Ich habe in den vergangenen Wochen öfter vernommen, Wissenschaft werde nicht ausreichend publik gemacht. An meinem Institut ist das anders: Morgen ist der Tag der offenen Tür. Unter dem Motto "Vom Molekül bis zum Universum" wird bei uns mit dem Computer geforscht.

Tag der offenen Tür im Heidelberger Institut für Theoretische Studien: Samstag, 14. Mai 2011, 13 bis 17 Uhr, Schloss-Wolfsbrunnenweg 35, 69118 Heidelberg.

Wie groß ist also die Gefahr?
In Deutschland liegen die „Normalwerte" je nach Region bei unter 2 mSv pro Jahr.

Randall Munroe hat eine beeindruckende Graphik zu dem Thema zusammengestellt:

mit freundlicher Genehmigung von xkcd

Es gibt drei Sorten radioaktiver Strahlung, die sich in ihrer Natur und damit auch in der Art der Gefahr die von ihnen ausgeht grundlegend unterscheiden: α- β- und γ- Strahlung.

Bei Alphazerfällen werden Alphateilchen vom schweren, radioaktiven Kern (z.B. Plutonium oder Uran) abgespalten. Alphateilchen sind ionisierende Heliumatomkerne, bestehend aus je zwei Protonen und Neutronen. In Wasser oder organisches Material können Alphateilen bis zu 40 μm tief eindringen. Also in den menschlichen Körper von außen nur in die oberen Hautschichten. Das ist soweit noch nicht gefährlich.

Betastrahlen sind energiereicher und dringen tiefer in die Haut ein und können zu Verbrennungen und Hautkrebs führen, während Gammastrahlung deutlich tiefer in biologische Materie eindringt. Sie hat genug Energie, um im menschlichen Körper chemische Bindungen aufzubrechen und führt neben somatischen Schäden wie der Strahlenkrankheit zu Schäden des Erbguts. Warum? Hier ist ein einfaches Beispiel:
γ-Strahlung kann zu Doppelstrangbrüchen in der DNA führen. Ein Einfachstrangbruch in der DNA ist leicht zu beheben, da der noch bestehende Strang dem Körper mitteilt, welche Base in die Lücke gehört. Zur Behebung eines Doppelstrangbruchs hingegen, erfordert die Rekombination mit dem abgeschnittenen Stück. Wenn die Rekombination fehlerhaft verläuft, und ein sich die DNA mit einem Teil verbindet, das da eigentlich nicht hingehört, liegt in der Zelle eine fehlerhafte Schablone für die Proteinsynthese vor, das heißt fehlerhafte Proteine werden gebaut und die Zellen können ihren Aufgaben nicht mehr nachkommen, sterben oder werden zu Krebszellen.

Zurück zur Alphastrahlung. Ich sagte ja bereits oben, dass Alphateilchen zu langsam seien, um durch die Haut hinweg viel Schaden anzurichten. Iod und Caesium gelangen mit noch geringerer Wahrscheinlichkeit durch die Hautschichten. Aber wenn wir Iod oder Caesium einatmen (das passiert ständig, wenn wir uns in entsprechender Umgebung aufhalten) so gelangen sie direkt in unseren Körper und zu den Organen. Und dort zerfallen sie - weil sie ja radioaktiv sind immer weiter, strahlen unter Abgabe von α- β- und/oder γ-Strahlung weiter. α-Teilchen sind zweifach positiv geladen und sehr klein. Daher haben sie eine stark ionisierende Wirkung. Entstehen sie innerhalb des Körpers, so liegen sie direkt neben Organen vor. Wenn sie nun anfangen, Molelüle von gesunden Zellen zu ionisieren, so bedeutet dies im Fall des α-Teilchens, dass sie biologischen Molekülen zwei Elektronen abnehmen. Dadurch ändern sie die Eigenschaften jener veränderter Moleküle grundlegend - die Stabilität, die Reaktivität und die hochempfindliche Mikroumgebung der Biomoleküle ist gestört.

TCDD entsteht als Nebenprodukt bei der Herstellung von Cellulosebleiche, bei Verbrennungsvorgängen oder von Halogenphenoxycarbonsäure, z.B. 2,4,5-Trichlorphenoxyessigsäure, das als Herbizid eingesetzt wird. Das Ausgangsprodukt für das Herbizid, 2,4,5-Trichloro-phenol reagiert bei Temperaturen von über 1200° C 400 °C mit sich selbst zu TCDD:

Somit ist es beispielsweise als Verunreinigung im Herbizid vorhanden. Wird dieses nun über Pflanzen verteilt, und würde letztere an Tiere verfüttert, die wir essen wollen, so wäre die Antwort einfach. Nun wurde jedoch bekannt, dass Dioxin einen Umweg über Mischfettsäuren nahm - also eine Mischung aus Fetten, die bei der Herstellung von Biodiesel als Nebenprodukt anfiel. Wie nun das Dioxin da hinkam, ist unklar, dass man Tieren keine Fettabfälle füttern sollte, dafür um so klarer.

Dioxin entstand auch als Nebenprodukt bei der Herstellung von Agent Orange und hinterließ bei Soldaten und Bevölkerung, die dem Vietnamkrieg ausgeliefert waren, hässliche Chlorakne. Während Chlorakne allein auf das Chlor zurückzuführen ist, wirkt TCDD, wenn es in den Organismus gelangt als karzinogen oder Tumorpromotor (ersteres ist nicht erwiesen).

