Chemie

@article{doi101021ja01639a090,
    author = "Huggins, Maurice L.",
    title = "Principles of Polymer Chemistry.",
    year = "1954",
    journal = "Journal of the American Chemical Society",
    url = "https://doi.org/10.1021/ja01639a090",
    doi = "10.1021/ja01639a090",
    openalex = "W2314659927"
}

@misc{goldberg1961chemistry9,
    author = "Goldberg, E. D",
    title = "Chemistry in the Oceans, in Sears, M., ed., Oceanography",
    year = "1961",
    howpublished = "Washington, D.C., American Association for the Advancement of Science, p. 583-597; Publication No. 67",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Goldberg, E. D., 1961, Chemistry in the Oceans, in Sears, M., ed., Oceanography: Washington, D.C., American Association for the Advancement of Science, p. 583-597; Publication No. 67.}"
}

@book{calvin1969chemical3,
    author = "Calvin, M",
    title = "Chemical Evolution",
    year = "1969",
    publisher = "Oxford, Oxford University Press, 278 p",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Calvin, M., 1969, Chemical Evolution: Oxford, Oxford University Press, 278 p.}"
}

@misc{dose1971the6,
    author = "Dose, K. und Zaki, L",
    title = "Die peroxidatische und katalytische Aktivität von Hämoproteinoïden",
    year = "1971",
    howpublished = "Z. Naturforsch, v. 26b, S. 144-148",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Dose, K., und Zaki, L., 1971, Die peroxidatische und katalytische Aktivität von Hämoproteinoïden: Z. Naturforsch, v. 26b, S. 144-148.}"
}

@misc{fuller1974chemistry8,
    author = "Fuller, E. C",
    title = "Chemistry and Man's Environment",
    year = "1974",
    howpublished = "Boston, Houghton Mifflin",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Fuller, E. C., 1974, Chemistry and Man's Environment: Boston, Houghton Mifflin.}"
}

@misc{schramm1974the11,
    author = "Schramm, D. N",
    title = "The Age of the Elements",
    year = "1974",
    howpublished = "Scientific American, v. 230, no. 1, p. 69-77",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Schramm, D. N., 1974, The Age of the Elements: Scientific American, v. 230, no. 1, p. 69-77.}"
}

@book{aw1976chemical1,
    author = "Aw, S. E",
    title = "Chemical Evolution",
    year = "1976",
    publisher = "Singapore, University Education Press",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Aw, S. E., 1976, Chemical Evolution: Singapore, University Education Press.}"
}

@misc{dickerson1976chemistry5,
    author = "Dickerson, R. E. und Geis, I",
    title = "Chemistry, Matter, and the Universe",
    year = "1976",
    howpublished = "Menlo Park, Ca., W.A. Benjamin",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Dickerson, R. E., und Geis, I., 1976, Chemistry, Matter, and the Universe: Menlo Park, Ca., W.A. Benjamin.}"
}

@misc{dickerson1978chemical4,
    author = "Dickerson, R. E",
    title = "Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens",
    year = "1978",
    howpublished = "Scientific American, v. 239, no. 3, p. 70-108",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Dickerson, R. E., 1978, Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens: Scientific American, v. 239, no. 3, p. 70-108.}"
}

@book{fox1980a7,
    author = "Fox, S. W. und Adachi, T. und Stillwell, W",
    title = "A quinone-assisted photoformation of energy-rich chemical bonds, in Veziroglu, T. N., ed., Solar Energy",
    year = "1980",
    publisher = "International Progress: New York, Pergamon Press, v. 2, p. 1056-1074",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Fox, S. W., Adachi, T., und Stillwell, W., 1980, A quinone-assisted photoformation of energy-rich chemical bonds, in Veziroglu, T. N., ed., Solar Energy: International Progress: New York, Pergamon Press, v. 2, p. 1056-1074.}"
}

@misc{raloff1986is10,
    author = "Raloff, J",
    title = "Gibt es eine kosmische Chemie des Lebens?",
    year = "1986",
    howpublished = "Science News, v. 130, p. 182",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Raloff, J., 1986, Gibt es eine kosmische Chemie des Lebens?: Science News, v. 130, p. 182.}"
}

@misc{brauman1988frontiers2,
    author = "Brauman, J. L",
    title = "Frontiers in Chemistry",
    year = "1988",
    howpublished = "Science, v. 240, no. 373",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Brauman, J. L., 1988, Frontiers in Chemistry: Science, v. 240, no. 373.}"
}

@misc{waldrop1989catalytic12,
    author = "Waldrop, M. M",
    title = "Katalytische RNA gewinnt Chemie-Nobelpreis",
    year = "1989",
    howpublished = "Science, v. 246, p. 325",
    note = "talkorigins\_source = {true}; raw\_reference = {Waldrop, M. M., 1989, Katalytische RNA gewinnt Chemie-Nobelpreis: Science, v. 246, p. 325.}"
}

Hoch in den kanadischen Rocky Mountains befindet sich ein kleiner Kalksteinbruch, der vor 530 Millionen Jahren entstanden ist und als Burgess Shale bekannt ist. Er enthält die Überreste eines antiken Meeres, in dem Dutzende seltsame Kreaturen lebten – eine vergessene Ecke der Evolution, die in atemberaubendem Detail erhalten ist. In diesem Buch untersucht Stephen Jay Gould, was der Burgess Shale über die Evolution und die Natur der Geschichte lehrt.

@article{doi105860choice273873,
    title = "Wonderful life: the Burgess Shale and the nature of history",
    year = "1990",
    journal = "Choice Reviews Online",
    abstract = "Hoch in den kanadischen Rocky Mountains befindet sich ein kleiner Kalksteinbruch, der vor 530 Millionen Jahren entstanden ist und als Burgess Shale bekannt ist. Er enthält die Überreste eines antiken Meeres, in dem Dutzende seltsame Kreaturen lebten – eine vergessene Ecke der Evolution, die in atemberaubendem Detail erhalten ist. In diesem Buch untersucht Stephen Jay Gould, was der Burgess Shale über die Evolution und die Natur der Geschichte lehrt.",
    url = "https://doi.org/10.5860/choice.27-3873",
    doi = "10.5860/choice.27-3873",
    openalex = "W1675572849"
}

Teil 1 Vom molekularen zur supramolekularen Chemie: Konzepte und Sprache der supramolekularen Chemie. Teil 2 Molekulare Erkennung: Erkennung, Information, Komplementarität molekulare Rezeptoren - Designprinzipien sphärische Erkennung - Cryptate von Metallkationen tetraedrische Erkennung durch makrotricyclische Cryptande Erkennung von Ammoniumionen und verwandten Substraten Bindung und Erkennung neutraler Moleküle. Teil 3 Anionen-Koordinationschemie und die Erkennung von anionischen Substraten. Teil 4 Corezeptormoleküle und mehrfache Erkennung: Dinukleare und polynukleare Metallion-Cryptate lineare Erkennung der Molekülgröße durch ditopische Corezeptoren heterotopische Corezeptoren - Cyclophan-Rezeptoren, amphiphile Rezeptoren, große molekulare Käfige multiple Erkennung in Metallrezeptoren supramolekulare Dynamik. Teil 5 Supramolekulare Reaktivität und Katalyse: Katalyse durch reaktive makrocyclische Kationen-Rezeptormoleküle Katalyse durch reaktive Anionen-Rezeptormoleküle Katalyse mit Cyclophan-Typ-Rezeptoren supramolekulare Metall-Katalyse Kokatalyse - Katalyse synthetischer Reaktionen biomolekulare und abiotische Katalyse. Teil 6 Transportprozesse und Trägerdesign: Trägervermittelter Transport Kationen-Transportprozesse - Kationenträger Anionen-Transportprozesse - Anionenträger gekoppelte Transportprozesse Elektronengekoppelter Transport in einem Redoxgradienten Protonengekoppelter Transport in einem pH-Gradienten Lichtgekoppelte Transportprozesse Transfer über Transmembran-Kanäle. Teil 7 Von Supermolekülen zu polymolekularen Assemblierungen: heterogene molekulare Erkennung - supramolekulare Feststoffe von Endorezeptoren zu Exorezeptoren - molekulare Erkennung an Oberflächen molekulare und supramolekulare Morphogenese supramolekulare heterogene Katalyse. Teil 8 Molekulare und supramolekulare Geräte: molekulare Erkennung, Information und Signale - Semiochemie supramolekulare Photochemie - molekulare und supramolekulare photonische Geräte Lichtumwandlung und Energietransfer-Geräte lichtempfindliche molekulare Rezeptoren photoinduzierter Elektronentransfer in photoaktiven Geräten photoinduzierte Reaktionen in supramolekularen Spezies nichtlineare optische Eigenschaften supramolekularer Spezies supramolekulare Effekte in photochemischen Lochverbrennung molekulare und supramolekulare elektronische Geräte supramolekulare Elektrochemie elektronenleitende Geräte - molekulare Drähte polarisierte molekulare Drähte - gleichrichtende Geräte modifizierte und schaltbare molekulare Drähte molekulare magnetische Geräte molekulare und supramolekulare ionische Geräte tubuläre Mesophasen. (Inhaltsverzeichnis der Teile).

@book{doi1010023527607439,
    author = "Lehn, J.-M.",
    title = "Supramolekulare Chemie",
    year = "1995",
    abstract = "Teil 1 Vom molekularen zur supramolekularen Chemie: Konzepte und Sprache der supramolekularen Chemie. Teil 2 Molekulare Erkennung: Erkennung, Information, Komplementarität molekulare Rezeptoren - Designprinzipien sphärische Erkennung - Cryptate von Metallkationen tetraedrische Erkennung durch makrotricyclische Cryptande Erkennung von Ammoniumionen und verwandten Substraten Bindung und Erkennung neutraler Moleküle. Teil 3 Anionen-Koordinationschemie und die Erkennung von anionischen Substraten. Teil 4 Corezeptormoleküle und mehrfache Erkennung: Dinukleare und polynukleare Metallion-Cryptate lineare Erkennung der Molekülgröße durch ditopische Corezeptoren heterotopische Corezeptoren - Cyclophan-Rezeptoren, amphiphile Rezeptoren, große molekulare Käfige multiple Erkennung in Metallrezeptoren supramolekulare Dynamik. Teil 5 Supramolekulare Reaktivität und Katalyse: Katalyse durch reaktive makrocyclische Kationen-Rezeptormoleküle Katalyse durch reaktive Anionen-Rezeptormoleküle Katalyse mit Cyclophan-Typ-Rezeptoren supramolekulare Metall-Katalyse Kokatalyse - Katalyse synthetischer Reaktionen biomolekulare und abiotische Katalyse. Teil 6 Transportprozesse und Trägerdesign: Trägervermittelter Transport Kationen-Transportprozesse - Kationenträger Anionen-Transportprozesse - Anionenträger gekoppelte Transportprozesse Elektronengekoppelter Transport in einem Redoxgradienten Protonengekoppelter Transport in einem pH-Gradienten Lichtgekoppelte Transportprozesse Transfer über Transmembran-Kanäle. Teil 7 Von Supermolekülen zu polymolekularen Assemblierungen: heterogene molekulare Erkennung - supramolekulare Feststoffe von Endorezeptoren zu Exorezeptoren - molekulare Erkennung an Oberflächen molekulare und supramolekulare Morphogenese supramolekulare heterogene Katalyse. Teil 8 Molekulare und supramolekulare Geräte: molekulare Erkennung, Information und Signale - Semiochemie supramolekulare Photochemie - molekulare und supramolekulare photonische Geräte Lichtumwandlung und Energietransfer-Geräte lichtempfindliche molekulare Rezeptoren photoinduzierter Elektronentransfer in photoaktiven Geräten photoinduzierte Reaktionen in supramolekularen Spezies nichtlineare optische Eigenschaften supramolekularer Spezies supramolekulare Effekte in photochemischen Lochverbrennung molekulare und supramolekulare elektronische Geräte supramolekulare Elektrochemie elektronenleitende Geräte - molekulare Drähte polarisierte molekulare Drähte - gleichrichtende Geräte modifizierte und schaltbare molekulare Drähte molekulare magnetische Geräte molekulare und supramolekulare ionische Geräte tubuläre Mesophasen. (Inhaltsverzeichnis der Teile).",
    url = "https://doi.org/10.1002/3527607439",
    doi = "10.1002/3527607439",
    openalex = "W29179573"
}

Die eukaryotischen Proteinkinasen bilden eine große Superfamilie homologer Proteine. Sie sind aufgrund ihrer Kinasedomänen (auch als katalytische Domänen bekannt) verwandt, die aus ≈ 250‐300 Aminosäureresten bestehen. Die Kinasedomänen, die diese Gruppe von Enzymen definieren, enthalten 12 konservierte Subdomänen, die sich in eine gemeinsame katalytische Kernstruktur falten, wie durch die dreidimensionalen Strukturen von gespaltenen Protein-Serinkinasen aufgezeigt wurde. Innerhalb der Superfamilie gibt es zwei Hauptunterteilungen: die Protein-Ser-/Threoninkinasen und die Protein-Tyrosinkinasen. Ein Klassifikationsschema kann auf einer Kinasedomänen-Phylogenie aufgebaut werden, die Familien von Enzymen offenbart, die verwandte Substratspezifitäten und Regulationsmodi aufweisen.—Hanks, S. K., Hunter, T. The eukaryotic protein kinase superfamily: kinase (catalytic) domain structure and classification. FASEB J. 9, 576‐596 (1995)

@article{doi101096fasebj987768349,
    author = "Hanks, Steven K. und Hunter, Tony",
    title = "The eukaryotic protein kinase superfamily: kinase (catalytic) domain structure and classification 1",
    year = "1995",
    journal = "The FASEB Journal",
    abstract = "Die eukaryotischen Proteinkinasen bilden eine große Superfamilie homologer Proteine. Sie sind aufgrund ihrer Kinasedomänen (auch als katalytische Domänen bekannt) verwandt, die aus ≈ 250‐300 Aminosäureresten bestehen. Die Kinasedomänen, die diese Gruppe von Enzymen definieren, enthalten 12 konservierte Subdomänen, die sich in eine gemeinsame katalytische Kernstruktur falten, wie durch die dreidimensionalen Strukturen von gespaltenen Protein-Serinkinasen aufgezeigt wurde. Innerhalb der Superfamilie gibt es zwei Hauptunterteilungen: die Protein-Ser-/Threoninkinasen und die Protein-Tyrosinkinasen. Ein Klassifikationsschema kann auf einer Kinasedomänen-Phylogenie aufgebaut werden, die Familien von Enzymen offenbart, die verwandte Substratspezifitäten und Regulationsmodi aufweisen.—Hanks, S. K., Hunter, T. The eukaryotic protein kinase superfamily: kinase (catalytic) domain structure and classification. FASEB J. 9, 576‐596 (1995)",
    url = "https://doi.org/10.1096/fasebj.9.8.7768349",
    doi = "10.1096/fasebj.9.8.7768349",
    openalex = "W4295216797"
}

@article{doi105860choice332140,
    title = "Prinzipien der Polymerchemie",
    year = "1995",
    journal = "Choice Reviews Online",
    url = "https://doi.org/10.5860/choice.33-2140",
    doi = "10.5860/choice.33-2140",
    openalex = "W1505352099"
}

Die eukaryotischen Proteinkinasen bilden eine große Superfamilie homologer Proteine. Sie sind aufgrund ihrer Kinase-Domänen (auch katalytische Domänen genannt) miteinander verwandt, die aus etwa 250-300 Aminosäureresten bestehen. Die Kinase-Domänen, die diese Gruppe von Enzymen definieren, enthalten 12 konservierte Subdomänen, die sich zu einer gemeinsamen katalytischen Kernstruktur falten, wie durch die dreidimensionalen Strukturen mehrerer Protein-Serinkinasen aufgezeigt wurde. Innerhalb der Superfamilie gibt es zwei Hauptunterteilungen: die Protein-Ser-/Threoninkinasen und die Protein-Tyrosinkinasen. Ein Klassifizierungsschema kann auf einer Kinase-Domänen-Phylogenie basieren, die Familien von Enzymen aufzeigt, die verwandte Substratspezifitäten und Regulationsmodi aufweisen.

@article{openalexw1875580551,
    author = "Hanks, Steven K. und Hunter, Tony",
    title = "Protein kinases 6. The eukaryotic protein kinase superfamily: kinase (catalytic) domain structure and classification.",
    year = "1995",
    journal = "PubMed",
    abstract = "The eukaryotic protein kinases make up a large superfamily of homologous proteins. They are related by virtue of their kinase domains (also known as catalytic domains), which consist of approximately 250-300 amino acid residues. The kinase domains that define this group of enzymes contain 12 conserved subdomains that fold into a common catalytic core structure, as revealed by the 3-dimensional structures of several protein-serine kinases. There are two main subdivisions within the superfamily: the protein-serine/threonine kinases and the protein-tyrosine kinases. A classification scheme can be founded on a kinase domain phylogeny, which reveals families of enzymes that have related substrate specificities and modes of regulation.",
    openalex = "W1875580551"
}

Kapillarität. Die Natur und Thermodynamik flüssiger Grenzflächen. Oberflächenfilme auf flüssigen Substraten. Elektrische Aspekte der Oberflächenchemie. Fernreichweitige Kräfte. Oberflächen von Festkörpern. Oberflächen von Festkörpern: Mikroskopie und Spektroskopie. Die Bildung einer neuen Phase – Keimbildung und Kristallwachstum. Die Festkörper-Flüssigkeits-Grenzfläche – Kontaktwinkel. Die Festkörper-Flüssigkeits-Grenzfläche – Adsorption aus Lösung. Reibung, Schmierung und Adhäsion. Benetzung, Flotation und Reinigung. Emulsionen, Schäume und Aerosole. Makromolekulare Oberflächenfilme, geladene Filme und Langmuir-Blodgett-Schichten. Die Festkörper-Gas-Grenzfläche – Allgemeine Überlegungen. Adsorption von Gasen und Dämpfen an Festkörpern. Chemisorption und Katalyse. Index.

