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Lukas Waurick
l.waurick
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Promotionsarbeiten
Optimierung elementspezifischer (bio)-organischer Liganden mittels theoretischer Chemie
Lukas Waurick
Prof. Dr. Thorsten Stumpf, Dr. Björn Drobot (HZDR)
Biogeochemie
02/2022 – 02/2025
Lanthanide sind ein begehrter Rohstoff für beispielsweise die Anwendung in der Mikroelektronik. Jedoch verhalten sie sich chemisch untereinander sehr ähnlich, sodass eine selektive Trennung bisher nur begrenzt möglich ist. Um dennoch eine Optimierung der Förderung von Lanthaniden zu erreichen ist es nötig, die grundlegenden Eigenschaften der chemischen Bindung zu diesen zu ergründen. Biopolymere haben sich in der Vergangenheit als hochaffine Liganden für die Bindung zu Lanthaniden bewährt und sind deshalb für die Erforschung der Bindungsverhältnisse von besonderem Interesse.
Modell eines Peptids, das eine koordinative Bindungen zu einem Lanthanid über Säuregruppen ausbildet
Ziel dieser Arbeit ist es mit verschiedenen Methoden der theoretischen Chemie sowohl bekannte Komplexverbindungen mit Lanthaniden zu analysieren als auch neue Liganden für eine hochaffine und selektive Komplexbildung abzuleiten. Zunächst werden dafür Molekulardynamik-Simulationen mit dem Referenzliganden Calmodulin EF4 und den dreiwertigen Lanthaniden Lanthan, Samarium und Europium durchgeführt. Zeitgleich wird eine Hybrid-Methode aus Dichtefunktionaltheorie und Kraftfeldberechnungen entwickelt, mit der eine große Anzahl von kurzen Peptiden hinsichtlich ihrer Affinität zu einem bestimmten Lanthanid sortiert werden kann. Die daraus resultierenden Liganden, sowie weitere hochaffine Komplexbildner werden mit Berechnungen im Bereich der Dichtefunktionaltheorie charakterisiert.
Diese Arbeit ist Teil des Projektes „PepTight“ (Lasst die Biologie ran - Peptide umgarnen entscheidende Rohstoffe: die "natürliche" Trennung von Lanthaniden), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 031B1122A gefördert wird.