TCDD ist lipophil, (wörtlich „fettliebend"). Daher lagert es sich mit Vorliebe in fettreichen Regionen des Körpers ab, wo es still verweilt, bis wir eben diese Fettreserve abbauen und das TCDD wieder in den Blutkreislauf gelangt. Es hat, genau wie einige Bestandteile im Zigarettenrauch, die Fähigkeit, an den Aryl-Hydrocarbonrezeptor (Ah-Rezeptor) zu binden. Der Ah-Rezeptor kontrolliert Zellwachstum und zelluläre Differenzierung. Bindet Dioxin nun an diesen Rezeptor, so entsteht ein Rezeptor-Liganden-Komplex (Liganden sind alle Moleküle oder Atome, die koordinativ an ein Zentrum, hier an den Rezeptor, binden). Dieser Komplex aktiviert die Genexpression, welcher das Zellwachstum folgt. Das Zellwachstum erfolgt also unkontrolliert, eine der beiden Fehlfunktionen, die Krebs auszeichnen. (Die andere Fehlfunktion ist die fehlende Apoptose, der Mechanismus, der beschädigte Zellen abbaut.) Bei einem Krebskranken wachsen also Zellen unkontrolliert vor sich hin.

Während das Lehrbuch Beyer/Walter Bakterien erwähnt, die polychlorierte Aromaten wie TCDD abzubauen vermögen, verkünden die Medien, eine vollständige Aufreinigung von TCDD sei nicht möglich. Ich kann nur vermuten, dass sie zu teuer ist. TCDD entsteht auch bei der Müllverbrennung. Da allerdings Temperaturen von mehr als 1200°C für die Dioxin-Entstehung Zerstörung benötigt werden, führen moderne Verbrennungsanlagen eine Nacherhitzung auf über 1200°C durch, der eine schnelle Abkühlung folgt, um Rekombination beim Abkühlen zu verhindern. So kann die TCDD-Konzentration auf Bruchteile reduziert werden.

* kursiv gedruckter Teil nachträglich ergänzt.
Agent-Orange Formel nachträglich korrigiert (8.6.2011)

Ziel der Heck Reaktion ist die Arylierung oder Vinylierung von Olefinen. Auf deutsch: Durch die Heck Reaktion werden organische Substanzen mit Doppelbindung (Olefine) mit Aromaten (besonders stabile Substanzklasse, dessen berühmtester Repräsentant Benzol ist) oder Vinylen (Substanzen mit Ethenrest) umgesetzt.
Der Aromat geht zunächst einen sogenannten pi-Komplex mit dem Palladium ein. Das heißt über eine Art Bindung ist nun der erste der beiden Reaktanden ans Palladium gebunden. Über oxidative Addition gelangt nun das Palladium zwischen Aromaten und den Rest X, der meist ein Halogen ist. Warum "oxidative Addition"? Der Aromat addiert sich an das Palladium - das Produkt kann man also als Summe ansehen, oxidativ heißt es, weil Palladium von der Oxidationsstufe 0 zur Oxidationsstufe 2+ oxidiert wird. Nun kommt der zweite Reaktand ins Spiel, das Olefin. Es drängt sich zwischen den Aromaten und Palladium. Zu guter Letzt wird das Produkt, das Styren über die so genannten reduktive Eliminierung abgegeben. Hier reduktiv, weil das Palladium von 2+ zu 0 zurück reduziert wird. Und Eliminierung, weil Palladium das Produkt los wird. Bevor es nun für einen weiteren Cyclus bereit ist, muss es durch eine Base, hier Triethylamin vom überflüssigen Wasserstoff befreit werden.

L steht für Liganden, welche die Reaktionen noch genauer kontrollieren. Ohne besondere Liganden verläuft die Reaktion folgendermaßen:

Ein Nucleophil "Nu", das sind Substanzen, die die Zwischenstufe hier gerne angreifen, kann entweder von links oder von rechts angreifen und dort eine Bindung knüpfen. Besonders große Liganden sorgen dafür, dass eine der beiden Seiten für den Angriff favorisiert wird, und nur eines der beiden Produkte entsteht.

Was ist nun an der Heck-Synthese so toll? Besonders in der Medikamentensynthese sind die Zielmoleküle, also das was man herstellen möchte, oft sehr groß. Einige gleichen Vorbildern aus Pflanzenstoffen, kommen aber in der Natur in zu geringen Mengen vor, als dass eine großindustrielle Gewinnung möglich wäre. Stellen wir sie also chemisch her. Und dabei gilt: Je kleiner ein Molekül ist, desto leichter ist es zu gewinnen. Die besonders einfache Heck-Synthese erlaubt dann die kleinen Moleküle zusammen zu setzen und das große zu gewinnen. Im gezeigten Beispiel ist Styren das Produkt. Styren ist Ausgangsstoff der meisten Kunststoffe. ein weiterer Pluspunkt der Heck-Reaktion ist ihre relative Umweltfreundlichkeit.
Die Negishi- sowie die Suzuki-Kupplung, die nach einem ähnlichen Prinzip funktionieren, stellen eine Ergänzung zur Heck-Reaktion dar.

Eine der großen Herausforderungen der Chemie ist es, "ein jedes Molekül" herstellen zu können. Bei organischen Molekülen - das sind alle Kohlenwasserstoffe (also alle Moleküle, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten) geht es dabei in der Regel um die Kopplung von Kohlenstoffen.
Kohlenwasserstoffe bestehen aus Kohlenstoffketten, die durch Wasserstoff- und andere Atome umgeben sind. Daher bietet die Kopplung zweier Kohlenstoffatome eine der wichtigsten Möglichkeiten, große Moleküle aufzubauen: Man erstellt zunächst mal die Einzelbauteile, das ist oft einfacher, als Riesenmoleküle zu synthetisieren, und setzt sie dann zusammen. Das Prinzip ist das gleiche, wie wann man einen großen Schrank aufbaut: Erst setzt man die Schubladen zusammen, dann erst setzt man sie in den Schrank.
Warum muss diese Reaktion denn auch noch Palladium gekoppelt sein? Und was ist eigentlich Palladium? Palladium ist das Metall, dass mit Gold legiert wird, damit Weißgold entsteht.
Nutzen wir es als Katalysator, also als Substanz, die unsere Reaktion "vereinfacht", oder in eine Richtung verschiebt, die wir für wünschenswert halten, hat es die vorteilhafte Eigenschaft, dass bereits sehr geringe Mengen reichen: Bereits im Milligramm-Bereich (also viel weniger als eine Messerspitze) kann es einen ganzen Reaktionskolben voll Substanz umsetzen. Es polarisiert die organische Substanz, so dass die Reaktion nicht nur schnell, sondern auch in ihrer Eigenschaft anders abläuft, als ohne Katalysator.
Heck. Suzuki und Negishi haben je eine solche Synthesemöglichkeit gefunden, die neue Möglichkeiten zur Herstellung organischer Moleküle bietet.