@article{doi105860choice354499,
    author = "Adamson, Arthur W.",
    title = "Physical chemistry of surfaces",
    year = "1998",
    journal = "Choice Reviews Online",
    abstract = "Capillarity. The Nature and Thermodynamics of Liquid Interfaces. Surface Films on Liquid Substrates. Electrical Aspects of Surface Chemistry. Long--Range Forces. Surfaces of Solids. Surfaces of Solids: Microscopy and Spectroscopy. The Formation of a New Phase--Nucleation and Crystal Growth. The Solid--Liquid Interface--Contact Angle. The Solid--Liquid Interface--Adsorption from Solution. Frication, Lubrication, and Adhesion. Wetting, Flotation, and Detergency. Emulsions, Foams, and Aerosols. Macromolecular Surface Films, Charged Films, and Langmuir--Blodgett Layers. The Solid--Gas Interface--General Considerations. Adsorption of Gases and Vapors on Solids. Chemisorption and Catalysis. Index.",
    url = "https://doi.org/10.5860/choice.35-4499",
    doi = "10.5860/choice.35-4499",
    openalex = "W2062070676"
}

Seit über einem Vierteljahrhundert ist Cotton und Wilkinsons Advanced Inorganic Chemistry die Quelle, auf die sich Studierende und professionelle Chemiker für den Hintergrund wenden, der notwendig ist, um die aktuelle Forschungsliteratur in der anorganischen Chemie und Aspekte der Organometallchemie zu verstehen. Wie seine Vorgänger ist diese aktualisierte sechste Auflage um das Periodensystem der Elemente organisiert und bietet eine systematische Behandlung der Chemie aller chemischen Elemente und ihrer Verbindungen. Sie integriert wichtige jüngste Entwicklungen mit einem Schwerpunkt auf Fortschritten in der Interpretation von Struktur, Bindung und Reaktivität. Aus den Rezensionen der fünften Auflage:* Der erste Anlaufpunkt, wenn allgemeine Informationen über die Chemie eines bestimmten Elements gesucht werden, insbesondere wenn aktuelle, autoritative Informationen gewünscht sind. -Journal of the American Chemical Society.* Jeder Student mit einem ernsthaften Interesse an anorganischer Chemie sollte [dieses Buch] haben. -Journal of Chemical Education.* Eine Fundgrube an Informationen... ein unschätzbarer Leitfaden. -Nature.* Der Maßstab, an dem alle anderen Bücher zur anorganischen Chemie gemessen werden. -Nouveau Journal de Chimie.* Eine meisterhafte Übersicht über die Chemie der Elemente. -The Times of London Higher Education Supplement.* Eine Fundgrube an Informationen zu wichtigen Ergebnissen und Entwicklungen, die sonst leicht im allgemeinen Flut von Veröffentlichungen übersehen werden könnten. -Angewandte Chemie.

@article{doi105860choice370940,
    title = "Advanced inorganic chemistry",
    year = "1999",
    journal = "Choice Reviews Online",
    abstract = "For more than a quarter century, Cotton and Wilkinson's Advanced Inorganic Chemistry has been the source that students and professional chemists have turned to for the background needed to understand current research literature in inorganic chemistry and aspects of organometallic chemistry. Like its predecessors, this updated Sixth Edition is organized around the periodic table of elements and provides a systematic treatment of the chemistry of all chemical elements and their compounds. It incorporates important recent developments with an emphasis on advances in the interpretation of structure, bonding, and reactivity.From the reviews of the Fifth Edition:* The first place to go when seeking general information about the chemistry of a particular element, especially when up-to-date, authoritative information is desired. -Journal of the American Chemical Society.* Every student with a serious interest in inorganic chemistry should have [this book]. -Journal of Chemical Education.* A mine of information... an invaluable guide. -Nature.* The standard by which all other inorganic chemistry books are judged.-Nouveau Journal de Chimie.* A masterly overview of the chemistry of the elements.-The Times of London Higher Education Supplement.* A bonanza of information on important results and developments which could otherwise easily be overlooked in the general deluge of publications. -Angewandte Chemie.",
    url = "https://doi.org/10.5860/choice.37-0940",
    doi = "10.5860/choice.37-0940",
    openalex = "W1523417784"
}

Zusammenfassung Wir präsentieren die theoretischen und technischen Grundlagen des Amsterdam Density Functional (ADF)-Programms mit einer Übersicht über die Eigenschaften des Codes (numerische Integration, Dichteanpassung für das Coulomb-Potential und STO-Basisfunktionen). Neue Entwicklungen verbessern die Effizienz von ADF (z. B. Parallelisierung, nahezu lineare Skalierung, QM/MM) und seine Funktionalität (z. B. NMR-Chemische Verschiebungen, COSMO-Lösungsmittel-Effekte, ZORA-relativistische Methode, Anregungsenergien, frequenzabhängige (hyper)polarisierbare Größen, atomare VDD-Ladungen). Im Abschnitt Anwendungen diskutieren wir das physikalische Modell der elektronischen Struktur und der chemischen Bindung, d. h. die Kohn–Sham-Molekülorbitaltheorie (MO), und veranschaulichen die Leistungsfähigkeit des Kohn–Sham-MO-Modells in Verbindung mit dem für ADF typischen Fragmentansatz, um chemische Phänomene quantitativ zu verstehen und vorherzusagen. Wir überblicken das „Aktivierungs-Dehnungs-Übergangszustands-Wechselwirkungs"- (ATS-) Modell der chemischen Reaktivität als konzeptuellen Rahmen, um zu verstehen, wie Aktivierungsbarrieren verschiedener Arten von (konkurrierenden) Reaktionsmechanismen entstehen und wie sie gesteuert werden können, beispielsweise in der organischen Chemie oder der homogenen Katalyse. Schließlich fügen wir eine kurze Diskussion exemplarischer Anwendungen im Bereich der Biochemie (Struktur und Bindung von DNA) und der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) hinzu, um zu zeigen, wie diese Entwicklung die ADF-Werkzeuge für die Analyse chemischer Phänomene weiter stärkt. © 2001 John Wiley & Sons, Inc. J Comput Chem 22: 931–967, 2001

@article{doi101002jcc1056,
    author = "te Velde, G. und Bickelhaupt, F. Matthias und Baerends, Evert Jan und Guerra, Célia Fonseca und van Gisbergen, S. J. A. und Snijders, J. G. und Ziegler, Tom",
    title = "Chemistry with ADF",
    year = "2001",
    journal = "Journal of Computational Chemistry",
    abstract = "Zusammenfassung Wir präsentieren die theoretischen und technischen Grundlagen des Amsterdam Density Functional (ADF)-Programms mit einer Übersicht über die Eigenschaften des Codes (numerische Integration, Dichteanpassung für das Coulomb-Potential und STO-Basisfunktionen). Neue Entwicklungen verbessern die Effizienz von ADF (z. B. Parallelisierung, nahezu lineare Skalierung, QM/MM) und seine Funktionalität (z. B. NMR-Chemische Verschiebungen, COSMO-Lösungsmittel-Effekte, ZORA-relativistische Methode, Anregungsenergien, frequenzabhängige (hyper)polarisierbare Größen, atomare VDD-Ladungen). Im Abschnitt Anwendungen diskutieren wir das physikalische Modell der elektronischen Struktur und der chemischen Bindung, d. h. die Kohn–Sham-Molekülorbitaltheorie (MO), und veranschaulichen die Leistungsfähigkeit des Kohn–Sham-MO-Modells in Verbindung mit dem für ADF typischen Fragmentansatz, um chemische Phänomene quantitativ zu verstehen und vorherzusagen. Wir überblicken das „Aktivierungs-Dehnungs-Übergangszustands-Wechselwirkungs"- (ATS-) Modell der chemischen Reaktivität als konzeptuellen Rahmen, um zu verstehen, wie Aktivierungsbarrieren verschiedener Arten von (konkurrierenden) Reaktionsmechanismen entstehen und wie sie gesteuert werden können, beispielsweise in der organischen Chemie oder der homogenen Katalyse. Schließlich fügen wir eine kurze Diskussion exemplarischer Anwendungen im Bereich der Biochemie (Struktur und Bindung von DNA) und der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie (TDDFT) hinzu, um zu zeigen, wie diese Entwicklung die ADF-Werkzeuge für die Analyse chemischer Phänomene weiter stärkt. © 2001 John Wiley \& Sons, Inc. J Comput Chem 22: 931–967, 2001",
    url = "https://doi.org/10.1002/jcc.1056",
    doi = "10.1002/jcc.1056",
    openalex = "W2150345533",
    references = "doi101021cr00088a005, doi101039p29930000799, doi1010631464304, doi1010631464913, doi101103physrev140a1133, doi101103physreva383098, doi101103physrevb338822, doi101103physrevb37785, doi101103physrevb466671, doi101103physrevb4849782, doi101139p80159"
}

Der Titel einer Seminarpräsentation von I. C. Gunsalus im Jahr 1973 lautete Oxygen: An essential toxin, was eine Referenz auf die komplexe Rolle, die atmosphärisches Dioxygen in der Biologie spielt. Die relativ einfache Funktion als terminaler Oxidant für aerobe Lebewesen wurde durch Osamu Hayaishi dramatisch erweitert, als er ein Enzym identifizierte, das die Umwandlung von Catechol zu Muconsäure durch oxidative Spaltung katalysiert.1 Er nannte diesen biologischen Katalysator Pyrocatechase, was sich als bahnbrechende Entdeckung eines Enzyms erwies, das atmosphärisches Dioxygen in die Kohlenstoffkette des Substrats einbindet und dadurch die Spaltung des Benzolrings einleitet. Diese Übersicht über das Oxygenase-Cytochrom P450 ist Dr. Hayaishi und seiner bahnbrechenden Entdeckung gewidmet, die nun das 50. Jubiläum seines Werkes markiert!\n\nWir erkennen nun, dass die Natur viele Wege gefunden hat, atmosphärisches Dioxygen zur Funktionalisierung von Molekülen zu nutzen, indem sie eine vielfältige Reihe von Cofaktoren einsetzt. Flavin, nicht-häm-Eisen, Kupfer und Metallporphyrin-Komplexe wurden alle rekrutiert, um atmosphärisches Dioxygen in einem Oxygenase-katalytischen Zyklus zu metabolisieren, was zur Einbindung von einem oder beiden Sauerstoffatomen in ein Substrat führt. Diese Übersicht konzentriert sich auf eine der Häm-haltigen Klassen, die Cytochrome P450s genannt werden und mit CYP abgekürzt werden. Obwohl es nur ein Mitglied in der großen Gruppe der Oxygenasen ist, spielen die Cytochrome P450 eine Vielzahl kritischer Rollen in der Biologie.\n\nViele Mitglieder der Cytochrom P450-Superfamilie der Hämoproteine sind derzeit bekannt, und die Zahlen wachsen weiter, da mehr Genome sequenziert werden. Zum Zeitpunkt dieses Schreibens gibt es fast 4000 identifizierte P450-Gene, und sie werden in einer Vielzahl von Websites gesammelt und annotiert, wie der von Nelson gepflegten (http://drnelson.utmem.edu/CytochromeP450.html). Die Cytochrome P450 wurden in allen Ästen des Lebensbaums gefunden, der die Vielfalt der Lebensformen katalogisiert. In den breitesten Ausdrücken gibt es zwei Hauptfunktionsrollen für diese Oxygenasen. Eine ist der Metabolismus von Xenobiotika (Verbindungen, die exogen zum Organismus sind) als eine Schutzfunktion des Abbaus oder der Bereitstellung von polaren Griffen für die Löslichkeit in Vorbereitung auf die Ausscheidung. Eine zweite breite Funktionsrolle ist in der Biosynthese kritischer Signalstoffe, die zur Kontrolle von Entwicklung und Homöostase verwendet werden. In Säugetiergeweben spielen die P450s diese Rollen durch den Metabolismus von Arzneimitteln und Xenobiotika sowie die Synthese von Steroidhormonen und den Fettlöslichen Vitamin-Metabolismus und die Umwandlung von mehrfach ungesättigten Fettsäuren in biologisch aktive Moleküle, jeweils. Ähnliche Rollen werden in Pflanzen (Hormonbiosynthese und Herbizidabbau) und Insekten (Kontrolle der Entwicklung über Hormonbiosynthese oder Bereitstellung von Insektizidresistenz) erfüllt. Zum Beispiel haben Pflanzen eine ungewöhnlich große Anzahl von P450-Genen. Ein Grund ist ihre sessile Natur: Pflanzen verteidigen sich beispielsweise durch den Abbau von Herbiziden, indem sie die Synthese einer großen Anzahl von Sekundärmetaboliten katalysieren oder Abwehrmoleküle wie DIMBOA synthetisieren.2,3 Zusätzlich wird die Biosynthese kritischer metabolischer Regulatoren oft ebenfalls von den Cytochromen P450 durchgeführt.\n\nDie wichtige metabolische Rolle zusammen mit der einzigartigen Chemie und physikalischen Eigenschaften der Cytochrome P450 bieten eine starke Anziehungskraft für Wissenschaftler in vielen Disziplinen. Relevanz für die menschliche Gesundheit war der anfängliche Fokus von Pharmakologen und Toxikologen. Die Rolle von Metallzentren und ihren damit verbundenen einzigartigen spektralen Eigenschaften in den Cytochromen P450 ist ein Magnet für Bioanorganische Chemiker und Biophysiker. Die schwierige Umwandlung von nicht-aktivierten Kohlenwasserstoffen zog den Bioorganischen Chemiker an. Mit der Genomrevolution und Einblicken in den komplexen Prozess der transkriptionellen und translationellen Regulation fanden Biochemiker und Molekularbiologen spannende Probleme in der Studie der CYPs.\n\nEine anhaltende Herausforderung ist es zu verstehen, wie die vielfältige Reihe von Substratspezifitäten und metabolischen Transformationen durch die präzise Natur des Häm-Eisen-Sauerstoff- und Proteinstrukturen bestimmt werden. Die Struktur und elektronische Konfiguration der aktiven Sauerstoff-Intermediate, die als effiziente Katalysatoren dienen, bleibt ein Bereich aktiver Forschung. Diese Reichhaltigkeit an metabolischem Potenzial wird durch die Bedeutung genetischer Unterschiede, einschließlich einzelner Nukleotid-Polymorphismen, kompliziert, die die physiologischen Reaktionen der Cytochrome P450 verändern können. Somit hat man in den letzten fünf-plus Jahrzehnten die Evolution von einem ganzen-Organ- und Tierpharmakologie-Ansatz zu einer Suche nach den molekularen Details gesehen, die für ein präzises Verständnis der Struktur und Funktion der P450-Systeme in der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase notwendig sind. Die P450s werden nun als eine große Vielfalt phylogenetisch verteilter Isoform-Aktivitäten anerkannt, und diese Variationen im metabolischen Profil und Substratspezifität werden letztendlich durch die Bioanorganische Chemie von Häm-Eisen und Sauerstoff bestimmt, wie sie vom Proteinumfeld kontrolliert wird.\n\nMit der Aufklärung präziser Strukturen für viele P450-Hämoproteine sowie der Anwendung vielfältiger biochemischer und biophysikalischer Methoden beginnt diese vielfältige Klasse von Oxygenasen, ihre Geheimnisse preiszugeben. Vieles bleibt jedoch zu lernen, da viele der grundlegenden chemischen Entitäten und katalytischen Details, obwohl sie vielleicht in Lehrbüchern beschrieben sind, tatsächlich noch schlecht verstanden sind. Der Fokus dieser Übersicht ist es, das aktuelle Wissensbasis der Cytochrom P450 Struktur-Funktion in den Kontext der allgemeinen Aspekte der Metalloenzym-Funktion zu setzen. Im Jahr 2006 wird Dr. Hayaishi, der Gründer dieses breiten Feldes des Sauerstoffmetabolismus, einen wichtigen Geburtstag feiern. Hoffentlich wird er beim Lesen dieser Übersicht von dem hervorragenden Fortschritt beeindruckt sein, der mit diesem speziellen Oxygenase realisiert wurde, und gleichzeitig vielleicht einige wichtige Vorschläge bezüglich Wege zur Lösung der verbleibenden Probleme machen.lems.4\n\nCytochrom P450 hat seit seiner Entdeckung von der Aufmerksamkeit anorganischer, organischer und physikalischer Chemiker profitiert aufgrund seiner einzigartigen \nSpektraleigenschaften sowie seiner Fähigkeit, eine Vielzahl schwieriger Biotransformationen effizient zu katalysieren. Mit der Entdeckung \nder Beteiligung von P450 an der Steroidbiosynthese in den 1970er Jahren, verbunden mit seiner zentralen Funktion im Arzneimittelstoffwechsel \nund seiner Rolle in einer Vielzahl anderer pharmazeutischer Anwendungen, wurde P450 zu einem der intensiv untersuchten biochemischen Systeme. \nEs wurden mehrere Monographien, gedruckte Konferenzberichte und thematische Bücher veröffentlicht sowie spezielle Bände der Methods in Enzymology, \nvon denen nur wenige hier referenziert werden können.5−12\n\nDie Cytochrom P450s wurden vor allem für ihre Effizienz bei der Hydroxylierung von unaktivierten Alkanen bekannt, da nur eine ausgewählte \nAnzahl von Oxygenasen den erforderlichen aktiven Sauerstoffzustand besitzen. Mit gleicher Wirksamkeit können P450s eine Vielzahl von \nBiotransformationen durchführen. Die Liste in ref 13 umfasst mehr als 20 verschiedene chemische Reaktionen. Einige weitere ungewöhnliche \nReaktionen, die von P450 katalysiert werden, wurden kürzlich von Guengerich rezensiert.14\n\nDer Mechanismus von P450 ist eine komplexe Kaskade einzelner Schritte, die die Interaktion von Protein-Redox-Partnern und den Verbrauch \nvon Reduktionsäquivalenten beinhaltet, meist in Form von NAD(P)H. Es ist etwas bescheiden machend, dass die frühesten Versionen des \nenzymatischen Zyklus, die vor über 30 Jahren veröffentlicht wurden, einen Großteil der wichtigen Schritte durch physikalische und chemische \nMethoden charakterisiert hatten.15 Kontinuierliche Verfeinerung hat zu detaillierteren Versionen geführt und die direkte Beobachtung \nund strukturelle Charakterisierung neuer Addukte von Eisen und Sauerstoff ermöglicht. Die aktuelle Version enthält acht Intermediate, \neinschließlich hochtransienter eingesperrter Radikalpaare, und wurde aus verschiedenen Perspektiven rezensiert.11,12,16−19\n\nWährend die grundlegenden Konzepte, die für die P450-Katalyse zentral sind, bereits Anfang der 1970er Jahre verstanden wurden, wurde \nin den letzten zehn Jahren bemerkenswerter Fortschritt im detaillierten Verständnis dieser Mechanismen erzielt. Dies war möglich aufgrund \nder Ansammlung aufregender Daten, die durch die Anwendung eines breiten Spektrums neuer Methoden generiert wurden, einschließlich \nsystematischer gerichteter Mutagenese, hochauflösender Röntgenkristallstrukturbestimmung, multiparametrischer spektroskopischer \nCharakterisierung von Intermediate, Isolierung kritischer Schritte unter Verwendung kryogener oder schneller kinetischer Techniken \nund vieler hervorragender quantenchemischer und molekularer Dynamik-Rechenstudien. Die aktuelle Sichtweise der Sauerstoffaktivierungsmechanismen, \ndie von Metallzentren in Häm-Enzymen katalysiert werden (sowie in nicht-Häm-Enzymen, die außerhalb des Rahmens dieser Übersicht liegen), \nsichert eine viel bessere Gelegenheit, das gemeinsame mechanistische Bild zu sehen, als dies früher möglich war.20 Erfolgreiche \nmechanistische Studien anderer Häm-Enzyme, die verschiedene Formen von sogenannten 'aktiven Sauerstoff-Intermediate' verwenden, \nwie Peroxidasen,21,22 Häm-Oxygenasen (HO),23−25 Katalasen,26 Stickstoffmonoxid-Synthasen (NOS),27,28 Peroxygenasen,29,30 \nbieten eine Vision eines hochdiversen Cofaktors. Mechanistische Einblicke aus jedem dieser verschiedenen Systeme haben wichtige \nergänzende Einblicke in den Cytochrom P450-Mechanismus geliefert. Eine grundlegende verbleibende Frage ist, wie das Protein \neffiziente Leistung solcher unterschiedlicher Funktionen unter Verwendung ähnlicher hochreaktiver Häm-Sauerstoff-Komplexe steuert. \nder Vergleich ähnlicher reaktiver Intermediate in verschiedenen Enzymen hilft, zwischen den wesentlichen Merkmalen jedes der \nEnzyme zu unterscheiden und liefert so zusätzliche Hinweise zur Aufdeckung der aktiven Rolle des Proteins in der Häm-Enzym-Katalyse. \nder jüngste Fortschritt in der Isolierung und kryogenen Stabilisierung einiger dieser Intermediate ermöglicht direkte spektroskopische \nund strukturelle Studien dieser Art.\n\nEine erschöpfende Übersicht aller Errungenschaften in der Sauerstoffaktivierungschemie ist offensichtlich schwierig, selbst wenn das Feld \nauf die Prozesse beschränkt wird, die direkt für die P450-Katalyse relevant sind. Diskussion der P450 cat

