher kristallographischer Richtungen, [001] und [111], untersucht. Im zweiten Teil wird diskutiert, wie sich diese Methoden, welche streng genommen nur bei T = 0K gelten, zur Beschreibung von Materialeigenschaften bei endlichen Temperaturen einsetzen lassen.