Fortsetzung folgt!

Anstoß gab der Präzedenzfall eines Gynäkologen, der 2005 und 2006 in zwei Fällen Präimplantationsdiagnostik angewandt und seinen Patientinnen zu gesunden Kindern verholfen hatte. Eine der Patientinnen, so berichtet der Spiegel, hatte bereits eine behinderte Tochter, die andere Patientin drei Fehlgeburten hinter sich. Und genau der erste Fall bringt die Gegner zur Aufruhr, denn so entstehe Selektion. Die Befürworter halten dagegen: PID erhöht die Chancen des Embryonen, überhaupt zu überleben.
Ich möchte einen Vergleich heran ziehen, der zwar radikal, dafür aber sehr deutlich ist: Eine chemische Synthese hat das Ziel, ein bestimmtes Produkt zu erzeugen. Nehmen wir eine zweistufige Synthese, das heißt, es gibt ein Zwischenprodukt, von dem ausgehend das Endprodukt hergestellt wird.
Betrachtet man die In-Vitro Befruchtung als chemische Synthese, so wäre der einzupflanzende Embryo die „Zwischenstufe" und das Kind das am Ende geboren wird das Endprodukt.
Bei der chemischen Synthese, ist die Lage einfach. Zweifelsohne, wird überprüft, ob die Zwischenstufe wirklich das ist, wofür wir sie halten. Liegt etwas anderes vor, so haben wir keine Chance, das Endprodukt zu erreichen.
Bei der In-Vitro-Befruchtung hingegen, beginnt die ethische Diskussion: Dürfen wir selektieren? Dürfen wir einen Embryo, der schwer krank oder offensichtlich ohne Überlebenschance ist, einfach aussortieren? Im Falle des Fötus, das bereits im Mutterleib stirbt, frage ich mich aber, ob es wirklich so viel ethischer ist, einem Paar eine Fehlgeburt zuzumuten?
Wenn das Kind nun „nur" behindert würde, aber dennoch gute Überlebenschancen hätte, wird's richtig schwierig: "Es darf keine Selektion zwischen behinderten und nicht-behinderten Leben geben" fordert die Staatsministerin im Kanzleramt, Maria Böhmer (CDU).
Aber gesunde Föten haben eine höhere Überlebenschance und die Chance auf eine erfolgreiche In-Vitro Fertalisationen liegt bei nur 40 %. Ist es dann nicht nur fair, diese Chancen zu maximieren, indem man die besten Vorraussetzungen zum Erfolg schafft?

Einfach gesagt: Wie oft hat sich das Kohlenstoffisotop ¹³C mit dem Sauerstoffisotop ¹⁸O verbunden? Das Isotop ¹³C macht 1.1% des gesamten auf unserer Erde vorkommenden Kohlenstoff aus, ¹⁸O sogar nur 0.2 % der Menge Sauerstoff auf Erden. Die Kombination ist also denkbar unwahrscheinlich.

Dennoch wird sie beobachtet, und ihre Häufigkeit in unterschiedlichen Schichten des Zahnes lässt sich in direkten Zusammenhang mit der Körpertemperatur bringen: Je geringer die Körpertemperatur des Lebewesens, desto häufiger tauchen ¹³C-¹⁸O Bindungen auf. Eine Erklärung für dieses Phänomen steht zwar noch aus, aber die theoretischen Berechnungen sprechen für sich und wurden nun auch in praktischen Tests bestätigt: Wissenschaftler konnten nun ihre Methode an lebenden Tieren eichen: Sie fanden einen reziproken Zusammenhang zwischen Körpertemperatur und der im Zahn vorhandenen Isotopenzusammensetzung. Mit dieser Methode fanden sie nun heraus, dass Wollhaarmammuts, die an der Nordsee lebten, eine Körpertemperatur von 30.9 °C hatten.
Und was wurde nun gemessen? Untersucht wurden die im Zahn vorhandenen Carbonate, das sind die Verbindungen, die eine ¹³C-¹⁸O Bindung enthalten können und daher hier von Interesse sind. Versetzt man Carbonat mit Säure, so verdrängt die stärkere Säure (hier Phosphorsäure, H3PO4) die schwächere (das ist die Kohlensäure, H2CO3) und CO2 entsteht.

Eben dieses CO2 enthält dann unsere besondere Bindung. Es liegt also ein ¹⁸O-¹³C-¹⁶O vor (eine besondere Bindung, zwei wären schön verdammt unwahrscheinlich). Ein Massenspektrometer bestimmt das exakte Gewicht einzelner Moleküle und kann so feststellen, dass CO2 nun 47 atomic units wiegt, statt der „normalen" (häufiger vorkommenden) 44 atomic units. Eine atomic unit entspricht ungefähr der Masse des Wasserstoffkerns, des leichtesten Atomkerns.

Das „normale" CO2 wird aber ebenso vom Massenspektrometer erfasst und quantifiziert. So lässt sich der Anteil an ⁴⁷CO2 bestimmen und darüber auf die Temperatur zurückschließen.

Wie nicht anders zu erwarten, ist es radioaktiv, also instabil. Seine Lebensdauer: Sekundenbruchteile. Dennoch: Ein Fortschritt für die Wissenschaft, denn während es für den Laien nur einen weiteren Eintrag im Periodensystem bedeutet, hoffen Forscher hiermit dem Beweis für die lange vermutete Insel der Stabilität einen Schritt näher zu kommen. Die Idee dieser Insel der Stabilität lautet, dass bestimmte Elemente im Vergleich zu ihren Nachbarn im Periodensystem besonders stabil seien. Das liege an der Zusammensetzung der Atomkerne. Diese bestehen aus Protonen und Neutronen. Für einige „magische" Kombinationen an Protonen- und Neutronenzahl sei die Wahrscheinlichkeit einer internen Kollision bedeutend geringer als für andere Kombinationen.