@article{doi101021cr0307143,
    author = "Denisov, Ilia G. and Makris, Thomas M. and Sligar, Stephen G. and Schlichting, Ilme",
    title = "Structure and Chemistry of Cytochrome P450",
    year = "2005",
    journal = "Chemical Reviews",
    abstract = "The title to a seminar presentation by I. C. Gunsalus in 1973 was Oxygen: An essential toxin, referring to the complex \nrole that atmospheric dioxygen has in biology. The relatively simple function as terminal oxidant for aerobic life was dramatically \naugmented by Osamu Hayaishi with his identification of an enzyme that catalyzes the conversion of catechol to muconic acid by \noxidative cleavage.1 He named this biological catalyst pyrocatechase, which proved to be the landmark discovery of an enzyme \nthat incorporated atmospheric dioxygen into the carbon chain of the substrate, thereby initiating cleavage of the benzene ring. \nThis review of the oxygenase cytochrome P450 is dedicated to Dr. Hayaishi and his pioneering discovery in what is now the 50th anniversary of his work!\n\nWe now realize that Nature has found many ways to utilize atmospheric dioxygen to functionalize molecules through the use of a diverse \nset of cofactors. Flavin, non−heme iron, copper, and metalloporphyrin complexes have all been conscripted to metabolize atmospheric \ndioxygen in an oxygenase catalytic cycle, resulting in the incorporation of one or both oxygen atoms into a substrate. This review focuses \non one of the heme−containing classes, termed cytochrome P450s and abbreviated CYP. Although but one member in the large group of \noxygenases, the cytochrome P450s play a variety of critical roles in biology.\n\nMany members of the cytochrome P450 superfamily of hemoproteins are currently known, and the numbers continue to grow as more genomes \nare sequenced. There are almost 4000 identified P450 genes at the date of this writing, and they are collected and annotated in a variety \nof web sites, such as that maintained by Nelson (http://drnelson. utmem.edu/CytochromeP450.html). The cytochrome P450s have been found in \nall branches of the tree of life that catalogs the diversity of life forms. In the broadest terms, there are two main functional roles for \nthese oxygenases. One is the metabolism of xenobiotics (compounds exogenous to the organism) as a protective role of degradation or provision \nof polar handles for solubilization in preparation for excretion. A second broad functional role is in the biosynthesis of critical signaling \nmolecules used for control of development and homeostasis. In mammalian tissues the P450s play these roles through the metabolism of drugs \nand xenobiotics and the synthesis of steroid hormones and fat−soluble vitamin metabolism and the conversion of polyunsaturated fatty \nacids to biologically active molecules, respectively. Similar roles are fulfilled in plants (hormone biosynthesis and herbicide degradation) \nand insects (control of development via hormone biosynthesis or provision of insecticide resistance). For instance, plants have an unusually \nlarge number of P450 genes. A reason is their sessile nature: for example, plants defend themselves through breakdown of herbicides by \ncatalyzing the synthesis of a large number of secondary metabolites or by synthesizing defense molecules such as DIMBOA.2,3 In addition, \nthe biosynthesis of critical metabolic regulators is also often carried out by the cytochrome P450s.\n\nThe important metabolic role together with the unique chemistry and physical properties of the cytochrome P450s provide a strong attraction \nfor scientists in many disciplines. Relevance to human health was the initial focus of pharmacologists and toxicologists. The role of metal \ncenters and their associated unique spectral properties in the cytochrome P450s is a magnet for bioinorganic chemists and biophysicists. The \ndifficult conversion of unactivated hydrocarbons attracted the bioorganic chemist. With the genome revolution and insights into the complex \nprocess of transcriptional and translational regulation, biochemists and molecular biologists found exciting problems in the study of CYPs.\n\nA continuing challenge is to understand how the diverse set of substrate specificities and metabolic transformations are determined by the \nprecise nature of the heme−iron oxygen and protein structure. The structure and electronic configuration of the active oxygen \nintermediates which serve as efficient catalysts remains an area of active research. Complicating this richness in metabolic potential \nis the importance of genetic differences, including single nucleotide polymorphisms, which can alter the physiological responses of the \ncytochrome P450s. Thus, over the past five−plus decades one has seen the evolution from a whole−organ and animal pharmacology \napproach to a quest for the molecular details necessary for precise understanding of structure and function of the P450 systems in \nmaintaining cellular homeostasis. The P450s are now recognized to occupy a great variety of phylogenetically distributed isoform \nactivities, and these variations in metabolic profile and substrate specificity are ultimately dictated by the bioinorganic chemistry \nof heme iron and oxygen as controlled by the protein environment.\n\nWith the elucidation of precise structures for many P450 hemoproteins as well as the application of varied biochemical and biophysical \nmethodologies, this diverse class of oxygenases is beginning to yield its secrets. Much remains to be learned, however, as many of the \nfundamental chemical entities and catalytic details, though perhaps described in textbooks, are in fact still poorly understood. The \nfocus of this review is to place the current knowledge base of cytochrome P450 structure−function in context with the general \naspects of metalloenzyme function. In 2006 Dr. Hayaishi, the founder of this broad field of oxygen metabolism, will celebrate an \nimportant birthday. Hopefully, in reading this review, he will be struck with the outstanding progress that has been realized with \nthis one particular oxygenase and at the same time perhaps provide some important suggestions as to pathways for solving the remaining problems.4\n\nCytochrome P450 has benefited from the attention of inorganic, organic, and physical chemists since its discovery due to its unique \nspectral properties as well as its ability to efficiently catalyze a variety of difficult biotransformations. With the discovery of \nP450 involvement in steroid biosynthesis in the 1970s, joined with its central function in drug metabolism, with its role in a variety \nof other pharmaceutical applications, P450 became one of the most intensively investigated biochemical systems. Multiple monographs, \nprinted conference proceedings, and thematic books have been published as well as special Methods in Enzymology volumes, only a few \nof which can be referenced here.5−12\n\nThe cytochrome P450s became most known for their efficiency in hydroxylation of unactivated alkanes as only a select few oxygenases \npossess the requisite active oxygen state. With equal efficacy, P450s can carry out a wide variety of biotransformations. The list \nin ref 13 includes more than 20 different chemical reactions. Some more unusual reactions catalyzed by P450 were recently reviewed by Guengerich.14\n\nThe mechanism of P450 is a complex cascade of individual steps involving the interaction of protein redox partners and consumption of \nreducing equivalents, most commonly in the form of NAD(P)H. It is somewhat humbling that the earliest versions of the enzymatic cycle \npublished over 30 years ago had much of the important steps characterized by physical and chemical methods.15 Continual refinement has \nled to more detailed versions and the direct observation and structural characterization of new adducts of iron and oxygen. The current \nversion contains eight intermediates, including highly transient caged radical pairs, and has been reviewed from various perspectives.11,12,16−19\n\nWhile the basic concepts central to P450 catalysis were appreciated by early 1970, notable progress in the detailed understanding of these \nmechanisms has been made in the past decade. This has been possible due to the accumulation of exciting data generated through application \nof a wide set of new methodologies, including systematic directed mutagenesis, high−resolution X−ray crystal structure \ndetermination, multiparametric spectroscopic characterization of intermediates, isolation of critical steps using cryogenic or fast \nkinetic techniques, and many excellent quantum chemical and molecular dynamics computational studies. The current view of the oxygen \nactivation mechanisms, catalyzed by metal centers in heme enzymes (as well as in non−heme enzymes, which lie outside the scope \nof this review), ensures one with a much better opportunity to see the common mechanistic picture than was possible earlier.20 \nSuccessful mechanistic studies of other heme enzymes which use different forms of so−called 'active oxygen \nintermediates', such as peroxidases,21,22 heme oxygenases (HO),23−25 catalases,26 nitric oxide synthases \n(NOS),27,28 peroxygenases,29,30 provide a vision of a highly diverse cofactor. Mechanistic insight from each of these various \nsystems has provided important complementary insight into cytochrome P450 mechanism. A fundamental question remaining is how the \nprotein controls efficient performance of such different functions using similar highly reactive heme−oxygen complexes. The \ncomparison of similar reactive intermediates in different enzymes helps to distinguish between the essential features of each of the \nenzymes and so provides additional clues to the revelation of the active role of the protein in heme−enzyme catalysis. The \nrecent progress in isolation and cryogenic stabilization of some of these intermediates makes possible direct spectroscopic and \nstructural studies of this type.\n\nAn exhaustive review of all achievements in oxygen activation chemistry is clearly difficult, even if the field is limited to \nthe processes directly relevant to P450 catalysis. Discussion of the P450 cat",
    url = "https://doi.org/10.1021/cr0307143",
    doi = "10.1021/cr0307143",
    openalex = "W2077621515",
    references = "doi101016000926149500905j, doi1010160022328x88831036, doi101016c20090227140, doi101016s0021925820822443, doi101016s0021925820822455, doi101021ar50088a003, doi101021cr020628n, doi101021cr9500500, doi101146annurevbi47070178001343, openalexw2561553333"
}

Die Theorie eines chemoautotrophen Ursprungs des Lebens in einer vulkanischen Eisen-Schwefel-Welt postuliert ein Pionierorganismus an Stellen reduzierender vulkanischer Ausgasungen. Das Pionierorganismus ist durch eine zusammengesetzte Struktur mit einer anorganischen Substruktur und einer organischen Superstruktur gekennzeichnet. Innerhalb der Oberflächen der anorganischen Substruktur waren Eisen-, Kobalt-, Nickel- und andere Übergangsmetallzentren mit Sulphido-, Carbonyl- und anderen Liganden katalytisch aktiv und förderten das Wachstum der organischen Superstruktur durch Kohlenstofffixierung, angetrieben durch das reduzierende Potenzial der vulkanischen Ausgasungen. Dieser Pionierstoffwechsel war reproduktiv durch einen autokatalytischen Rückkopplungsmechanismus. Einige organische Produkte dienten als Liganden zur Aktivierung katalytischer Metallzentren, von denen sie stammten. Die einheitliche Struktur-Funktions-Beziehung des Pionierorganismus führte später zu zwei Hauptsträngen der Evolution: Zellbildung und Entstehung der genetischen Ausrüstung. Diese frühe Phase der Evolution endete mit der Segregation der Domänen Bakterien, Archaeen und Eukaryoten aus einer sich schnell entwickelnden Population von Vorzellen. Somit begann das Leben mit einem anfänglichen, direkten, deterministischen chemischen Mechanismus der Evolution, der zu einem späteren, indirekten, stochastischen, genetischen Mechanismus der Evolution führte, und die aufwärts gerichtete Evolution des Lebens durch Zunahme der Komplexität ist letztlich in der synthetischen Redoxchemie des Pionierorganismus begründet.

@article{doi101098rstb20061904,
    author = "Wächtershäuser, Günter",
    title = "From volcanic origins of chemoautotrophic life to Bacteria, Archaea and Eukarya",
    year = "2006",
    journal = "Philosophical Transactions of the Royal Society B Biological Sciences",
    abstract = "The theory of a chemoautotrophic origin of life in a volcanic iron-sulphur world postulates a pioneer organism at sites of reducing volcanic exhalations. The pioneer organism is characterized by a composite structure with an inorganic substructure and an organic superstructure. Within the surfaces of the inorganic substructure iron, cobalt, nickel and other transition metal centres with sulphido, carbonyl and other ligands were catalytically active and promoted the growth of the organic superstructure through carbon fixation, driven by the reducing potential of the volcanic exhalations. This pioneer metabolism was reproductive by an autocatalytic feedback mechanism. Some organic products served as ligands for activating catalytic metal centres whence they arose. The unitary structure-function relationship of the pioneer organism later gave rise to two major strands of evolution: cellularization and emergence of the genetic machinery. This early phase of evolution ended with segregation of the domains Bacteria, Archaea and Eukarya from a rapidly evolving population of pre-cells. Thus, life started with an initial, direct, deterministic chemical mechanism of evolution giving rise to a later, indirect, stochastic, genetic mechanism of evolution and the upward evolution of life by increase of complexity is grounded ultimately in the synthetic redox chemistry of the pioneer organism.",
    url = "https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1904",
    doi = "10.1098/rstb.2006.1904",
    openalex = "W2146529099",
    references = "doi101038191144a0, doi10103832096, doi10103835051550, doi101073pnas87124576, doi101093oso97801985029440010001, doi101111j155856461995tb04464x, doi101128mr5122212711987, doi1023072218271, doi1023072260026, doi1023072551371"
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Die Chemie von Graphenoxid wird in diesem kritischen Überblick diskutiert. Besonderes Augenmerk liegt auf der Synthese von Graphenoxid sowie seiner Struktur. Auch die Verwendung von Graphenoxid als Substrat für eine Vielzahl chemischer Umwandlungen, einschließlich seiner Reduktion zu graphenähnlichen Materialien, wird behandelt. Dieser Überblick wird für synthetische Chemiker, die sich für diesen aufstrebenden Bereich der Materialwissenschaft interessieren, sowie für diejenigen, die Anwendungen von Graphen untersuchen, von Nutzen, die eine umfassendere Behandlung der Chemie von Graphenoxid als hilfreich für das Verständnis des Umfangs und der Grenzen aktueller Ansätze finden, die dieses Material nutzen (91 Referenzen).

@article{doi101039b917103g,
    author = "Dreyer, Daniel R. und Park, Sungjin und Bielawski, Christopher W. und Ruoff, Rodney S.",
    title = "The chemistry of graphene oxide",
    year = "2009",
    journal = "Chemical Society Reviews",
    abstract = "Die Chemie von Graphenoxid wird in diesem kritischen Überblick diskutiert. Besonderes Augenmerk liegt auf der Synthese von Graphenoxid sowie seiner Struktur. Auch die Verwendung von Graphenoxid als Substrat für eine Vielzahl chemischer Umwandlungen, einschließlich seiner Reduktion zu graphenähnlichen Materialien, wird behandelt. Dieser Überblick wird für synthetische Chemiker, die sich für diesen aufstrebenden Bereich der Materialwissenschaft interessieren, sowie für diejenigen, die Anwendungen von Graphen untersuchen, von Nutzen, die eine umfassendere Behandlung der Chemie von Graphenoxid als hilfreich für das Verständnis des Umfangs und der Grenzen aktueller Ansätze finden, die dieses Material nutzen (91 Referenzen).",
    url = "https://doi.org/10.1039/b917103g",
    doi = "10.1039/b917103g",
    openalex = "W2135479172",
    references = "doi101016jcarbon200702034, doi101021ja01269a023, doi101021ja01539a017, doi101021ja803688x, doi101021nl071822y, doi101038nature04969, doi101038nmat1849, doi101038nnano200958, doi101126science1102896, doi105860choice370940"
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Enzyme als Katalysatoren in der synthetischen organischen Chemie gewannen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts an Bedeutung, unterlagen jedoch dennoch zwei wesentlichen Einschränkungen. Erstens waren viele Enzyme nicht in ausreichenden Mengen für praktische Anwendungen verfügbar. Die Einführung der rekombinanten DNA-Technologie änderte dies Ende der 1970er Jahre dramatisch. Zweitens zeigten viele Enzyme ein enges Substratspektrum, oft schlechte Stereo- und/oder Regioselektivität und/oder unzureichende Stabilität unter Betriebsbedingungen. Mit der Entwicklung der gerichteten Evolution, die in den 1990er Jahren begann und bis heute andauert, können all diese Probleme angegangen und im Allgemeinen gelöst werden. Die vorliegende Perspektive konzentriert sich auf diese und andere Entwicklungen, die Enzyme als Teil des Werkzeugkastens synthetischer organischer Chemiker und Biotechnologen populär gemacht haben. Darin wird die Reichweite und Begrenzung von Kaskadereaktionen unter Verwendung von Enzymgemischen in vitro sowie das metabolische Engineering von Stoffwechselwegen in Zellen als Fabriken zur Herstellung einfacher Verbindungen wie Biokraftstoffen und komplexen Naturstoffen diskutiert. Zukünftige Trends und Probleme werden ebenfalls hervorgehoben, ebenso wie die Diskussion über Biokatalyse versus nichtbiologische Katalyse in der synthetischen organischen Chemie. Diese Perspektive stellt keine umfassende Übersicht dar, und der Autor entschuldigt sich daher bei den Forschern, deren Arbeiten hier nicht speziell behandelt werden.

@article{doi101021ja405051f,
    author = "Reetz, Manfred T.",
    title = "Biokatalyse in der organischen Chemie und Biotechnologie: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft",
    year = "2013",
    journal = "Journal of the American Chemical Society",
    abstract = "Enzyme als Katalysatoren in der synthetischen organischen Chemie gewannen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts an Bedeutung, unterlagen jedoch dennoch zwei wesentlichen Einschränkungen. Erstens waren viele Enzyme nicht in ausreichenden Mengen für praktische Anwendungen verfügbar. Die Einführung der rekombinanten DNA-Technologie änderte dies Ende der 1970er Jahre dramatisch. Zweitens zeigten viele Enzyme ein enges Substratspektrum, oft schlechte Stereo- und/oder Regioselektivität und/oder unzureichende Stabilität unter Betriebsbedingungen. Mit der Entwicklung der gerichteten Evolution, die in den 1990er Jahren begann und bis heute andauert, können all diese Probleme angegangen und im Allgemeinen gelöst werden. Die vorliegende Perspektive konzentriert sich auf diese und andere Entwicklungen, die Enzyme als Teil des Werkzeugkastens synthetischer organischer Chemiker und Biotechnologen populär gemacht haben. Darin wird die Reichweite und Begrenzung von Kaskadereaktionen unter Verwendung von Enzymgemischen in vitro sowie das metabolische Engineering von Stoffwechselwegen in Zellen als Fabriken zur Herstellung einfacher Verbindungen wie Biokraftstoffen und komplexen Naturstoffen diskutiert. Zukünftige Trends und Probleme werden ebenfalls hervorgehoben, ebenso wie die Diskussion über Biokatalyse versus nichtbiologische Katalyse in der synthetischen organischen Chemie. Diese Perspektive stellt keine umfassende Übersicht dar, und der Autor entschuldigt sich daher bei den Forschern, deren Arbeiten hier nicht speziell behandelt werden.",
    url = "https://doi.org/10.1021/ja405051f",
    doi = "10.1021/ja405051f",
    openalex = "W1976236461",
    references = "doi101146annurevbiochem030409143718"
}

@article{doi101038nmat3700,
    author = "Voiry, Damien und Yamaguchi, Hisato und Li, Junwen und Silva, Rafael und Alves, Diego C. B. und Fujita, Takeshi und Chen, Mingwei und Asefa, Tewodros und Shenoy, Vivek B. und Eda, Goki und Chhowalla, Manish",
    title = "Verbesserte katalytische Aktivität in unter Spannung stehenden chemisch exfoliierten WS2-Nanosheets für die Wasserstoffentwicklung",
    year = "2013",
    journal = "Nature Materials",
    url = "https://doi.org/10.1038/nmat3700",
    doi = "10.1038/nmat3700",
    openalex = "W2086270926"
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In den letzten zwei Jahrzehnten hat die weit verbreitete Anwendung genetischer und genomischer Ansätze eine bakterielle Welt zutage gefördert, die in ihrer Allgegenwart und Vielfalt erstaunlich ist. Dieser Aufsatz untersucht, wie das wachsende Wissen über den weiten Bereich der Tier-Bakterien-Interaktionen, sei es in geteilten Ökosystemen oder engen Symbiosen, unser Verständnis der Tierbiologie grundlegend verändert. Insbesondere heben wir jüngste technologische und intellektuelle Fortschritte hervor, die unser Denken über fünf Fragen verändert haben: Wie haben Bakterien die Entstehung und Evolution von Tieren ermöglicht; wie beeinflussen Tiere und Bakterien die Genome voneinander; wie hängt die normale Tierentwicklung von bakteriellen Partnern ab; wie wird die Homöostase zwischen Tieren und ihren Symbionten aufrechterhalten; und wie können ökologische Ansätze unser Verständnis der verschiedenen Ebenen der Tier-Bakterien-Interaktion vertiefen. Während Antworten auf diese grundlegenden Fragen entstehen, werden alle Biologen herausgefordert, ihre Wertschätzung für diese Interaktionen zu erweitern und Untersuchungen der Beziehungen zwischen und unter Bakterien und ihren tierischen Partnern einzubeziehen, während wir nach einem besseren Verständnis der natürlichen Welt suchen.

@article{doi101073pnas1218525110,
    author = "McFall‐Ngai, Margaret und Hadfield, Michael G.‏ und Bosch, Thomas C. G. und Carey, Hannah V. und Domazet‐Lošo, Tomislav und Douglas, Angela E. und Dubilier, Nicole und Eberl, Gérard und Fukami, Tadashi und Gilbert, Scott F. und Hentschel, Ute und King, Nicole und Kjelleberg, Staffan und Knoll, Andrew H. und Kremer, Natacha und Mazmanian, Sarkis K. und Metcalf, Jessica L. und Nealson, Kenneth H. und Pierce, Naomi E. und Rawls, John F. und Reid, Ann und Ruby, Edward G. und Rumpho, Mary E. und Sanders, Jon G. und Tautz, Diethard und Wernegreen, Jennifer J.",
    title = "Animals in a bacterial world, a new imperative for the life sciences",
    year = "2013",
    journal = "Proceedings of the National Academy of Sciences",
    abstract = "In den letzten zwei Jahrzehnten hat die weit verbreitete Anwendung genetischer und genomischer Ansätze eine bakterielle Welt zutage gefördert, die in ihrer Allgegenwart und Vielfalt erstaunlich ist. Dieser Aufsatz untersucht, wie das wachsende Wissen über den weiten Bereich der Tier-Bakterien-Interaktionen, sei es in geteilten Ökosystemen oder engen Symbiosen, unser Verständnis der Tierbiologie grundlegend verändert. Insbesondere heben wir jüngste technologische und intellektuelle Fortschritte hervor, die unser Denken über fünf Fragen verändert haben: Wie haben Bakterien die Entstehung und Evolution von Tieren ermöglicht; wie beeinflussen Tiere und Bakterien die Genome voneinander; wie hängt die normale Tierentwicklung von bakteriellen Partnern ab; wie wird die Homöostase zwischen Tieren und ihren Symbionten aufrechterhalten; und wie können ökologische Ansätze unser Verständnis der verschiedenen Ebenen der Tier-Bakterien-Interaktion vertiefen. Während Antworten auf diese grundlegenden Fragen entstehen, werden alle Biologen herausgefordert, ihre Wertschätzung für diese Interaktionen zu erweitern und Untersuchungen der Beziehungen zwischen und unter Bakterien und ihren tierischen Partnern einzubeziehen, während wir nach einem besseren Verständnis der natürlichen Welt suchen.",
    url = "https://doi.org/10.1073/pnas.1218525110",
    doi = "10.1073/pnas.1218525110",
    openalex = "W1964306176",
    references = "doi1010384441022a, doi101038nature09922, doi101038nature11053, doi101038nature11234, doi101038nature11550, doi101038nri2515, doi101073pnas0407076101, doi101073pnas1002601107, doi101073pnas87124576, doi101126science1223813, doi101146annurevecolsys36102403114735, doi101146annurevmarine010908163834, doi1023073515363"
}

Kristalline Metall-organische Gerüste (MOFs) entstehen durch retikuläre Synthese, die starke Bindungen zwischen anorganischen und organischen Einheiten herstellt. Eine sorgfältige Auswahl der MOF-Komponenten kann Kristalle mit ultrahoher Porosität und hoher thermischer sowie chemischer Stabilität ergeben. Diese Eigenschaften ermöglichen es, das Innere von MOFs chemisch zu verändern, um sie für die Gasseparation, Gasspeicherung und Katalyse sowie andere Anwendungen einzusetzen. Die Präzision, die bei ihrer chemischen Modifikation üblicherweise angewendet wird, und die Fähigkeit, ihre Metriken zu erweitern, ohne die zugrunde liegende Topologie zu ändern, wurden bei anderen Festkörpern noch nicht erreicht. MOFs, deren chemische Zusammensetzung und Form der Baueinheiten innerhalb einer bestimmten Struktur mehrfach variiert werden können, existieren bereits und könnten zu Materialien führen, die eine synergistische Kombination von Eigenschaften bieten.

@article{doi101126science1230444,
    author = "Furukawa, Hiroyasu und Cordova, Kyle E. und O’Keeffe, M. und Yaghi, Omar M.",
    title = "The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks",
    year = "2013",
    journal = "Science",
    abstract = "Kristalline Metall-organische Gerüste (MOFs) entstehen durch retikuläre Synthese, die starke Bindungen zwischen anorganischen und organischen Einheiten herstellt. Eine sorgfältige Auswahl der MOF-Komponenten kann Kristalle mit ultrahoher Porosität und hoher thermischer sowie chemischer Stabilität ergeben. Diese Eigenschaften ermöglichen es, das Innere von MOFs chemisch zu verändern, um sie für die Gasseparation, Gasspeicherung und Katalyse sowie andere Anwendungen einzusetzen. Die Präzision, die bei ihrer chemischen Modifikation üblicherweise angewendet wird, und die Fähigkeit, ihre Metriken zu erweitern, ohne die zugrunde liegende Topologie zu ändern, wurden bei anderen Festkörpern noch nicht erreicht. MOFs, deren chemische Zusammensetzung und Form der Baueinheiten innerhalb einer bestimmten Struktur mehrfach variiert werden können, existieren bereits und könnten zu Materialien führen, die eine synergistische Kombination von Eigenschaften bieten.",
    url = "https://doi.org/10.1126/science.1230444",
    doi = "10.1126/science.1230444",
    openalex = "W2141939342",
    references = "doi101021cr300014x, doi101021ja8057953, doi101038229453c0, doi10103846248, doi101038nature01650, doi101039b807080f, doi101073pnas0602439103, doi101126science1067208, doi101126science1116275, doi101126science28354051148"
}

Mit Stolz dient die wissenschaftliche Gemeinschaft seit über einem Jahrhundert; diese 95. Auflage des CRC-Handbuchs der Chemie und Physik ist eine Aktualisierung eines klassischen Nachschlagewerks und spiegelt das Wachstum und die Richtung der Wissenschaft wider. Dieses ehrwürdige Werk bleibt weiterhin die am häufigsten genutzte und respektierteste wissenschaftliche Referenz der Welt. Eine autoritative Ressource, bestehend aus

@book{doi101201b17118,
    author = "Haynes, W.M.",
    title = "CRC-Handbuch der Chemie und Physik",
    year = "2014",
    abstract = "Mit Stolz dient die wissenschaftliche Gemeinschaft seit über einem Jahrhundert; diese 95. Auflage des CRC-Handbuchs der Chemie und Physik ist eine Aktualisierung eines klassischen Nachschlagewerks und spiegelt das Wachstum und die Richtung der Wissenschaft wider. Dieses ehrwürdige Werk bleibt weiterhin die am häufigsten genutzte und respektierteste wissenschaftliche Referenz der Welt. Eine autoritative Ressource, bestehend aus",
    url = "https://doi.org/10.1201/b17118",
    doi = "10.1201/b17118",
    openalex = "W2132905138"
}

Enzyme als biologische Katalysatoren bilden die Grundlage aller Lebensformen. Wie diese Proteine ihre Funktionen entwickelt haben, bleibt eine fundamentale Frage der Biologie. Über 100 Jahre detaillierte biochemische Studien, kombiniert mit den großen Mengen an Sequenz- und Proteinstrukturdaten, die jetzt verfügbar sind, ermöglichen es uns, groß angelegte Analysen durchzuführen, um diese Frage zu beantworten. Mit einer Reihe von computergestützten Werkzeugen und Ressourcen haben wir Informationen über alle experimentell annotierten Änderungen der Enzymfunktion innerhalb von 379 strukturell definierten Proteindomänen-Superfamilien zusammengestellt und die während der Evolution beobachteten Funktionsänderungen mit Änderungen der Reaktionschemie verknüpft. Viele Superfamilien zeigen Funktionsänderungen auf irgendeiner Ebene, obwohl eine Funktion oft eine Superfamilie dominiert. Wir verwenden quantitative Maße für Änderungen der Reaktionschemie, um die verschiedenen Arten von chemischen Änderungen aufzudecken, die während der Evolution auftreten, und veranschaulichen diese durch detaillierte Beispiele. Zusätzlich verwenden wir strukturelle Informationen des aktiven Zentrums der Enzyme, um zu untersuchen, wie verschiedene Superfamilien ihre katalytischen Maschinen während der Evolution verändert haben. Einige Superfamilien haben die Reaktionen geändert, die sie durchführen, ohne die katalytische Maschine zu ändern. Bei anderen wurden große Änderungen der Enzymfunktion, sowohl in Bezug auf die Gesamtchemie als auch auf die Substratspezifität, durch signifikante Änderungen der katalytischen Maschine bewirkt. Interessanterweise führen Verwandte in einigen Superfamilien ähnliche Funktionen aus, aber mit unterschiedlichen katalytischen Maschinen. Diese Analyse hebt Merkmale der funktionellen Evolution über einen weiten Bereich von Superfamilien hervor und liefert Erkenntnisse, die bei der Vorhersage der Funktion uncharakterisierter Sequenzen und beim Design neuer synthetischer Enzyme nützlich sein werden.

@article{doi101016jjmb201511010,
    author = "Furnham, Nicholas und Dawson, Natalie L. und Rahman, Syed Asad und Thornton, Janet M. und Orengo, Christine",
    title = "Large-Scale Analysis Exploring Evolution of Catalytic Machineries and Mechanisms in Enzyme Superfamilies",
    year = "2015",
    journal = "Journal of Molecular Biology",
    abstract = "Enzyme als biologische Katalysatoren bilden die Grundlage aller Lebensformen. Wie diese Proteine ihre Funktionen entwickelt haben, bleibt eine fundamentale Frage der Biologie. Über 100 Jahre detaillierte biochemische Studien, kombiniert mit den großen Mengen an Sequenz- und Proteinstrukturdaten, die jetzt verfügbar sind, ermöglichen es uns, groß angelegte Analysen durchzuführen, um diese Frage zu beantworten. Mit einer Reihe von computergestützten Werkzeugen und Ressourcen haben wir Informationen über alle experimentell annotierten Änderungen der Enzymfunktion innerhalb von 379 strukturell definierten Proteindomänen-Superfamilien zusammengestellt und die während der Evolution beobachteten Funktionsänderungen mit Änderungen der Reaktionschemie verknüpft. Viele Superfamilien zeigen Funktionsänderungen auf irgendeiner Ebene, obwohl eine Funktion oft eine Superfamilie dominiert. Wir verwenden quantitative Maße für Änderungen der Reaktionschemie, um die verschiedenen Arten von chemischen Änderungen aufzudecken, die während der Evolution auftreten, und veranschaulichen diese durch detaillierte Beispiele. Zusätzlich verwenden wir strukturelle Informationen des aktiven Zentrums der Enzyme, um zu untersuchen, wie verschiedene Superfamilien ihre katalytischen Maschinen während der Evolution verändert haben. Einige Superfamilien haben die Reaktionen geändert, die sie durchführen, ohne die katalytische Maschine zu ändern. Bei anderen wurden große Änderungen der Enzymfunktion, sowohl in Bezug auf die Gesamtchemie als auch auf die Substratspezifität, durch signifikante Änderungen der katalytischen Maschine bewirkt. Interessanterweise führen Verwandte in einigen Superfamilien ähnliche Funktionen aus, aber mit unterschiedlichen katalytischen Maschinen. Diese Analyse hebt Merkmale der funktionellen Evolution über einen weiten Bereich von Superfamilien hervor und liefert Erkenntnisse, die bei der Vorhersage der Funktion uncharakterisierter Sequenzen und beim Design neuer synthetischer Enzyme nützlich sein werden.",
    url = "https://doi.org/10.1016/j.jmb.2015.11.010",
    doi = "10.1016/j.jmb.2015.11.010",
    openalex = "W2204659374",
    references = "doi101002bip360221211, doi101006jmbi20014513, doi1010160022283689900843, doi101038nrg3744, doi101093bioinformaticsbtg412, doi101093nargkh028, doi101093nargkt1140, doi101093nargku947, doi101126science1123348, doi101146annurevbiochem030409143718"
}

Der Stammbaum des Lebens ist eines der wichtigsten Ordnungsprinzipien in der Biologie(1). Genomweite Untersuchungen deuten auf die Existenz einer enormen Anzahl von Ästen hin(2), doch selbst eine Annäherung an das volle Ausmaß des Stammbaums ist bisher unerreichbar geblieben. Kürzlich veröffentlichte Darstellungen des Stammbaums des Lebens konzentrieren sich entweder auf die Natur tiefer evolutionärer Beziehungen(3-5) oder auf die bekannte, gut klassifizierte Vielfalt des Lebens mit einem Schwerpunkt auf Eukaryoten(6). Diese Ansätze übersehen die dramatische Veränderung unseres Verständnisses der Vielfalt des Lebens, die durch genomische Untersuchungen zuvor unerforschter Umgebungen resultiert. Neue Methoden zur Generierung von Genomsequenzen erhellen die Identität von Organismen und ihre metabolischen Fähigkeiten und setzen sie in den Kontext von Gemeinschaften und Ökosystemen(7,8). Hier verwenden wir neue genomische Daten von über 1.000 unkultivierten und wenig bekannten Organismen zusammen mit veröffentlichten Sequenzen, um eine dramatisch erweiterte Version des Stammbaums des Lebens zu erschließen, die Bakterien, Archaeen und Eukaryoten einschließt. Die Darstellung ist sowohl ein globaler Überblick als auch ein Schnappschuss der Vielfalt innerhalb jeder Hauptlinie. Die Ergebnisse offenbaren die Dominanz der bakteriellen Diversifizierung und unterstreichen die Bedeutung von Organismen, die keine isolierten Vertreter aufweisen, wobei eine erhebliche Evolution in einer großen Radiation solcher Organismen konzentriert ist. Dieser Stammbaum hebt Hauptlinien hervor, die derzeit in biogeochemischen Modellen unterrepräsentiert sind, und identifiziert Radiationen, die wahrscheinlich für zukünftige evolutionäre Analysen wichtig sind.