Nun erwartet das Element, das nach IUPAC als "Ununseptium" bezeichnet wird, auf einen Namen. Ich bin gespannt, wie es heißen wird.

Was ist dran, an dieser zur Jahreszeit passenden Botschaft? Der Konsum von Kakaobohnen erhöht nachweislich die Konzentration von Flavanol und die antioxidierende Wirkung im Blutplasma. Was macht der sekundäre Pflanzenstoff Flavanol in unserem Körper?

Flavanol gehört zur Gruppe der Flavinoide . Sie aktivieren die Synthese von Stickstoffmonoxid (NO) und haben außerdem eine antioxidante sowie eine entzündungshemmende Wirkung. Mich interessieren heute die NO-Synthese und ihre Auswirkungen. NO wird im Endothel synthetisiert. Das Endothel ist die Zellschicht auf der Innenseite der Blutgefäße. Es besteht aus einer durchgängigen, glatten Oberfläche. Im gesunden Zustand zeichnet es sich durch eine hochselektive Durchlässigkeit gegenüber Substanzen und Zellen aus. Hier werden verschiedene Stoffe synthetisiert, die durch erweitern oder Zusammenziehen der Gefäße den Blutdruck bestimmen: eine Substanz, die für ein Zusammenziehen der Gefäße sorgt, zwingt gleiche Blutmengen durch einen engeren Gang. Dadurch erhöht sich der Blutdruck und umgekehrt. Stickstoffmonoxid hat eine gefäßerweiternde, und somit Blutdrucksenkende Wirkung. Liegt eine Arteriosklerose vor, so sind Gefäßwände durch Plaqueanlagerungen verengt und verhärtet. Das führt zu Bluthochdruck. Lösen sich plaqueartige Verklumpungen ab und gelangen in die Blutbahn, können sie engere Gefäße verstopfen. Verstopfen sie Herzkranzgefässe, erleidet der Mensch einen Herzinfarkt, treffen sie das Hirn, führt dies zum Schlaganfall.

NO wird durch die Endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS) aus der Aminosäure L-Arginin hergestellt. Dabei wird Sauerstoff in letztere „eingebaut" und mit dem Cofaktor NADPH oxidiert. Nach einem weiteren Reaktionsschritt, bei dem erneut NADPH als Oxidationsmittel dient, entsteht unter Abspaltung von NO L-Citrullin.

Unter Scherkraft, die durch das zirkulierende Blut ausgelöst wird oder durch ein Rezeptorsignal wird das NO in die Blutbahn abgegeben. Dort sorgt es für die Relaxation der glatten Muskulatur, die für die Erweiterung oder Verengung der Blutgefäße zuständig ist. In der glatten Muskulatur erweitert es die Blutgefäße und senkt somit den Blutdruck. Kommentar für alle Chemie-Liebhaber, da mich Aussagen wie "die bösen/ gefährlichen freien Radikale ..." immer nerven: NO ist ein lebensnotwendiges freies Radikal!

Kakao Flavanole induzieren die NO-Synthese nicht nur in vitro, auch an Patienten mit cardiovaskulären Risikofaktoren wie beispielsweise bei Rauchern, konnte nachgewiesen werden, dass Kakaogetränke die im Blut vorhandene NO-Konzentration um über 30 % erhöhen. Auch der damit einhergehende Blutdruckabfall konnte beobachtet werden. Einige Studien deuten darauf hin, dass Milch diesen Effekt reduziere oder gar aufhebe, aber die Ergebnisse sind strittig.
Nun die schlechte Nachricht für Schokoladenliebhaber: durch die Verarbeitung der Kakaobohne zu Schokolade sinkt die Flavanol Konzentration und Milchschokolade weist die geringste Flavanol Konzentration auf. Nichtsdestotrotz konnte bei Probanden mit koronaren Erkrankungen, die regelmäßig Flavanol-reiche Lebensmittel (schwarzer Tee, Rotwein oder eben dunkle Schokolade) konsumieren eine verbesserte Endothelfunktion beobachtet werden. Im Allgemeinen erhöhen Flavonoidreiche Pflanzenextrakte die eNOS-Aktivität und sorgen dafür, dass Endothelzellen ihre Produktion von bioaktivem NO um einen Faktor von drei erhöhen.

In diesem Sinne: Frohe Ostern.

Boote: "[...] Wenn man dann aber wie ich einen Bluttest macht, findet man heraus, wie viel Plastik man bereits in seinem Körper hat."

SZ: "Wie viel war es bei Ihnen?"

Boote: "So viel, dass ich laut Arzt Gefahr laufe, unfruchtbar zu werden oder ein Kind mit Fehlbildungen zu zeugen."

SZ: "Welcher Stoff wurde in Ihrem Blut gefunden?"

Boote: "Bisphenol A. [...]"

Interessanter noch: Laut einem Gutachten der EFSA passiert mit BPA im menschlichen Körper folgendes: Die Aufnahme des hormonähnlichen Stoffes in den Blutkreislauf erfolgt in der Leber. Dort wird es glucoronidiert, dass bedeutet, bedeutet Glucuronsäure wird mit der Chemikalie verbunden, ein Vorgang den der Körper sich zu nutze macht, um Medikamente zu entgiften und wasserlöslich zu machen. BPA-Glucuronid hat keine hormonähnliche Wirkung mehr. Parallel dazu wird BPA auch in Sulfate überführt, ein weiterer „Entgiftungstrick" des Körpers. Durch die hohe Polarität der Glucuronsäure wie auch des Sulfats wird das umgewandelte BPA stark wasserlöslich und direkt mit dem Urin ausgeschieden. Laut EFSA hat BPA im Körper eine Halbwertszeit von weniger als sechs Stunden. Da frage ich mich doch, wie die großen Mengen BPA in den Bluttest von Herrn Boote gelangt sind?