@article{doi101038nmicrobiol201648,
    author = "Hug, Laura und Baker, Brett J. und Anantharaman, Karthik und Brown, Christopher T. und Probst, Alexander J. und Castelle, Cindy J. und Butterfield, Cristina N. und Hernsdorf, Alex W und Amano, Yuki und Ise, Kotaro und Suzuki, Yohey und Dudek, Natasha K. und Relman, David A. und Finstad, Kari und Amundson, Ronald und Thomas, Brian C. und Banfield, Jillian F.",
    title = "A new view of the tree of life",
    year = "2016",
    journal = "Nature Microbiology",
    abstract = "Der Stammbaum des Lebens ist eines der wichtigsten Ordnungsprinzipien in der Biologie(1). Genomweite Untersuchungen deuten auf die Existenz einer enormen Anzahl von Ästen hin(2), doch selbst eine Annäherung an das volle Ausmaß des Stammbaums ist bisher unerreichbar geblieben. Kürzlich veröffentlichte Darstellungen des Stammbaums des Lebens konzentrieren sich entweder auf die Natur tiefer evolutionärer Beziehungen(3-5) oder auf die bekannte, gut klassifizierte Vielfalt des Lebens mit einem Schwerpunkt auf Eukaryoten(6). Diese Ansätze übersehen die dramatische Veränderung unseres Verständnisses der Vielfalt des Lebens, die durch genomische Untersuchungen zuvor unerforschter Umgebungen resultiert. Neue Methoden zur Generierung von Genomsequenzen erhellen die Identität von Organismen und ihre metabolischen Fähigkeiten und setzen sie in den Kontext von Gemeinschaften und Ökosystemen(7,8). Hier verwenden wir neue genomische Daten von über 1.000 unkultivierten und wenig bekannten Organismen zusammen mit veröffentlichten Sequenzen, um eine dramatisch erweiterte Version des Stammbaums des Lebens zu erschließen, die Bakterien, Archaeen und Eukaryoten einschließt. Die Darstellung ist sowohl ein globaler Überblick als auch ein Schnappschuss der Vielfalt innerhalb jeder Hauptlinie. Die Ergebnisse offenbaren die Dominanz der bakteriellen Diversifizierung und unterstreichen die Bedeutung von Organismen, die keine isolierten Vertreter aufweisen, wobei eine erhebliche Evolution in einer großen Radiation solcher Organismen konzentriert ist. Dieser Stammbaum hebt Hauptlinien hervor, die derzeit in biogeochemischen Modellen unterrepräsentiert sind, und identifiziert Radiationen, die wahrscheinlich für zukünftige evolutionäre Analysen wichtig sind.",
    url = "https://doi.org/10.1038/nmicrobiol.2016.48",
    doi = "10.1038/nmicrobiol.2016.48",
    openalex = "W2315521535",
    references = "doi101038nature12352, doi101038nature14447, doi101038nature14486, doi101038nrmicro3330, doi101073pnas82206955, doi101073pnas87124576, doi101093bioinformaticsbtl446, doi101093bioinformaticsbts252, doi101093nargkh340, doi101093nargkm864, doi101093nargks808, doi101109gce20105676129, doi101126science7542800"
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Enzyme, die die Bildung von Kohlenstoff-Silicium-Bindungen katalysieren, sind in der Natur unbekannt, trotz der natürlichen Häufigkeit beider Elemente. Solche Enzyme würden das katalytische Repertoire der Biologie erweitern und lebenden Systemen ermöglichen, chemischen Raum zu nutzen, der bisher nur für synthetische Chemie zugänglich war. Wir haben entdeckt, dass Häm-Proteine unter physiologischen Bedingungen die Bildung von Organosilicium-Verbindungen durch Carbene-Einfügung in Silicium-Wasserstoff-Bindungen katalysieren. Die Reaktion verläuft sowohl in vitro als auch in vivo und akkommodiert eine breite Palette von Substraten mit hoher Chemo- und Enantioselektivität. Unter Verwendung gerichteter Evolution haben wir die katalytische Funktion von Cytochrom c aus Rhodothermus marinus verbessert, um eine mehr als 15-fach höhere Umsatzrate als bei state-of-the-art synthetischen Katalysatoren zu erreichen. Dieser Kohlenstoff-Silicium-Bildende Biokatalysator bietet eine umweltfreundliche und hoch effiziente Route zur Herstellung von enantiopuren Organosilicium-Molekülen.

@article{doi101126scienceaah6219,
    author = "Kan, S. B. Jennifer und Lewis, Russell D. und Chen, Kai und Arnold, Frances H.",
    title = "Directed evolution of cytochrome c for carbon–silicon bond formation: Bringing silicon to life",
    year = "2016",
    journal = "Science",
    abstract = "Enzyme, die die Bildung von Kohlenstoff-Silicium-Bindungen katalysieren, sind in der Natur unbekannt, trotz der natürlichen Häufigkeit beider Elemente. Solche Enzyme würden das katalytische Repertoire der Biologie erweitern und lebenden Systemen ermöglichen, chemischen Raum zu nutzen, der bisher nur für synthetische Chemie zugänglich war. Wir haben entdeckt, dass Häm-Proteine unter physiologischen Bedingungen die Bildung von Organosilicium-Verbindungen durch Carbene-Einfügung in Silicium-Wasserstoff-Bindungen katalysieren. Die Reaktion verläuft sowohl in vitro als auch in vivo und akkommodiert eine breite Palette von Substraten mit hoher Chemo- und Enantioselektivität. Unter Verwendung gerichteter Evolution haben wir die katalytische Funktion von Cytochrom c aus Rhodothermus marinus verbessert, um eine mehr als 15-fach höhere Umsatzrate als bei state-of-the-art synthetischen Katalysatoren zu erreichen. Dieser Kohlenstoff-Silicium-Bildende Biokatalysator bietet eine umweltfreundliche und hoch effiziente Route zur Herstellung von enantiopuren Organosilicium-Molekülen.",
    url = "https://doi.org/10.1126/science.aah6219",
    doi = "10.1126/science.aah6219",
    openalex = "W2554528613",
    references = "doi101146annurevbiochem030409143718"
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Mit Stolz dient diese 97. Auflage des CRC-Handbuchs der Chemie und Physik seit über einem Jahrhundert der wissenschaftlichen Gemeinschaft und stellt eine Aktualisierung eines klassischen Nachschlagewerks dar, die das Wachstum und die Richtung der Wissenschaft widerspiegelt. Dieses ehrwürdige Werk bleibt weiterhin die am häufigsten genutzte und respektierteste wissenschaftliche Referenz der Welt. Als autoritative Ressource bestehend aus Daten tabellen und aktuellen internationalen Empfehlungen zu Nomenklatur, Symbolen und Einheiten erstreckt sich seine Nützlichkeit nicht nur auf die physikalischen Wissenschaften, sondern auch auf verwandte Bereiche der Biologie, Geologie und Umweltwissenschaft. Die 97. Auflage des Handbuchs umfasst 20 neue oder aktualisierte Tabellen sowie weitere Aktualisierungen und Erweiterungen. Es ist nun auch als eBook verfügbar. Dieses Referenzwerk bringt physikalische Eigenschaftsdaten und mathematische Formeln, die täglich in Laboren und Klassenzimmern verwendet werden, leicht zugänglich.

@book{doi1012019781315380476,
    author = "Haynes, William M.",
    title = "CRC-Handbuch der Chemie und Physik",
    year = "2016",
    abstract = "Mit Stolz dient diese 97. Auflage des CRC-Handbuchs der Chemie und Physik seit über einem Jahrhundert der wissenschaftlichen Gemeinschaft und stellt eine Aktualisierung eines klassischen Nachschlagewerks dar, die das Wachstum und die Richtung der Wissenschaft widerspiegelt. Dieses ehrwürdige Werk bleibt weiterhin die am häufigsten genutzte und respektierteste wissenschaftliche Referenz der Welt. Als autoritative Ressource bestehend aus Daten tabellen und aktuellen internationalen Empfehlungen zu Nomenklatur, Symbolen und Einheiten erstreckt sich seine Nützlichkeit nicht nur auf die physikalischen Wissenschaften, sondern auch auf verwandte Bereiche der Biologie, Geologie und Umweltwissenschaft. Die 97. Auflage des Handbuchs umfasst 20 neue oder aktualisierte Tabellen sowie weitere Aktualisierungen und Erweiterungen. Es ist nun auch als eBook verfügbar. Dieses Referenzwerk bringt physikalische Eigenschaftsdaten und mathematische Formeln, die täglich in Laboren und Klassenzimmern verwendet werden, leicht zugänglich.",
    url = "https://doi.org/10.1201/9781315380476",
    doi = "10.1201/9781315380476",
    openalex = "W2964344211"
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Maßgeschneidert: In diesem Beitrag wird die Fähigkeit diskutiert, die Mechanismen der Biologie für Innovation und Optimierung an die Lösung von Problemen in Chemie und Ingenieurwesen anzupassen. Die Evolution der Enzyme der Natur kann zur Entdeckung neuer Reaktivitäten führen, Transformationen, die in der Biologie nicht bekannt sind, und Reaktivitäten, die durch kleine-Molekül-Katalysatoren nicht zugänglich sind.

@article{doi101002anie201708408,
    author = "Arnold, Frances H.",
    title = "Directed Evolution: Bringing New Chemistry to Life",
    year = "2017",
    journal = "Angewandte Chemie International Edition",
    abstract = "Tailor-made: Discussed herein is the ability to adapt biology's mechanisms for innovation and optimization to solving problems in chemistry and engineering. The evolution of nature's enzymes can lead to the discovery of new reactivity, transformations not known in biology, and reactivity inaccessible by small-molecule catalysts.",
    url = "https://doi.org/10.1002/anie.201708408",
    doi = "10.1002/anie.201708408",
    openalex = "W2767044445"
}

Zusammenfassung Wie und wo entstand das Leben auf der Erde? Bislang wurden verschiedene Umgebungen als plausible Standorte für den Ursprung des Lebens vorgeschlagen. Allerdings haben sich die Diskussionen auf eine begrenzte Phase der chemischen Evolution oder das Entstehen einer spezifischen chemischen Funktion von proto-biologischen Systemen konzentriert. Es bleibt unklar, welche geochemischen Situationen alle Stufen der chemischen Evolution antreiben könnten, von der Kondensation einfacher anorganischer Verbindungen bis zum Entstehen selbsttragender Systeme, die sich zu modernen biologischen Systemen entwickeln lassen. In dieser Übersicht fassen wir berichtete experimentelle und theoretische Befunde zur präbiotischen Chemie zu diesem Thema zusammen, einschließlich der Verfügbarkeit biologisch essentieller Elemente (N und P) auf der Hadean-Erde, der abiotischen Synthese der Bausteine des Lebens (Aminosäuren, Peptide, Ribose, Nukleobasen, Fettsäuren, Nukleotide und Oligonukleotide), ihrer Polymerisation zu Bio-Makromolekülen (Peptide und Oligonukleotide) und des Entstehens biologischer Funktionen der Replikation und Kompartimentalisierung. Aus den Übersichten geht hervor, dass die Vollendung der chemischen Evolution mindestens acht Reaktionsbedingungen erfordert: (1) reduzierter Gasphasenzustand, (2) alkalischer pH-Wert, (3) Gefrierpunkt-Temperatur, (4) Süßwasser, (5) trocken/trocken-nasser Zyklus, (6) Kopplung mit hochenergetischen Reaktionen, (7) Heiz-Kühl-Zyklus im Wasser und (8) außerirdische Zufuhr der Bausteine des Lebens und reaktiver Nährstoffe. Die Notwendigkeit dieser sich gegenseitig ausschließenden Bedingungen zeigt deutlich, dass der Ursprung des Lebens nicht an einem einzigen Ort stattfand; vielmehr erforderte er hochdiverse und dynamische Umgebungen, die miteinander verbunden waren, um den intra-Transport von Reaktionsprodukten und Reaktanten durch Flüssigkeitszirkulation zu ermöglichen. Zukünftige experimentelle Forschung, die die Bedingungen des vorgeschlagenen Modells nachahmt, wird voraussichtlich weitere Einschränkungen für die Prozesse und Mechanismen des Ursprungs des Lebens liefern.

@article{doi101016jgsf201707007,
    author = "Kitadai, N. und Maruyama, S.",
    title = "Ursprung der Bausteine des Lebens: Eine Übersicht",
    year = "2017",
    journal = "Geoscience Frontiers",
    abstract = "Zusammenfassung Wie und wo entstand das Leben auf der Erde? Bislang wurden verschiedene Umgebungen als plausible Standorte für den Ursprung des Lebens vorgeschlagen. Allerdings haben sich die Diskussionen auf eine begrenzte Phase der chemischen Evolution oder das Entstehen einer spezifischen chemischen Funktion von proto-biologischen Systemen konzentriert. Es bleibt unklar, welche geochemischen Situationen alle Stufen der chemischen Evolution antreiben könnten, von der Kondensation einfacher anorganischer Verbindungen bis zum Entstehen selbsttragender Systeme, die sich zu modernen biologischen Systemen entwickeln lassen. In dieser Übersicht fassen wir berichtete experimentelle und theoretische Befunde zur präbiotischen Chemie zu diesem Thema zusammen, einschließlich der Verfügbarkeit biologisch essentieller Elemente (N und P) auf der Hadean-Erde, der abiotischen Synthese der Bausteine des Lebens (Aminosäuren, Peptide, Ribose, Nukleobasen, Fettsäuren, Nukleotide und Oligonukleotide), ihrer Polymerisation zu Bio-Makromolekülen (Peptide und Oligonukleotide) und des Entstehens biologischer Funktionen der Replikation und Kompartimentalisierung. Aus den Übersichten geht hervor, dass die Vollendung der chemischen Evolution mindestens acht Reaktionsbedingungen erfordert: (1) reduzierter Gasphasenzustand, (2) alkalischer pH-Wert, (3) Gefrierpunkt-Temperatur, (4) Süßwasser, (5) trocken/trocken-nasser Zyklus, (6) Kopplung mit hochenergetischen Reaktionen, (7) Heiz-Kühl-Zyklus im Wasser und (8) außerirdische Zufuhr der Bausteine des Lebens und reaktiver Nährstoffe. Die Notwendigkeit dieser sich gegenseitig ausschließenden Bedingungen zeigt deutlich, dass der Ursprung des Lebens nicht an einem einzigen Ort stattfand; vielmehr erforderte er hochdiverse und dynamische Umgebungen, die miteinander verbunden waren, um den intra-Transport von Reaktionsprodukten und Reaktanten durch Flüssigkeitszirkulation zu ermöglichen. Zukünftige experimentelle Forschung, die die Bedingungen des vorgeschlagenen Modells nachahmt, wird voraussichtlich weitere Einschränkungen für die Prozesse und Mechanismen des Ursprungs des Lebens liefern.",
    url = "https://doi.org/10.1016/j.gsf.2017.07.007",
    doi = "10.1016/J.GSF.2017.07.007",
    is_oa = "true",
    number = "4",
    pages = "1117-1153",
    semanticscholar_citation_count = "349",
    semanticscholar_id = "b0926c65e24d5418043226bdf1055eaf2178a79e",
    volume = "9"
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In den letzten 30 Jahren hat die Kohn–Sham-Dichtefunktionaltheorie sich als die beliebteste Methode zur Berechnung der elektronischen Struktur in der computergestützten Chemie etabliert. Um die ständig wachsende Anzahl von Näherungsfunktionen für Austausch- und Korrelationseffekte zu bewerten, vergleicht diese Übersicht insgesamt 200 Dichtefunktionale an einer molekularen Datenbank (MGCDB84) mit fast 5000 Datenpunkten. Die verwendete Datenbank, als ergänzende Daten bereitgestellt, besteht aus 84 Datensätzen und enthält nicht-kovalente Wechselwirkungen, Isomerisierungsenergien, Thermochemie und Aktivierungsenergien. Darüber hinaus wird die Entwicklung nichtempirischer und semi-empirischer Dichtefunktional-Designs rekapituliert, und Leitlinien für den angemessenen und effektiven Einsatz von Dichtefunktionalen werden bereitgestellt. Das vielversprechendste betrachtete Funktional ist ωB97M-V, ein range-separated hybrid meta-GGA mit VV10 nichtlokaler Korrelation, das mit einem kombinatorischen Ansatz entwickelt wurde. Von den lokalen GGAs werden B97-D3, revPBE-D3 und BLYP-D3 empfohlen, während von den lokalen meta-GGAs B97M-rV die führende Wahl ist, gefolgt von MS1-D3 und M06-LD3. Die besten hybriden GGAs sind ωB97X-V, ωB97X-D3 und ωB97X-D, während nützliche hybride meta-GGAs (neben ωB97M-V) ωM05-D, M06-2X-D3 und MN15 umfassen. Letztendlich sind die heutigen state-of-the-art-Funktionale dem gewünschten Genauigkeitsniveau für einen breiten Bereich chemischer Anwendungen sehr nahe, und die verbleibenden Hauptbeschränkungen sind mit Systemen verbunden, die signifikante Selbstwechselwirkungs-/Delokalisierungsfehler und/oder starke Korrelationseffekte aufweisen.

@article{doi1010800026897620171333644,
    author = "Mardirossian, Narbe und Head‐Gordon, Martin",
    title = "Thirty years of density functional theory in computational chemistry: an overview and extensive assessment of 200 density functionals",
    year = "2017",
    journal = "Molecular Physics",
    abstract = "In den letzten 30 Jahren hat die Kohn–Sham-Dichtefunktionaltheorie sich als die beliebteste Methode zur Berechnung der elektronischen Struktur in der computergestützten Chemie etabliert. Um die ständig wachsende Anzahl von Näherungsfunktionen für Austausch- und Korrelationseffekte zu bewerten, vergleicht diese Übersicht insgesamt 200 Dichtefunktionale an einer molekularen Datenbank (MGCDB84) mit fast 5000 Datenpunkten. Die verwendete Datenbank, als ergänzende Daten bereitgestellt, besteht aus 84 Datensätzen und enthält nicht-kovalente Wechselwirkungen, Isomerisierungsenergien, Thermochemie und Aktivierungsenergien. Darüber hinaus wird die Entwicklung nichtempirischer und semi-empirischer Dichtefunktional-Designs rekapituliert, und Leitlinien für den angemessenen und effektiven Einsatz von Dichtefunktionalen werden bereitgestellt. Das vielversprechendste betrachtete Funktional ist ωB97M-V, ein range-separated hybrid meta-GGA mit VV10 nichtlokaler Korrelation, das mit einem kombinatorischen Ansatz entwickelt wurde. Von den lokalen GGAs werden B97-D3, revPBE-D3 und BLYP-D3 empfohlen, während von den lokalen meta-GGAs B97M-rV die führende Wahl ist, gefolgt von MS1-D3 und M06-LD3. Die besten hybriden GGAs sind ωB97X-V, ωB97X-D3 und ωB97X-D, während nützliche hybride meta-GGAs (neben ωB97M-V) ωM05-D, M06-2X-D3 und MN15 umfassen. Letztendlich sind die heutigen state-of-the-art-Funktionale dem gewünschten Genauigkeitsniveau für einen breiten Bereich chemischer Anwendungen sehr nahe, und die verbleibenden Hauptbeschränkungen sind mit Systemen verbunden, die signifikante Selbstwechselwirkungs-/Delokalisierungsfehler und/oder starke Korrelationseffekte aufweisen.",
    url = "https://doi.org/10.1080/00268976.2017.1333644",
    doi = "10.1080/00268976.2017.1333644",
    openalex = "W2639728117",
    references = "doi101007s002140070310x, doi10106312370993, doi101080002689762014952696"
}

Enzyme katalysieren eine Vielzahl von Reaktionen. Ihre katalytischen Leistungen, Mechanismen, globalen Faltungen und aktive-Stellen-Architekturen sind ebenfalls höchst divers, was darauf hindeutet, dass Enzyme durch eine ganze Reihe von physiologischen Anforderungen und evolutionären Einschränkungen sowie durch chemische und physikochemische Einschränkungen geformt werden. Wir haben versucht, Signaturen dieser formenden Anforderungen und Einschränkungen zu identifizieren. Zu diesem Zweck beschreiben wir einen Überblick über den Enzymraum aus zwei Perspektiven: Evolution und Chemie. Wir untersuchen verschiedene chemische Reaktionsparameter, die die katalytischen Leistungen und aktive-Stellen-Architekturen von Enzymen geformt haben könnten. Wir prüfen und wiegen diese Überlegungen gegen physiologische und evolutionäre Faktoren ab. Obwohl die katalytischen Eigenschaften des "durchschnittlichen" Enzyms mit den zellulären metabolischen Anforderungen und Enzymausdrucksstufen korrelieren, führt auf der Ebene einzelner Enzyme eine Vielzahl physiologischer Anforderungen und Einschränkungen, kombiniert mit der zufälligen Natur evolutionärer Prozesse, zu einem komplexen Bild. Tatsächlich kann weder der Reaktionstyp (eine chemische Einschränkung) noch der evolutionäre Ursprung allein Enzymraten erklären. Dennoch sind chemische Einschränkungen in der Konvergenz der aktiven-Stellen-Architekturen in unabhängig evolvierten Enzymen offensichtlich, obwohl signifikante Variationen innerhalb einer Architektur üblich sind.

@article{doi101021acschemrev8b00039,
    author = "Davidi, Dan und Longo, Liam M. und Jabłońska, Jagoda und Milo, Ron und Tawfik, Dan S.",
    title = "A Bird's-Eye View of Enzyme Evolution: Chemical, Physicochemical, and Physiological Considerations",
    year = "2018",
    journal = "Chemical Reviews",
    abstract = {Enzyme katalysieren eine Vielzahl von Reaktionen. Ihre katalytischen Leistungen, Mechanismen, globalen Faltungen und aktive-Stellen-Architekturen sind ebenfalls höchst divers, was darauf hindeutet, dass Enzyme durch eine ganze Reihe von physiologischen Anforderungen und evolutionären Einschränkungen sowie durch chemische und physikochemische Einschränkungen geformt werden. Wir haben versucht, Signaturen dieser formenden Anforderungen und Einschränkungen zu identifizieren. Zu diesem Zweck beschreiben wir einen Überblick über den Enzymraum aus zwei Perspektiven: Evolution und Chemie. Wir untersuchen verschiedene chemische Reaktionsparameter, die die katalytischen Leistungen und aktive-Stellen-Architekturen von Enzymen geformt haben könnten. Wir prüfen und wiegen diese Überlegungen gegen physiologische und evolutionäre Faktoren ab. Obwohl die katalytischen Eigenschaften des "durchschnittlichen" Enzyms mit den zellulären metabolischen Anforderungen und Enzymausdrucksstufen korrelieren, führt auf der Ebene einzelner Enzyme eine Vielzahl physiologischer Anforderungen und Einschränkungen, kombiniert mit der zufälligen Natur evolutionärer Prozesse, zu einem komplexen Bild. Tatsächlich kann weder der Reaktionstyp (eine chemische Einschränkung) noch der evolutionäre Ursprung allein Enzymraten erklären. Dennoch sind chemische Einschränkungen in der Konvergenz der aktiven-Stellen-Architekturen in unabhängig evolvierten Enzymen offensichtlich, obwohl signifikante Variationen innerhalb einer Architektur üblich sind.},
    url = "https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00039",
    doi = "10.1021/acs.chemrev.8b00039",
    openalex = "W2888107191",
    references = "doi101016jjmb201511010, doi101016jsbi201711007, doi101016s0969212601002209, doi101021bi2002289, doi101038msb201165, doi101038nbt1614, doi101038nchembio186, doi101038s4158901800432, doi101042bj1030514, doi101093nar27129, doi101093nar28127, doi101093nargkh081, doi101146annurevbiochem73011303074021"
}

Historische Prozesse zeigen ein gewisses Maß an "Kontingenz", was bedeutet, dass ihre Ergebnisse empfindlich gegenüber scheinbar unbedeutenden Ereignissen sind, die die Zukunft grundlegend verändern können. Kontingenz ist das, was historische Ergebnisse unvorhersehbar macht. Im Gegensatz zu vielen anderen natürlichen Phänomenen ist die Evolution ein historischer Prozess. Evolutionärer Wandel wird oft durch die deterministische Kraft der natürlichen Selektion angetrieben, aber die natürliche Selektion wirkt auf Variation, die durch zufällige Mutationen unvorhersehbar im Laufe der Zeit entsteht, und sogar vorteilhafte Mutationen können durch Zufall durch genetische Drift verloren gehen. Darüber hinaus hat die Evolution innerhalb eines planetaren Umfelds stattgefunden, das eine eigene besondere Geschichte hat. Dieser Konflikt zwischen Determinismus und Kontingenz macht die Evolutionsbiologie zu einer Art Hybrid zwischen Wissenschaft und Geschichte. Während Philosophen der Wissenschaft die Nuancen der Kontingenz untersuchen, haben Biologen viele empirische Studien zur Wiederholbarkeit und Kontingenz der Evolution durchgeführt. Hier fassen wir die experimentellen und vergleichenden Beweise aus diesen Studien zusammen. Replikate-Populationen in evolutionären "Wiederabspiel"-Experimenten zeigen oft parallele Veränderungen, insbesondere in der Gesamtleistung, obwohl idiosynkratische Ergebnisse zeigen, dass die Besonderheiten der Geschichte einer Linie beeinflussen können, welcher von mehreren evolutionären Pfaden eingeschlagen wird. Vergleichende Biologen haben viele bemerkenswerte Beispiele für konvergente Anpassung an ähnliche Bedingungen gefunden, aber die Quantifizierung, wie häufig solche Konvergenz auftritt, ist schwierig. Insgesamt deutet die Evidenz darauf hin, dass die Evolution unter eng verwandten Linien überraschend wiederholbar ist, aber unterschiedliche Ergebnisse werden wahrscheinlicher, je tiefer der Fußabdruck der Geschichte wird. Laufende Forschungen zur Struktur adaptiver Landschaften liefern zusätzliche Einblicke in das Zusammenspiel von Schicksal und Zufall im evolutionären Prozess.

@article{doi101126scienceaam5979,
    author = "Blount, Zachary D. und Lenski, Richard E. und Losos, Jonathan B.",
    title = "Kontingenz und Determinismus in der Evolution: Das Wiederabspielen des Lebensbandes",
    year = "2018",
    journal = "Science",
    abstract = {Historische Prozesse zeigen ein gewisses Maß an "Kontingenz", was bedeutet, dass ihre Ergebnisse empfindlich gegenüber scheinbar unbedeutenden Ereignissen sind, die die Zukunft grundlegend verändern können. Kontingenz ist das, was historische Ergebnisse unvorhersehbar macht. Im Gegensatz zu vielen anderen natürlichen Phänomenen ist die Evolution ein historischer Prozess. Evolutionärer Wandel wird oft durch die deterministische Kraft der natürlichen Selektion angetrieben, aber die natürliche Selektion wirkt auf Variation, die durch zufällige Mutationen unvorhersehbar im Laufe der Zeit entsteht, und sogar vorteilhafte Mutationen können durch Zufall durch genetische Drift verloren gehen. Darüber hinaus hat die Evolution innerhalb eines planetaren Umfelds stattgefunden, das eine eigene besondere Geschichte hat. Dieser Konflikt zwischen Determinismus und Kontingenz macht die Evolutionsbiologie zu einer Art Hybrid zwischen Wissenschaft und Geschichte. Während Philosophen der Wissenschaft die Nuancen der Kontingenz untersuchen, haben Biologen viele empirische Studien zur Wiederholbarkeit und Kontingenz der Evolution durchgeführt. Hier fassen wir die experimentellen und vergleichenden Beweise aus diesen Studien zusammen. Replikate-Populationen in evolutionären "Wiederabspiel"-Experimenten zeigen oft parallele Veränderungen, insbesondere in der Gesamtleistung, obwohl idiosynkratische Ergebnisse zeigen, dass die Besonderheiten der Geschichte einer Linie beeinflussen können, welcher von mehreren evolutionären Pfaden eingeschlagen wird. Vergleichende Biologen haben viele bemerkenswerte Beispiele für konvergente Anpassung an ähnliche Bedingungen gefunden, aber die Quantifizierung, wie häufig solche Konvergenz auftritt, ist schwierig. Insgesamt deutet die Evidenz darauf hin, dass die Evolution unter eng verwandten Linien überraschend wiederholbar ist, aber unterschiedliche Ergebnisse werden wahrscheinlicher, je tiefer der Fußabdruck der Geschichte wird. Laufende Forschungen zur Struktur adaptiver Landschaften liefern zusätzliche Einblicke in das Zusammenspiel von Schicksal und Zufall im evolutionären Prozess.},
    url = "https://doi.org/10.1126/science.aam5979",
    doi = "10.1126/science.aam5979",
    openalex = "W2900065583",
    references = "doi101016jtree201206001, doi101038nrg3483, doi101038nrg3744, doi101073pnas0508724103, doi101111j15585646201101289x"
}

Die präbiotische organische Synthese, katalysiert durch auf der Erde häufig vorkommende Metalldisulfide, ist ein Schlüsselprozess zum Verständnis der Evolution der Biochemie von anorganischen Molekülen, doch die katalytischen Funktionen von Disulfiden sind im Kontext des Ursprungs des Lebens bisher kaum erforscht worden. Vergangene Studien zur präbiotischen Chemie haben sich größtenteils auf wenige Typen von Metalldisulfid-Katalysatoren konzentriert, wie FeS oder NiS, die nur begrenzte Typen von Produkten mit inferiorer Aktivität und Selektivität bilden. Um das Potenzial von Metalldisulfiden bei der Katalyse präbiotischer chemischer Reaktionen zu erforschen, wurde hier die chemische Vielfalt (Variationen in der chemischen Zusammensetzung und der Phasenstruktur) von 304 natürlichen Metalldisulfid-Mineralien in einer Mineralogie-Datenbank untersucht. Ansätze zur rationalen Vorhersage der katalytischen Funktionen von Metalldisulfiden werden auf der Grundlage fortschrittlicher Theorien und analytischer Werkzeuge der Elektrokatalyse diskutiert, wie protongekoppelte Elektronentransfer, strukturelle Vergleiche zwischen Enzymen und Mineralien und in situ-Spektroskopie. Zu diesem Zweck stellen wir ein Modell der geoelektrochemisch getriebenen präbiotischen Synthese für die chemische Evolution vor, da es uns hilft, die Kinetik und Selektivität der gezielten präbiotischen Chemie unter „chemisch unordentlichen Bedingungen" vorherzusagen. Wir erwarten, dass die Kombination des Data-Mining von Mineraldatenbanken mit experimentellen Methoden, Theorien und Machine-Learning-Ansätzen, die im Bereich der Elektrokatalyse entwickelt wurden, die Vorhersage und Verifizierung der katalytischen Leistung unter einem breiten Spektrum von pH- und Eh-Bedingungen erleichtern und zur rationalen Auswahl von Mineral-Katalysatoren beitragen wird, die am Ursprung des Lebens beteiligt sind.