Die Süddeutsche kritisiert eben diesen Bericht der EFSA, denn die EFSA unterstreicht, dass die in Rattenkörpern beobachteten hohen Konzentrationen sich nicht ohne weiteres auf den Menschen übertragen ließen - eine Aussage, die viele Kritiker der EFSA und des BPAs bezweifeln. Dabei ist die Erklärung ganz einfach: Genau wie im menschlichen Körper wird das BPA in der Leber der Ratte gluduronidiert. Anstatt nun aber direkt ausgeschieden zu werden, gelangt der Metabolit in den Darm, wo das ursprüngliche BPA zurückgewonnen wird. Daher ist die Halbwertszeit im Rattenkörper maßgeblich erhöht.

Mein Lieblingsbeispiel für einen Toxizitätstest, bei dem Ratten und Mäuse ungeeignete Modellorganismen darstellen, ist die Untersuchung von Alkoholen. Während der LD50 Wert für Methanol am Modellorganismus Ratte bei 5628 mg/kg Körpergewicht liegt, stirbt bereits die Hälfte alle Tiere bei der Verabreichung von 10 mg/kg Körpergewicht Ethanol. Der Mensch hingegen verträgt bekanntermaßen Ethanol wesentlich besser als Methanol. Der Grund: Alkohol wird oxidiert. Ethanol zu über Acetaldehyd zu Essigsäure (a), Methanol über Formaldehyd zu Ameisensäure (b). An letzterer übersäuert der Mensch, während Nager diese einfach weiter zu CO2 oxidieren.

Letzten Sommer war ich in Hangzhou, einer "Kleinstadt" (nur 5 Mio Einwohner) in der Nähe von Shanghai. Dort steht ein Museum, das den interessierten Besucher über die Geheimnisse der TCM aufklärt. Die wichtigsten Punkte: TCM ist vor über 5000 Jahren entstanden und sei viel gesünder als Schulmedizin. Des weiteren sind die Medikamente pflanzlich, was sie zu besseren und gesünderen Genesungsmitteln mache. Die nicht-pflanzlichen Mittel reichen von Tigerkrallen bis Fischaugen.

Während ich den Tigerkrallen einen Plazebo-Effekt für die Patienten (und einen fatalen für die Tiger) unterstelle, möchte ich heute auf die traditionellen Mittel eingehen, die teilweise ihren Weg bis nach Europa gefunden haben. Die Erklärung für ihre Wirkung und die gegensätzliche Darstellung zu pharmazeutisch-industriellen Wirkstoffen hat mir nämlich eine Erklärung geliefert, die mich schon länger interessiert hatte.

Die Methode der Traditionellen Chinesischen Medizin baut auf Erfahrungswerten. Der Zeitraum über den diese Erfahrungen gesammelt wurden, beträgt ungefähr 5000 Jahre. Angenommen in einem Dorf lebten 1000 Menschen. Wenn man annimmt der Abstand zwischen zwei Generationen betrage 20 Jahre, so fanden in 5000 Jahren etwa 250 Generationswechsel statt. ganz grob geschätzt (ohne jegliche Berücksichtigung von Bevölkerungsschwankungen) haben in den letzten 5000 Jahren in meinem Modelldorf 250 000 Menschen gelebt. Wenn jeder von diesen Menschen eine gewisse Krankheit (zum Beispiel Kopfschmerzen) einmal im Leben gehabt hat, so stünden 250 000 Probanden als Testpersonen für ein Kraut, Pflanzenauszug oder Heilwässerchen zur Verfügung. Eine sehr große Testmenge also. Aus den gewonnen Erfahrungswerten heraus, so berichtet die Informationstafel des Museums für TCM habe man geschöpft, und die Mittel die eine gute Wirkung zeigten weiterhin verwendet. Nicht so wie die pharmazeutisch-chemische Industrie, die Wirkstoffe im Reaktor erzeuge und sie dann an 10 000 Probanden teste.

Wirklich nicht? Nein, wirklich nicht so, sondern viel viel langsamer. Heute stützt sich die Medikamentenentwicklung ebenso auf Erfahrungswerte, nur wird analytisch vorgegangen: Der genaue Wirkmechanismus von Medikamenten, die bereits auf dem Markt sind, ist oftmals bekannt, und der Zusammenhang zwischen Strukturformel und Wirkung weitgehend verstanden, so dass die Trial- and Errormethode sich auf wesentlich weniger Versuche beschränkt, als wenn wir wie die alten Chinesen ohne Buchführung und Statistik vorgehen würden. Was die TCM an Tradition und Erfahrung mitbringt, wird für neue Medikament also durch strukturierte Studien in kurzer Zeit erfasst.
In diesem Sinne: Ein frohes Jahr im Zeichen des Tigers!

Der Unterschied zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren besteht in der Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. In der ungesättigten Fettsäure liegt eine solche Doppelbindung vor. Gesättigte Fettsäuren - so die gängige Lehrbuchmeinung - erhöhen den Anteil an LDL Cholesterin und somit das Risiko einer Herzkreislauferkrankung. Ungesättigten Fettsäuren hingegen wird eine weniger gesundheitsschädigende bis hin zu gesundheitsfördernde Wirkung nachgesagt. Hier scheiden sich die Geister. Schauen wir uns also einmal an, wie Fettsäuren abgebaut - also im Körper verarbeitet werden. Die Länge einer Fettsäure misst man an der Anzahl der Kohlenstoffatome. Der generelle Aufbau sieht so aus: CH3-(CH2)n-COOH, wobei n die Anzahl der CH2-Gruppen darstellt. Das Prinzip ist folgendes: Die Fettsäure wird aktiviert, das heißt reaktiv gemacht, oxidiert und dann so gespalten, dass sie um zwei Kohlenstoffatome kürzer ist.