@article{doi103390life8040046,
    author = "Li, Yamei und Kitadai, Norio und Nakamura, Ryuhei",
    title = "Chemische Vielfalt von Metalldisulfid-Mineralien und ihre Implikationen für den Ursprung des Lebens",
    year = "2018",
    journal = "Life",
    abstract = {Die präbiotische organische Synthese, katalysiert durch auf der Erde häufig vorkommende Metalldisulfide, ist ein Schlüsselprozess zum Verständnis der Evolution der Biochemie von anorganischen Molekülen, doch die katalytischen Funktionen von Disulfiden sind im Kontext des Ursprungs des Lebens bisher kaum erforscht worden. Vergangene Studien zur präbiotischen Chemie haben sich größtenteils auf wenige Typen von Metalldisulfid-Katalysatoren konzentriert, wie FeS oder NiS, die nur begrenzte Typen von Produkten mit inferiorer Aktivität und Selektivität bilden. Um das Potenzial von Metalldisulfiden bei der Katalyse präbiotischer chemischer Reaktionen zu erforschen, wurde hier die chemische Vielfalt (Variationen in der chemischen Zusammensetzung und der Phasenstruktur) von 304 natürlichen Metalldisulfid-Mineralien in einer Mineralogie-Datenbank untersucht. Ansätze zur rationalen Vorhersage der katalytischen Funktionen von Metalldisulfiden werden auf der Grundlage fortschrittlicher Theorien und analytischer Werkzeuge der Elektrokatalyse diskutiert, wie protongekoppelte Elektronentransfer, strukturelle Vergleiche zwischen Enzymen und Mineralien und in situ-Spektroskopie. Zu diesem Zweck stellen wir ein Modell der geoelektrochemisch getriebenen präbiotischen Synthese für die chemische Evolution vor, da es uns hilft, die Kinetik und Selektivität der gezielten präbiotischen Chemie unter „chemisch unordentlichen Bedingungen" vorherzusagen. Wir erwarten, dass die Kombination des Data-Mining von Mineraldatenbanken mit experimentellen Methoden, Theorien und Machine-Learning-Ansätzen, die im Bereich der Elektrokatalyse entwickelt wurden, die Vorhersage und Verifizierung der katalytischen Leistung unter einem breiten Spektrum von pH- und Eh-Bedingungen erleichtern und zur rationalen Auswahl von Mineral-Katalysatoren beitragen wird, die am Ursprung des Lebens beteiligt sind.},
    url = "https://doi.org/10.3390/life8040046",
    doi = "10.3390/life8040046",
    openalex = "W2897794194",
    references = "doi101002adma201302685, doi101021cr068357u, doi101021ja0504690, doi101021ja404523s, doi101038nchem121, doi101038nmat3700, doi101038s415700160003, doi10106314812323, doi101126science1141483, doi101126scienceaas9100"
}

Katalytische Reste eines Enzyms umfassen die Aminosäuren, die sich im aktiven Zentrum befinden und für die Beschleunigung der enzymkatalysierten Reaktion verantwortlich sind. Diese Reste senken die Aktivierungsenergie von Reaktionen, indem sie mehrere katalytische Funktionen erfüllen. Jahrzehnte der Enzymologie-Forschung haben allgemeine Themen bezüglich der Rollen spezifischer Reste in diesen katalytischen Reaktionen etabliert, aber es war schwieriger, diese Rollen auf eine systematischere Weise zu erforschen. Hier überblicken wir die Daten zu den katalytischen Resten von 648 Enzymen, wie sie im Mechanism and Catalytic Site Atlas (M-CSA) annotiert sind, und vergleichen unsere Ergebnisse mit denen früherer Studien. Wir haben diese Analyse um drei Schlüsseleigenschaften der katalytischen Reste herum strukturiert: Aminosäuretyp, katalytische Funktion und Sequenzerhaltung in homologen Proteinen. Wie erwartet stellten wir fest, dass Katalyse hauptsächlich von einer kleinen Menge von Resten durchgeführt wird, die eine begrenzte Anzahl katalytischer Funktionen erfüllen. Katalytische Reste sind typischerweise hochkonserviert, jedoch in einem geringeren Maße in Homologen, die unterschiedliche Reaktionen durchführen oder keine Enzyme sind (Pseudoenzyme). Die Kreuzanalyse ergab weitere Erkenntnisse darüber, welche Reste bestimmte Funktionen erfüllen und wie oft. Wir erhielten detailliertere Spezifitätsregeln für bestimmte Funktionen, indem wir die chemische Gruppe identifizierten, auf die der Rest wirkt. Schließlich zeigen wir die Mutationsverträglichkeit der katalytischen Reste basierend auf ihren Rollen. Die Charakterisierung der katalytischen Reste, ihrer Funktionen und ihrer Erhaltung, wie hier dargestellt, ist entscheidend für das Verständnis der Auswirkungen von Mutationen in der Evolution, Krankheit und Enzymdesign. Die für diese Analyse entwickelten Werkzeuge sind auf der M-CSA-Website verfügbar und ermöglichen eine benutzerspezifische Analyse derselben Daten.

@article{doi101074jbcrev119006289,
    author = "Ribeiro, António J. M. und Tyzack, Jonathan D. und Borkakoti, Neera und Holliday, Gemma L. und Thornton, Janet M.",
    title = "Eine globale Analyse der Funktion und des Erhaltungszustands katalytischer Reste in Enzymen",
    year = "2019",
    journal = "Journal of Biological Chemistry",
    abstract = "Katalytische Reste eines Enzyms umfassen die Aminosäuren, die sich im aktiven Zentrum befinden und für die Beschleunigung der enzymkatalysierten Reaktion verantwortlich sind. Diese Reste senken die Aktivierungsenergie von Reaktionen, indem sie mehrere katalytische Funktionen erfüllen. Jahrzehnte der Enzymologie-Forschung haben allgemeine Themen bezüglich der Rollen spezifischer Reste in diesen katalytischen Reaktionen etabliert, aber es war schwieriger, diese Rollen auf eine systematischere Weise zu erforschen. Hier überblicken wir die Daten zu den katalytischen Resten von 648 Enzymen, wie sie im Mechanism and Catalytic Site Atlas (M-CSA) annotiert sind, und vergleichen unsere Ergebnisse mit denen früherer Studien. Wir haben diese Analyse um drei Schlüsseleigenschaften der katalytischen Reste herum strukturiert: Aminosäuretyp, katalytische Funktion und Sequenzerhaltung in homologen Proteinen. Wie erwartet stellten wir fest, dass Katalyse hauptsächlich von einer kleinen Menge von Resten durchgeführt wird, die eine begrenzte Anzahl katalytischer Funktionen erfüllen. Katalytische Reste sind typischerweise hochkonserviert, jedoch in einem geringeren Maße in Homologen, die unterschiedliche Reaktionen durchführen oder keine Enzyme sind (Pseudoenzyme). Die Kreuzanalyse ergab weitere Erkenntnisse darüber, welche Reste bestimmte Funktionen erfüllen und wie oft. Wir erhielten detailliertere Spezifitätsregeln für bestimmte Funktionen, indem wir die chemische Gruppe identifizierten, auf die der Rest wirkt. Schließlich zeigen wir die Mutationsverträglichkeit der katalytischen Reste basierend auf ihren Rollen. Die Charakterisierung der katalytischen Reste, ihrer Funktionen und ihrer Erhaltung, wie hier dargestellt, ist entscheidend für das Verständnis der Auswirkungen von Mutationen in der Evolution, Krankheit und Enzymdesign. Die für diese Analyse entwickelten Werkzeuge sind auf der M-CSA-Website verfügbar und ermöglichen eine benutzerspezifische Analyse derselben Daten.",
    url = "https://doi.org/10.1074/jbc.rev119.006289",
    doi = "10.1074/jbc.rev119.006289",
    openalex = "W2993164685",
    references = "doi101126scisignalaat9797"
}

Die Proteinphosphorylierung durch eukaryotische Proteinkinasen (ePKs) ist ein grundlegender Mechanismus der Zellsignalisierung in allen Organismen. Bei Modellvertebraten werden etwa 10 % der ePKs als Pseudokinasen klassifiziert, die Aminosäureveränderungen innerhalb der katalytischen Maschinerie des Kinasedomens aufweisen, die sie von ihren kanonischen Kinasen unterscheiden. Pseudokinasen regulieren jedoch weiterhin verschiedene Signalwege, meist ohne eigene katalytische Ausgabe. Um die Verbreitung, evolutionären Beziehungen und biologische Vielfalt dieser Pseudoenzyme zu untersuchen, führten wir eine umfassende Analyse von putativen Pseudokinasensequenzen in verfügbaren eukaryotischen, bakteriellen und archaealen Proteomen durch. Wir stellten fest, dass Pseudokinasen in allen Domänen des Lebens vorkommen, und klassifizierten fast 30.000 eukaryotische, 1500 bakterielle und 20 archaeale Pseudokinasensequenzen in 86 Pseudokinasenfamilien, darunter etwa 30 Familien, die zuvor unbekannt waren. Wir entdeckten eine reiche Vielfalt an Pseudokinasen mit bemerkenswerten Expansionen nicht nur bei Tieren, sondern auch bei Pflanzen, Pilzen und Bakterien, bei denen Pseudokinasen bisher nur oberflächlich beachtet wurden. Diese Expansionen gehen mit Domänen-Shuffling einher, was auf Rollen von Pseudokinasen bei der pflanzlichen angeborenen Immunität, pflanzlich-pilzlichen Interaktionen und bakterieller Signalisierung hindeutet. Mechanistisch hat sich das ancestrale Kinasenfalt in vielerlei Hinsicht durch die Anreicherung einzigartiger Sequenzmotive divergiert, um neue Familien von Pseudokinasen zu erzeugen, bei denen das Kinasendom für nichtkanonische Nukleotidbindung oder zur Stabilisierung einzigartiger, inaktiver Kinasenkonformationen umgenutzt wird. Wir stellen ferner eine Sammlung annotierter Pseudokinasensequenzen in der Protein Kinase Ontology (ProKinO) als neue erschließbare Ressource für die Signalisierungscommunity zur Verfügung.

@article{doi101126scisignalaav3810,
    author = "Kwon, Annie und Scott, Steven Thomas und Taujale, Rahil und Yeung, Wayland und Kochut, Krys J. und Eyers, Patrick A. und Kannan, Natarajan",
    title = "Tracing the origin and evolution of pseudokinases across the tree of life",
    year = "2019",
    journal = "Science Signaling",
    abstract = "Protein phosphorylation by eukaryotic protein kinases (ePKs) is a fundamental mechanism of cell signaling in all organisms. In model vertebrates, \textasciitilde 10\% of ePKs are classified as pseudokinases, which have amino acid changes within the catalytic machinery of the kinase domain that distinguish them from their canonical kinase counterparts. However, pseudokinases still regulate various signaling pathways, usually doing so in the absence of their own catalytic output. To investigate the prevalence, evolutionary relationships, and biological diversity of these pseudoenzymes, we performed a comprehensive analysis of putative pseudokinase sequences in available eukaryotic, bacterial, and archaeal proteomes. We found that pseudokinases are present across all domains of life, and we classified nearly 30,000 eukaryotic, 1500 bacterial, and 20 archaeal pseudokinase sequences into 86 pseudokinase families, including \textasciitilde 30 families that were previously unknown. We uncovered a rich variety of pseudokinases with notable expansions not only in animals but also in plants, fungi, and bacteria, where pseudokinases have previously received cursory attention. These expansions are accompanied by domain shuffling, which suggests roles for pseudokinases in plant innate immunity, plant-fungal interactions, and bacterial signaling. Mechanistically, the ancestral kinase fold has diverged in many distinct ways through the enrichment of unique sequence motifs to generate new families of pseudokinases in which the kinase domain is repurposed for noncanonical nucleotide binding or to stabilize unique, inactive kinase conformations. We further provide a collection of annotated pseudokinase sequences in the Protein Kinase Ontology (ProKinO) as a new mineable resource for the signaling community.",
    url = "https://doi.org/10.1126/scisignal.aav3810",
    doi = "10.1126/scisignal.aav3810",
    openalex = "W2941880204",
    references = "doi101038s4158901800432"
}

Pseudoenzyme sind in vielen, aber nicht allen bekannten Enzymfamilien vorhanden und fehlen eines oder mehrere konservierte kanonische Aminosäuren, die dazu beitragen, ihre katalytisch aktiven Gegenstücke zu definieren. Neue Erkenntnisse im Bereich der Pseudokinasen bestätigen, dass die evolutionäre Neuverwendung des strukturell definierten bilobalen Proteinkinasemotivs es ermöglicht, dass sich unterschiedliche biologische Funktionen entwickeln, von denen viele auf konformationswechsel basieren, im Gegensatz zur kanonischen Katalyse. In dieser Analyse bewerten wir Fortschritte bei der Bewertung mehrerer Mitglieder des 'dunklen' Pseudokinoms, die dazu beitragen, dieses wachsende Feld voranzutreiben. Zunächst diskutieren wir, wie Anpassungen in den Erythropoetin-produzierenden Hepatozellulären Karzinom (Eph) Rezeptortyrosinkinasendomänen zu zwei Wirbeltier-Pseudokinasen, EphA10 und EphB6, geführt haben, bei denen sich ko-evolvierende Sequenzen neue Motive erzeugen, die wahrscheinlich sowohl für die Nukleotidbindung als auch für die katalyseunabhängige Signalgebung wichtig sind. Zweitens diskutieren wir, wie konformationsflexible Tribbles-Pseudokinasen, die sich in komplexen Wirbeltieren ausgebreitet haben, grundlegende Aspekte der Zellsignalgebung kontrollieren, die mit kovalenten kleinen Molekülen angreifbar sein könnten. Schließlich zeigen wir, wie artspezifische Anpassungen in der duplizierten kanonischen Kinaseweißt Protein Serinkinasen-Histon (PSKH)1-Sequenz zur Erscheinung des Pseudokinasen PSKH2 geführt haben, dessen physiologische Rolle weiterhin rätselhaft bleibt. Abschließend zeigen wir, wie die von uns entdeckten Muster selektiv innerhalb spezifischer Pseudokinasen konserviert sind und dass sie, wenn sie neben eng verwandten kanonischen Kinasen modelliert werden, häufig in funktionell wichtigen Regionen des konservierten Kinasemotivs lokalisiert sind. Die Untersuchung dieser Muster wird für die zukünftige Bewertung dieser und anderer Mitglieder des noch nicht untersuchten menschlichen Kinoms nützlich sein.

@article{doi101111febs15246,
    author = "Shrestha, Safal und Byrne, Dominic P. und Harris, John A. und Kannan, Natarajan und Eyers, Patrick A.",
    title = "Katalogisierung der Toten: neues Leben in die Pseudokinase-Forschung einhauchen",
    year = "2020",
    journal = "FEBS Journal",
    abstract = "Pseudoenzyme sind in vielen, aber nicht allen bekannten Enzymfamilien vorhanden und fehlen eines oder mehrere konservierte kanonische Aminosäuren, die dazu beitragen, ihre katalytisch aktiven Gegenstücke zu definieren. Neue Erkenntnisse im Bereich der Pseudokinasen bestätigen, dass die evolutionäre Neuverwendung des strukturell definierten bilobalen Proteinkinasemotivs es ermöglicht, dass sich unterschiedliche biologische Funktionen entwickeln, von denen viele auf konformationswechsel basieren, im Gegensatz zur kanonischen Katalyse. In dieser Analyse bewerten wir Fortschritte bei der Bewertung mehrerer Mitglieder des 'dunklen' Pseudokinoms, die dazu beitragen, dieses wachsende Feld voranzutreiben. Zunächst diskutieren wir, wie Anpassungen in den Erythropoetin-produzierenden Hepatozellulären Karzinom (Eph) Rezeptortyrosinkinasendomänen zu zwei Wirbeltier-Pseudokinasen, EphA10 und EphB6, geführt haben, bei denen sich ko-evolvierende Sequenzen neue Motive erzeugen, die wahrscheinlich sowohl für die Nukleotidbindung als auch für die katalyseunabhängige Signalgebung wichtig sind. Zweitens diskutieren wir, wie konformationsflexible Tribbles-Pseudokinasen, die sich in komplexen Wirbeltieren ausgebreitet haben, grundlegende Aspekte der Zellsignalgebung kontrollieren, die mit kovalenten kleinen Molekülen angreifbar sein könnten. Schließlich zeigen wir, wie artspezifische Anpassungen in der duplizierten kanonischen Kinaseweißt Protein Serinkinasen-Histon (PSKH)1-Sequenz zur Erscheinung des Pseudokinasen PSKH2 geführt haben, dessen physiologische Rolle weiterhin rätselhaft bleibt. Abschließend zeigen wir, wie die von uns entdeckten Muster selektiv innerhalb spezifischer Pseudokinasen konserviert sind und dass sie, wenn sie neben eng verwandten kanonischen Kinasen modelliert werden, häufig in funktionell wichtigen Regionen des konservierten Kinasemotivs lokalisiert sind. Die Untersuchung dieser Muster wird für die zukünftige Bewertung dieser und anderer Mitglieder des noch nicht untersuchten menschlichen Kinoms nützlich sein.",
    url = "https://doi.org/10.1111/febs.15246",
    doi = "10.1111/febs.15246",
    openalex = "W3006367023",
    references = "doi101126scisignalaat9797"
}

Die RNA-Welt ist eine der am weitesten verbreiteten Hypothesen, die den Ursprung des genetischen Systems erklären, das von allen Organismen heute verwendet wird. Sie besagt, dass das dreiteilige System aus DNA, RNA und Proteinen von einem System vorausgegangen war, das ausschließlich aus RNA bestand, die sowohl genetische Information speicherte als auch die molekularen Funktionen ausübte, die durch diese genetische Information kodiert sind. Die aktuelle Forschung zu einer potenziellen RNA-Welt dreht sich um die katalytischen Eigenschaften von RNA-basierten Enzymen, oder Ribozymen. Viel vor der Entdeckung der Ribozyme schlug Harold White vor, dass Beweise für eine präkursor-RNA-Welt in modernen Proteinen in Form von Coenzymen gefunden werden könnten, von denen die Mehrheit Nukleinbasen oder Nukleosidreste enthält, wie Coenzym A und S-Adenosylmethionin, oder selbst Nukleotide sind, wie ATP und NADH (ein Dinukleotid). Diese Coenzyme, so White, waren die katalytischen aktiven Stellen alter Ribozyme, die nach dem Ersatz der umgebenden Ribozym-Gerüste durch Protein-Apoenzyme während der Evolution der Translation zu ihrer heutigen Form übergingen. Seit ihrer Formulierung vor vier Jahrzehnten hat diese bahnbrechende Hypothese Unterstützung von mehreren verschiedenen Forschungsbereichen erhalten und ähnliche Hypothesen über andere Klassen von Cofaktoren motiviert, insbesondere Eisen-Schwefel-Cluster-Cofaktoren als Überreste des geochemischen Umfelds des Ursprungs des Lebens. Beweise aus präbiotischer Geochemie, Ribozym-Biochemie und Evolutionsbiologie unterstützen diese Hypothesen zunehmend. Bestimmte Coenzyme und Cofaktoren können die moderne Biologie mit der Vergangenheit verbinden und können somit Einblicke in die schwer fassbare und schlecht dokumentierte Periode des Ursprungs und der frühen Evolution des Lebens geben.

@article{doi101007s00239020099884,
    author = "Goldman, Aaron D. und Kaçar, Betül",
    title = "Cofaktoren sind Überreste des Ursprungs und der frühen Evolution des Lebens",
    year = "2021",
    journal = "Journal of Molecular Evolution",
    abstract = "Die RNA-Welt ist eine der am weitesten verbreiteten Hypothesen, die den Ursprung des genetischen Systems erklären, das von allen Organismen heute verwendet wird. Sie besagt, dass das dreiteilige System aus DNA, RNA und Proteinen von einem System vorausgegangen war, das ausschließlich aus RNA bestand, die sowohl genetische Information speicherte als auch die molekularen Funktionen ausübte, die durch diese genetische Information kodiert sind. Die aktuelle Forschung zu einer potenziellen RNA-Welt dreht sich um die katalytischen Eigenschaften von RNA-basierten Enzymen, oder Ribozymen. Viel vor der Entdeckung der Ribozyme schlug Harold White vor, dass Beweise für eine präkursor-RNA-Welt in modernen Proteinen in Form von Coenzymen gefunden werden könnten, von denen die Mehrheit Nukleinbasen oder Nukleosidreste enthält, wie Coenzym A und S-Adenosylmethionin, oder selbst Nukleotide sind, wie ATP und NADH (ein Dinukleotid). Diese Coenzyme, so White, waren die katalytischen aktiven Stellen alter Ribozyme, die nach dem Ersatz der umgebenden Ribozym-Gerüste durch Protein-Apoenzyme während der Evolution der Translation zu ihrer heutigen Form übergingen. Seit ihrer Formulierung vor vier Jahrzehnten hat diese bahnbrechende Hypothese Unterstützung von mehreren verschiedenen Forschungsbereichen erhalten und ähnliche Hypothesen über andere Klassen von Cofaktoren motiviert, insbesondere Eisen-Schwefel-Cluster-Cofaktoren als Überreste des geochemischen Umfelds des Ursprungs des Lebens. Beweise aus präbiotischer Geochemie, Ribozym-Biochemie und Evolutionsbiologie unterstützen diese Hypothesen zunehmend. Bestimmte Coenzyme und Cofaktoren können die moderne Biologie mit der Vergangenheit verbinden und können somit Einblicke in die schwer fassbare und schlecht dokumentierte Periode des Ursprungs und der frühen Evolution des Lebens geben.",
    url = "https://doi.org/10.1007/s00239-020-09988-4",
    doi = "10.1007/s00239-020-09988-4",
    openalex = "W3127613891",
    references = "doi101038216029a0, doi103390life8040046"
}

Dieser Artikel fasst die technischen Fortschritte zusammen, die in der fünften Hauptversion des Q-Chem-Quantenchemie-Programmpakets enthalten sind und Entwicklungen seit 2015 abdecken. Eine umfassende Bibliothek von Austausch-Korrelations-Funktionalen sowie eine Reihe korrelierter Vielteilchenmethoden bleiben ein Markenzeichen der Q-Chem-Software. Zu den Vielteilchenmethoden gehören neuartige Varianten sowohl von gekoppelten-Cluster- als auch von Konfigurationswechselwirkungsansätzen sowie Methoden, die auf der algebraischen diagrammatischen Konstruktion und variationalen reduzierten Dichtematrixmethoden basieren. In Q-Chem 5 hervorgehobene Methoden umfassen eine Reihe von Werkzeugen zur Modellierung der Kernniveauspektroskopie, Methoden zur Beschreibung metastabiler Resonanzen, Methoden zur Berechnung von vibronischen Spektren, die nuklear-elektronische Orbitalmethode sowie verschiedene Energiezerlegungsanalyse-Techniken. Hochleistungs-Fähigkeiten, einschließlich mehrfädiger Parallelverarbeitung und Unterstützung für Berechnungen auf Grafikprozessoren, werden beschrieben. Q-Chem verfügt über eine Gemeinschaft von weit über 100 aktiven akademischen Entwicklern, und die anhaltende Evolution der Software wird durch ein „open teamware"-Modell und ein zunehmend modulares Design unterstützt.

@article{doi10106350055522,
    author = "Epifanovsky, Evgeny und Gilbert, Andrew T. B. und Feng, Xintian und Lee, Joonho und Mao, Yuezhi und Mardirossian, Narbe und Pokhilko, Pavel und White, Alec F. und Coons, Marc P. und Dempwolff, Adrian L. und Gan, Zhengting und Hait, Diptarka und Horn, Paul R. und Jacobson, Leif D. und Kaliman, Ilya und Kußmann, Jörg und Lange, Adrian W. und Lao, Ka Un und Levine, Daniel S. und Liu, Jie und McKenzie, Simon C. und Morrison, Adrian F. und Nanda, Kaushik und Plasser, Felix und Rehn, Dirk R. und Vidal, Marta L. und You, Zhi-Qiang und Zhu, Ying und Alam, Bushra und Albrecht, Benjamin und Aldossary, Abdulrahman und Alguire, Ethan und Andersen, Josefine H. und Athavale, Vishikh und Barton, Dennis L. und Begam, Khadiza und Behn, Andrew und Bellonzi, Nicole und Bernard, Yves und Berquist, Eric und Burton, Hugh G. A. und Carreras, Abel und Carter-Fenk, Kevin und Chakraborty, Romit und Chien, Alan D. und Closser, Kristina D. und Cofer-Shabica, D. Vale und Dasgupta, Saswata und de Wergifosse, Marc und Deng, Jia und Diedenhofen, Michael und Do, Hainam und Ehlert, Sebastian und Fang, Po-Tung und Fatehi, Shervin und Feng, Qingguo und Friedhoff, Triet und Gayvert, James R. und Ge, Qinghui und Gidofalvi, Gergely und Goldey, Matthew und Gomes, Joe und González‐Espinoza, Cristina E. und Gulania, Sahil und Gunina, Anastasia O. und Hanson‐Heine, Magnus W. D. und Harbach, Phillip H. P. und Hauser, Andreas und Herbst, Michael F. und Vera, Mario Hernández und Hodecker, Manuel und Holden, Zachary C. und Houck, Shannon E. und Huang, Xunkun und Hui, Kerwin und Huynh, Bang C. und Ivanov, Maxim und Jász, Ádám und Ji, Hyunjun und Jiang, Hanjie und Kaduk, Benjamin und Kähler, Sven und Khistyaev, Kirill und Kim, Jaehoon und Kis, Gergely und Klunzinger, Phil und Koczor-Benda, Zsuzsanna und Koh, Joong Hoon und Kosenkov, Dmytro und Koulias, Laura und Kowalczyk, Tim und Krauter, Caroline M. und Kue, Karl Y. und Kunitsa, Alexander A. und Kus, Thomas und Ladjánszki, István und Landau, Arie und Lawler, Keith V. und Lefrancois, Daniel und Lehtola, Susi",
    title = "Software für die Grenzen der Quantenchemie: Eine Übersicht über Entwicklungen im Q-Chem 5-Paket",
    year = "2021",
    journal = "The Journal of Chemical Physics",
    abstract = {Dieser Artikel fasst die technischen Fortschritte zusammen, die in der fünften Hauptversion des Q-Chem-Quantenchemie-Programmpakets enthalten sind und Entwicklungen seit 2015 abdecken. Eine umfassende Bibliothek von Austausch-Korrelations-Funktionalen sowie eine Reihe korrelierter Vielteilchenmethoden bleiben ein Markenzeichen der Q-Chem-Software. Zu den Vielteilchenmethoden gehören neuartige Varianten sowohl von gekoppelten-Cluster- als auch von Konfigurationswechselwirkungsansätzen sowie Methoden, die auf der algebraischen diagrammatischen Konstruktion und variationalen reduzierten Dichtematrixmethoden basieren. In Q-Chem 5 hervorgehobene Methoden umfassen eine Reihe von Werkzeugen zur Modellierung der Kernniveauspektroskopie, Methoden zur Beschreibung metastabiler Resonanzen, Methoden zur Berechnung von vibronischen Spektren, die nuklear-elektronische Orbitalmethode sowie verschiedene Energiezerlegungsanalyse-Techniken. Hochleistungs-Fähigkeiten, einschließlich mehrfädiger Parallelverarbeitung und Unterstützung für Berechnungen auf Grafikprozessoren, werden beschrieben. Q-Chem verfügt über eine Gemeinschaft von weit über 100 aktiven akademischen Entwicklern, und die anhaltende Evolution der Software wird durch ein „open teamware"-Modell und ein zunehmend modulares Design unterstützt.},
    url = "https://doi.org/10.1063/5.0055522",
    doi = "10.1063/5.0055522",
    openalex = "W3193988690",
    references = "doi1010631441359, doi101080002689762014952696"
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Serin-Carboxypeptidase-ähnliche Acyltransferasen (SCPL-ATs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Diversifizierung von Pflanzenmetaboliten. Galloylierte Flavan-3-ole reichern sich stark in Tee (Camellia sinensis), Weintraube (Vitis vinifera) und Kaki (Diospyros kaki) an. Bislang bleibt der biosynthetische Mechanismus dieser Verbindungen unbekannt. Hier berichten wir, dass zwei SCPL-AT-Paralogen an der Galloylierung von Flavan-3-olen beteiligt sind: CsSCPL4, das das konservierte katalytische Trias S-D-H enthält, und CsSCPL5, das die alternative Trias T-D-Y aufweist. Integrierte Daten aus transgenen Pflanzen, rekombinanten Enzymen und Genmutationen zeigten, dass CsSCPL4 eine katalytische Acyltransferase ist, während CsSCPL5 ein nicht-katalytischer Begleitparalog (NCCP) ist. Die Co-Expression von CsSCPL4 und CsSCPL5 ist wahrscheinlich für die Galloylierung verantwortlich. Darüber hinaus zeigten Pull-down- und Co-Immunpräzipitationsassays, dass CsSCPL4 und CsSCPL5 interagieren, was die Proteinstabilität erhöht und die posttranslationale Verarbeitung fördert. Zudem zeigten phylogenetische Analysen, dass ihre Homologen in galloylierten Flavan-3-ol- oder hydrolysierbaren Tanninreichen Pflanzenarten koexistieren. Enzymatische Assays zeigten weiter die Notwendigkeit der Co-Expression dieser Homologen für Acyltransferase-Aktivität. Die Evolutionsanalyse ergab, dass die Mutationen der katalytischen Reste von CsSCPL5 vor etwa 10 Millionen Jahren stattgefunden haben könnten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Co-Expression von SCPL-ATs und ihren NCCPs zur Acylierung von Flavan-3-olen im Pflanzenreich beiträgt.

@article{doi101111tpj15782,
    author = "Yao, Shengbo und Liu, Yajun und Zhuang, Juhua und Zhao, Yue und Dai, Xinlong und Jiang, Changjuan und Wang, Zhihui und Jiang, Xiaolan und Zhang, Shuxiang und Qian, Yumei und Tai, Yuling und Wang, Yunsheng und Wang, Haiyan und Xie, De‐Yu und Gao, Liping und Xia, Tao",
    title = "Einblicke in Acylierungsmechanismen: Co‐Expression von Serin-Carboxypeptidase-ähnlichen Acyltransferasen und ihren nicht-katalytischen Begleitparalogen",
    year = "2022",
    journal = "The Plant Journal",
    abstract = "Serin-Carboxypeptidase-ähnliche Acyltransferasen (SCPL-ATs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Diversifizierung von Pflanzenmetaboliten. Galloylierte Flavan-3-ole reichern sich stark in Tee (Camellia sinensis), Weintraube (Vitis vinifera) und Kaki (Diospyros kaki) an. Bislang bleibt der biosynthetische Mechanismus dieser Verbindungen unbekannt. Hier berichten wir, dass zwei SCPL-AT-Paralogen an der Galloylierung von Flavan-3-olen beteiligt sind: CsSCPL4, das das konservierte katalytische Trias S-D-H enthält, und CsSCPL5, das die alternative Trias T-D-Y aufweist. Integrierte Daten aus transgenen Pflanzen, rekombinanten Enzymen und Genmutationen zeigten, dass CsSCPL4 eine katalytische Acyltransferase ist, während CsSCPL5 ein nicht-katalytischer Begleitparalog (NCCP) ist. Die Co-Expression von CsSCPL4 und CsSCPL5 ist wahrscheinlich für die Galloylierung verantwortlich. Darüber hinaus zeigten Pull-down- und Co-Immunpräzipitationsassays, dass CsSCPL4 und CsSCPL5 interagieren, was die Proteinstabilität erhöht und die posttranslationale Verarbeitung fördert. Zudem zeigten phylogenetische Analysen, dass ihre Homologen in galloylierten Flavan-3-ol- oder hydrolysierbaren Tanninreichen Pflanzenarten koexistieren. Enzymatische Assays zeigten weiter die Notwendigkeit der Co-Expression dieser Homologen für Acyltransferase-Aktivität. Die Evolutionsanalyse ergab, dass die Mutationen der katalytischen Reste von CsSCPL5 vor etwa 10 Millionen Jahren stattgefunden haben könnten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Co-Expression von SCPL-ATs und ihren NCCPs zur Acylierung von Flavan-3-olen im Pflanzenreich beiträgt.",
    url = "https://doi.org/10.1111/tpj.15782",
    doi = "10.1111/tpj.15782",
    openalex = "W4224217433",
    references = "doi101126scisignalaat9797"
}

ConspectusDie bemerkenswerte Komplexität des Lebens wird durch Proteine unterstützt, doch ihre funktionelle Vielfalt ist durch das begrenzte chemische Alphabet aus 20 kanonischen Aminosäuren eingeschränkt. Obwohl die Natur diese Einschränkung teilweise durch nicht-genetisch codierte Prozesse wie posttranslationale Modifikationen oder Cofaktoren überwindet, sind diese Mechanismen oft schwer vorherzusagen, zu kontrollieren und zu konstruieren. Diese Einschränkung wirft eine grundlegende Frage auf: Können wir Proteine programmierbar „chemisch editieren", um neue Funktionen auf Abruf zu erzeugen? Um diese Herausforderung zu bewältigen, widmet sich unser Labor der Weiterentwicklung eines „Protein-Chemical-Editing"-Toolkit durch die Integration der synthetischen Chemie mit dem Protein-Engineering. Dieses Rahmenwerk ermöglicht die präzise Manipulation von Proteinen von einzelnen Resten bis hin zu gesamten funktionellen Domänen. Wir verfolgen zwei komplementäre Strategien: die Erweiterung des genetischen Codes, die unnatürliche Aminosäuren (UAAs) als neue chemische Bausteine einführt, und Plattformen der gerichteten Evolution, die programmierbare Protein-Editing-Enzyme erzeugen, die Proteinsequenzen umschreiben können.In diesem Account skizzieren wir einen mehrstufigen Ansatz für das Protein-Chemical-Editing, der die atomare Kontrolle von aktiven Zentren mit lichtgeschützten Aminosäuren, die Verfeinerung katalytischer Taschen unter Verwendung nicht-konkanonischer Reste, die kovalente Stabilisierung von Protein-Protein-Schnittstellen durch Designer-Elektrophil-Köpfe und domänenbasiertes Editing durch evolvierte Proteasen umfasst.Prospektiv ermöglicht die synergistische Integration von chemischem Design, genetischer Codierung und gerichteter Evolution das Protein-Chemical-Editing ein neues Maß an Kontrolle über biologische Funktionen. Dieses Paradigma, das die Präzision der synthetischen Chemie mit der Komplexität lebender Systeme verbindet, transformiert unsere Fähigkeiten grundlegend von der bloßen Beobachtung des Lebens hin zu seiner aktiven Programmierung, mit tiefgreifenden Implikationen für Biomedizin und Biotechnologie.

@article{doi101021acsaccounts6c00037,
    author = "Gao, Ziqi und Zhang, Jinpeng und Wang, Jinyu und Wang, Jie",
    title = "Chemical Editing of Proteins: From a Specific Residue to Functional Domains.",
    year = "2026",
    journal = "Accounts of chemical research",
    abstract = {ConspectusDie bemerkenswerte Komplexität des Lebens wird durch Proteine unterstützt, doch ihre funktionelle Vielfalt ist durch das begrenzte chemische Alphabet aus 20 kanonischen Aminosäuren eingeschränkt. Obwohl die Natur diese Einschränkung teilweise durch nicht-genetisch codierte Prozesse wie posttranslationale Modifikationen oder Cofaktoren überwindet, sind diese Mechanismen oft schwer vorherzusagen, zu kontrollieren und zu konstruieren. Diese Einschränkung wirft eine grundlegende Frage auf: Können wir Proteine programmierbar „chemisch editieren", um neue Funktionen auf Abruf zu erzeugen? Um diese Herausforderung zu bewältigen, widmet sich unser Labor der Weiterentwicklung eines „Protein-Chemical-Editing"-Toolkit durch die Integration der synthetischen Chemie mit dem Protein-Engineering. Dieses Rahmenwerk ermöglicht die präzise Manipulation von Proteinen von einzelnen Resten bis hin zu gesamten funktionellen Domänen. Wir verfolgen zwei komplementäre Strategien: die Erweiterung des genetischen Codes, die unnatürliche Aminosäuren (UAAs) als neue chemische Bausteine einführt, und Plattformen der gerichteten Evolution, die programmierbare Protein-Editing-Enzyme erzeugen, die Proteinsequenzen umschreiben können.In diesem Account skizzieren wir einen mehrstufigen Ansatz für das Protein-Chemical-Editing, der die atomare Kontrolle von aktiven Zentren mit lichtgeschützten Aminosäuren, die Verfeinerung katalytischer Taschen unter Verwendung nicht-konkanonischer Reste, die kovalente Stabilisierung von Protein-Protein-Schnittstellen durch Designer-Elektrophil-Köpfe und domänenbasiertes Editing durch evolvierte Proteasen umfasst.Prospektiv ermöglicht die synergistische Integration von chemischem Design, genetischer Codierung und gerichteter Evolution das Protein-Chemical-Editing ein neues Maß an Kontrolle über biologische Funktionen. Dieses Paradigma, das die Präzision der synthetischen Chemie mit der Komplexität lebender Systeme verbindet, transformiert unsere Fähigkeiten grundlegend von der bloßen Beobachtung des Lebens hin zu seiner aktiven Programmierung, mit tiefgreifenden Implikationen für Biomedizin und Biotechnologie.},
    url = "https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41973472/",
    doi = "10.1021/acs.accounts.6c00037",
    openalex = "W7154135829",
    pmid = "41973472",
    references = "doi101002anie200501023, doi101002anie201708408, doi101016jcell201706009, doi101021cr400477t, doi101038343767a0, doi10103835057062, doi101038nature18629, doi101038s41573020001358, doi101038s415860202188x, doi101146annurevbiochem052308105824"
}