Im Detail (Graphik siehe unten): Fettsäuren liegen aufgrund der physiologischen Bedingungen als Anionen vor. Das bedeutet, der Säuregruppe (-COOH) fehlt das Wasserstoffatom (H). Die Fettsäure wird durch
Adenosyltriphosphat (ATP) unter Abspaltung von Pyrophosphat (das sind zwei miteinander verbundene Phosphatgruppen) aktiviert. Nun hängt ein Adeonsinmonophosphatrest (AMP) an der Fettsäure. CoenzymA kann den AMP-Rest substituieren. Nun ist die Fettsäure bereit, von Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD, einem weiteren Coenym) so oxidiert zu werden, dass eine Doppelbindung entsteht. Diese wird durch das im Körper vorhandene Wasser hydrolysiert. Dabei addiert sich das Wasser an die Doppelbindung. Diese Reaktion läuft kontrolliert ab, obwohl keine Enzyme ihr helfen. Durch die Eigenschaften der Fettsäure, so wie sie hier vorliegt, verbindet sich der OH-Teil des Wassers (H2O) stets mit dem Kohlenstoffatom, dass weiter vom CoA-Rest entfernt ist.
Jetzt kommt ein weiteres Coenzym an die Reihe: Nikotinamidadenindinukleotid (NAD+) oxidiert den OH-Rest zum Keton. Die nun entstandene Verbindung ist instabil gegenüber dem Coenzym A. Letzteres spaltet die Fettsäure. Dabei entsteht als Spaltprodukt Acetyl-CoA.
Die um zwei Kohlenstoffatome verkürzte Fettsäure wird kann diesen Prozess nun erneut durchlaufen, bis sie komplett abgebaut ist. Dieser Prozess heißt übrigens β-Oxidation.

Wie schaut es nun mit dem Abbau ungesättigter Fettsäuren aus? Der verläuft zunächst einmal ganz genau so. Bis der Abbau an den Punkt gelangt, an dem die Doppelbindung abgebaut werden soll.
Nun gibt es zwei Möglichkeiten: Betrachten wir zunächst einmal den Fall der Ölsäure. Nach drei Schritten β-Oxidation liegt die Doppelbindung eine CH2-Einheit vom abzubauenden Rest entfernt. Sie beginnt also dort, wo sie für einen Abbau enden sollte. Daher muss sie von der cis-∆3-Enoyl-CoA Isomerase so modifiziert werden, dass die Doppelbindung an die richtige Stelle gelangt. Die Verbindung bleibt in der Summe also gleich, aber die Bindungen sitzen nicht alle an der gleichen Stelle. Ausgangs- und Endverbindung heißen isomere Verbindungen, daher der Name Isomerase, Enzyme, die ein Isomer in ein anderes umwandeln.

Komplizierter wird der Vorgang, wenn mehr als eine Doppelbindung vorliegt, man spricht dann von mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Als Beispiel betrachten wir hier die Linolsäure. Nach drei Schritten der β-Oxidation liegt die erste Doppelbindung neben der aktivierenden Gruppe. Wieder kommt die Isomerase zum Einsatz, welche die Doppelbindung an die richtige Stelle verschiebt. Nun kann ein β-Oxidationsschritt stattfinden. Nun wird genau wie oben beschrieben, eine weitere Doppelbindung eingeführt. Nun liegen aber zwei Doppelbindungen nebeneinander vor, man spricht von konjugierten Doppelbindungen. Würde Wasser direkt hiermit reagieren, so lagerte sich der OH-Teil vom Wasser an der falschen Stelle an. Daher hilft hier 2,4-Dienoyl-CoA-Reduktase aus und reduziert die konjugierte Doppelbindung zu einer einzelnen Doppelbindung. Da diese aber zu weit weg vom aktivierenden Rest ist, kommt noch einmal die cis-∆3-Enoyl-CoA Isomerase ins Spiel und verschiebt die Doppelbindung. Nun liegt wieder der gleiche Fall vor wie bei einer ungesättigten Fettsäure.

Der Abbau ungesättigter Fettsäuren erfordert also zwei zusätzliche Enzyme im Vergleich zum Abbau gesättigter Fettsäuren. Die Mechanismen sind also verschieden und tragen ihren Teil zur Erklärung bei, warum nun Fettsäuren verschiedener Sättigungsgrade unterschiedlich auf den Stoffwechsel wirken. Ich möchte jedoch gleich darauf hinweisen, dass dies bestimmt nicht der einzige Faktor ist, der bestimmt, wie gesund die Fette für unseren Körper sind. Eins steht nur fest: Egal wie viel Mühe Mars sich gibt, wirklich gesund werden diese Schokoriegel nie werden, aber welche Schokolade ist das schon?
Ich frage mich vielmehr, wie es möglich ist, das bei Raumtemperatur feste Palmfett durch Sonnenblumenöl auszutauschen, das ja bekanntlich flüssig ist bei 25 °C, denn an Konsistenz und Geschmack - so versprechen die Hersteller, werde sich nichts ändern. Mars nennt diesen Punkt die große Herausforderung. Die einfachste Lösung - so rein chemisch gesehen - wäre ja, die ungesättigten Fettsäuren einfach zu härten, das bedeutet die Doppelbindungen würden in Einfachbindungen überführt, und die Fettsäuren wieder gesättigt. So ein Prozess würde die komplette Austauschaktion ad absurdum führen. Die Zutatenliste für die neuen Mars hab ich bisher nicht finden können, aber ich schau im Sommer bestimmt mal drauf.

Sarin ist ein Nervengift. Ein Acetylcholinesterase-Hemmer um genau zu sein. Die Acetylcholinesterase ist ein Enzym. Es hat die Aufgabe Acetylcholin zu spalten, ein Botenstoff der für die Kommunikation zwischen motorischen Neuronen sorgt. Dieser Botenstoff, Acetylcholin, wird nämlich ausgeschüttet, reizt das Neuron und muss dann sofort wieder abgebaut werden, um eine permanente Reizung zu verhindern. Letztere führt sonst zu Muskelkrämpfen, Atemlähmung und so zum Tod.

Sarin verhindert genau diesen Botenstoffabbau: Es blockiert das Enzym das Acetylcholin spaltet und somit die Atmung. Sarin hat eine ähnliche Struktur wie der körpereigene Stoff, daher „verwechselt" das Enzym das Gift mit dem Stoff, den es eigentlich umsetzen sollte. Im Gegensatz zu Acetylcholin, das sich durch das Enzym aktivieren und sich dann spalten lässt, bindet das Serin fest am Enzym und verweilt dann aber dort. Daher kommt die Blockade zustande. Mit wachsendem Anteil blockierter Enzymmoleküle sinkt dann auch ihre Wirkung, der Körper wird langsam vergiftet.

Ganz anders ist die zerstörerische Kraft von Senfgas. Atmet man es ein, so reagiert es mit Wassertröpfchen, die in der Lunge vorhanden ist. Dabei entsteht aus Wasserstoff (vom Wasser) und Chlorid (vom Senfgas) Chlorwasserstoff - gasförmige Salzsäure. Und diese verätzt die Lunge. Die Aviolen Alveolen (nach Kommentar korrigiert) von werden zerstört und können keinen Sauerstoff mehr aufnehmen.

Wohin also mit dem Müll? Ein sicheres Endlager muss her, denn das Versuchsendlager Asse wird den Anforderungen nicht gerecht. Welche Vorraussetzungen müsste ein Lager das auf ewig dicht hält, denn erfüllen?

Eigentlich nur eine: es müsste länger standhalten, als der Atommüll strahlt. Leider hat Atommüll eine wirklich unangenehme Eigenschaft: Er ist verdammt langlebig. Bei radioaktiven Elementen betrachtet man die Halbwertszeit. Beispielsweise sind von 1 kg Plutonium (239 Pu) nach 24100 Jahren noch 500 g übrig. Aus dem zerfallenen Plutonium entsteht Uran, welches selbst stark radioaktiv ist. Das Problem der Strahlung hat sich also nach dem Zerfall eines Plutonium Kerns nicht erübrigt, die Zerfallskette setzt sich fort.

Dennoch, Uranerze sind ja natürliche Bestandteile diverser Gebirge. Natürliche Uranvorkommen sind jedoch kein Grund, das Gebirge zu meiden. Warum also die Angst vorm Atommüll?

Der Urananteil in Uranerzen - also solchen Gesteinen, die genug Uran enthalten um letzteres im Namen zu erwähnen - liegt meist nur bei 0,3 %. Einige Plutonium-Isotope (das sind verschiedene Formen des Elements Plutonium) finden sogar in der Technik ihre Anwendung. Plutonium 238 ist beispielsweise Bestandteil von Herzschrittmachern und damit für einige Menschen lebenswichtig. Aber ein ganzes Lager voller Atommüll möchte wohl niemand vor seiner Haustür wissen, denn wie es so schön heißt: Die Dosis macht das Gift. Und hier kommt alles zusammen, was wir zu recht fürchten: Während wir einer ständigen, natürlichen Strahlungsexposition von 4 Millisievert pro Jahr (mSv/a) ausgesetzt, der wir uns nicht entziehen können, erlaubt die deutsche Strahlenschutzverordnung, dass die allgemeine Bevölkerung maximal weiteren 1 mSv/a ausgesetzt werden darf. Die Gesamttoxizität der Spaltprodukte von Uran die in einem einzigen Reaktor binnen eines Jahres anfallen wird auf 1.43 • 109 Sv/a geschätzt.

„Die Planung und Errichtung eines Endlagers für derartige Abfälle muss der nach dem Atomgesetz erforderlichen Schadensvorsorge nach dem Stand von Wissenschaft und Technik gerecht werden", so dass Bundesministerium für Umwelt, Natur und Reaktorsicherheit Das klingt in meinen Ohren nach einem „nach bestem Wissen und Können". Und in letzterem sehe ich ein Problem. Gibt uns die Einhaltung dieser Forderung, nämlich dass wir so gut wir eben können, ein Endlager errichtet haben, auch das Recht ein solches mit Atommüll voll zustopfen?

Angenommen, unsere Politiker finden einen geeigneten Ort für ein Endlager und die komplette Menschheit weiß bescheid, dass letzterer nicht betreten werden darf. In 150 Jahren wird das letzte Kernkraftwerk überflüssig, und das Endlager ist voll. Machen wir also die Tür zu. Sicherheitsschloss, Tresortür, Warnschilder - vom Totenkopf bis zu Schildern wie „Zutritt verboten - Ungehorsame zahlen mit ihrem Leben" säumen den Weg zum Endlager.
200 Jahre später interessiert sich kaum mehr jemand für die Energieprobleme des 21. Jahrhunderts.

Lassen wir 6000 Jahre vergehen. Was passiert währenddessen? Kriege? Naturkatastrophen? Eine Neue Weltordnung? Im Jahre 8423 machen Jugendliche eine tolle Entdeckung: Ein mysteriöser Weg, gesäumt von altertümlichen Schriftzeichen. Ein Grab? Vielleicht das einer wichtigen Persönlichkeit?
Die schwere Tür lässt auf einen besonderen Schutz des Verstorbenen schließen - so wie die Labyrinthe in den Pyramiden von Gizeh. Was da wohl drin sein mag?
Oder anders: Wie erginge es uns heute, hätten die Etrusker uns ein solches Erbe hinterlassen und hätten wir diese unwissend vor 100 Jahren geöffnet?

Als Wissenschaftlerin sehe ich das Problem so: Wenn man es löst, ist es keins mehr...

Das Teilchen befindet sich entweder im unteren oder oberen Zustand, man nennt ihn den „angeregten Zustand". Um vom unteren in den oberen Zustand zu gelangen, benötigt ein Teilchen genau die Energiedifferenz (dE) zwischen den beiden Zuständen, nicht mehr und natürlich auch nicht weniger. Es ist also nur möglich, das Teilchen mit der exakten Energie dE anzuregen. Dieses dE ist für alle Teilchen verschieden und wirkt somit wie ein „Fingerabdruck".

Im Falle des Röntgens - wird die gleichnamige Strahlung verwendet. Die energiereiche Röntgenstrahlung regt hauptsächlich das Calcium in unseren Knochen an. Beim MRT wird energiearme Radiostrahlung benutzt. Nichts anderes als diese beiden Spektroskopiemethoden tut ein Nacktscanner: Die verwendete Energie liegt im Bereich der Terahertzstrahlung, auch fernes Infrarot genannt. Sie wurde weder neu entdeckt, wie manche Medien behaupten, noch ist ihr Einsatz im Bereich der Spektroskopie eine komplett neue Erfindung. Sie regt Moleküle zum Schwingen an. Vor allem Biomoleküle, also Gewebemoleküle, werden von dieser Energie in Schwingung versetzt, während Stoffe, aus denen unsere Kleidung besteht, aber auch Metalle diese Strahlung einfach „ignorieren".

Doch Moleküle weilen nicht ewig im angeregten Zustand, irgendwann fallen sie wieder in das untere Energieniveau herab. Die Energie wird also wieder abgegeben. Ein Detektor, in unserem Fall der Nacktscanner, misst diese abgegebene Energie.
Nun schwingen die Moleküle unseres Körpers jedoch auch schon ohne, dass wir uns vorher bestrahlen lassen müssten. Immer wieder nehmen Moleküle Energie aus der Umgebung auf und andere Moleküle geben Energie ab, „strahlen" dabei Terahertzstrahlung. Ein stets vorhandener, natürlicher Prozess. So kann man auch ein Bild erstellen, ohne den Körper erst bestrahlen zu müssen. Dies ist das Prinzip des Passivscanners.

Warum also Aktivscanner verwenden? Je mehr Strahlung ich meinen Körper aussetze, desto mehr angeregte Moleküle weist er auf, die dann wieder „runterfallen" und dabei Energie abgeben, strahlen und somit das Bild das auf dem Körperscanner-Monitor erscheint verbessern, ganz so wie ein Foto kontrastreicher wird, wenn ich die Lichtquelle verbessere (zum Beispiel ein Blitz im geschlossenen Raum).
Metalle und nicht-biologische Materialien verhindern, dass der Detektor die vom Körper abgestrahlte Terahertzstrahlung erfassen kann. Das Prinzip gleicht dem einer dimmbaren Lampe: Je stärker sie gedimmt wird, desto weniger Lichtstrahlen gibt sie ab, desto dunkler wird es. Ohne Dimmung hingegen, gibt die Lampe mehr Lichtstrahlen ab, es wird heller und wir sehen besser. Das Metall entspricht in dem Fall dem Dimmer, der verhindert, dass unser Körper stark „strahlt".

So wird es erkannt und so hofft man, Waffen und Sprengstoffe am Körper von Terroristen zu entdecken, bevor sie ihren Absichten nachgehen können.
Und wie steht es mit unserer gesundheitlichen Belastung? Passivscanner nehmen ein Bild auf - wie eine Fotokamera, nur eben durch Wärme. Mir scheint die Gefahr, die von Passivscannern ausgeht, nicht größer zu sein, als die Gefahr, die ein Fieberthermometer auslöst. Aktivscannern oder gar Röntgenscannern hingegen können wir die potenzielle Gefahrenquelle nicht ohne weiteres absprechen. Die Terahertzstrahlung habe „merkwürdige Eigenschaften" und die von ihr ausgehenden Gefahren seien aufgrund der großen Spanne des Frequenzbereiches nicht abschätzbar, informiert uns die Süddeutsche Zeitung. Merkwürdige Eigenschaften? Eigentlich nicht, Terahertzstrahlung tut genau das, was jeder Chemiker oder Physiker von ihr erwartet: Sie regt Moleküle zum Schwingen an. Und eine große, unüberschaubare Frequenzspanne? Terahertzstrahlung reicht „von zehn Gigahertz (zehn Milliarden Schwingungen pro Sekunde), und endet erst beim Tausendfachen, also etwa zehn Terahertz." Ein Faktor von 1000 also. Genauso groß ist die Spanne der Energiebereiche der Mikrowellen, der Röntgenstrahlung sowie der hochenergetischen Gammastrahlung. Dieser Faktor ist so bekannt, dass die meisten Chemiestudenten den Wert kennen, bei der die Radiowellen beginnen und davon ausgehend in jeder Prüfung zurückrechnen. Diese Energiebereiche sind über die Eigenschaften der Schwingungen bestimmt. Daher weiß man sehr wohl, was die Strahlung in erster Linie tut: das Molekül zum Schwingen anregen. Was sie darüber hinaus noch tut, ist jedoch noch unbekannt. So bin auch ich von der neusten Idee der Sicherheitspolitik wenig begeistert.

Während in Deutschland über Terahertz-Scanner diskutiert wird, sind laut FAZ.net in den USA auch Röntgengeräte im Einsatz. Für solche Röntgengeräte beträgt die Strahlenbelastung (ein Maß, das die „Gefahr" durch die Strahlung der man sich exponiert messen soll) laut Informationen der Süddeutschen Zeitung nur 0.2 Mikrosivert, während ein achtstündiger Transatlantikflug uns mit 40 Mikrosivert belastet. Zum Vergleich: Einmal Lunge röntgen belastet den Körper mit 1,0 Millisivert, eine Computertomographie des Gehirns mit 45 Millisivert. (Quelle: Radiologie im Gesundheitszentrum Hamburg-Harburg.

Nach diesen Angaben wäre die Strahlendosis also so gefährlich wie die Höhenstrahlung die wir in 14.4 Sekunden Flugzeit erfahren oder anders: 5000 Mal müssten wir den Röntgenscanner passieren, um der Strahlenbelastung einer medizinischen Röntgenaufnahme ausgesetzt zu sein.

Da Terahertzstrahlung weniger energiereich und im Gegensatz zur Röntgenstrahlung nicht in der Lage ist, Biomoleküle zu ionisieren, ist davon auszugehen, dass die gesundheitliche Belastung bei der für Deutschland debattierten Form der Körperscanner noch geringer ist.