Thema

Einzelmolekülspektroskopische Charakterisierung katalytisch aktiver Cu(II)-Komplexe

Teilprojektleiter

Prof. Dr. Roland Krämer
Anorganisch-Chemisches Institut
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 270
69120 Heidelberg

Telefon: 06221-54-8438
Telefax: 06221-54-8599
E-Mail: roland.kraemer@urz.uni-heidelberg.de
Dr. Dirk-Peter Herten
Single-Molecule Spectroscopy 
CellNetworks / BIOQUANT
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 267
69120 Heidelberg

Telefon: 06221-54-51220
Telefax: 06221-54-51480
E-Mail: dirk.herten@bioquant.uni-heidelberg.de

Zusammenfassung

Die sich rasch entwickelnde Methode der Einzelmolekülspektroskopie erlaubt neue Einblicke in biologische und chemische Systeme. Es können individuelle Moleküle detektiert, identifiziert und gezählt werden. Beispielsweise können bei Enzymen bestimmte Subpopulationen mit leicht veränderten Eigenschaften einen entscheidenden Reaktionsweg katalysieren. Aber auch die Überprüfung der Homogenität bzw. Heterogenität einer Probe oder die Identifizierung von reaktionsentscheidenden Konformationen, die in Ensemblemessungen "verwaschen" werden, sind durch das Studium einzelner Moleküle zugänglich. Im Projekt sollen enzym- mimetische Metallkomplexe auf der Einzelmolekülebene studiert werden. Dazu wird, wie nebenstehend gezeigt, ein DNA-Strang auf einer Glasoberfläche fixiert. Daran bindet im 2. Schritt ein PNA-Strang (1) (peptide nucleic acid), der das Enzym bzw. den Metallkomplex trägt. Das Substrat wird an eine weitere PNA (2) gebunden, die ebenfalls an die DNA hybridisiert. Danach wird das Substrat vom Katalysator umgesetzt. Am Ende des Katalysezyklus muss die PNA (2) mit dem Produkt durch eine PNA (2) mit Substrat ersetzt werden. Im Rahmen dieses Projektes soll geklärt werden, mit welcher Geschwindigkeit die PNAs austauschen und wie ein solcher Austausch mechanistisch vonstatten geht. Zur Messung der Austausch-geschwindigkeiten werden PNA (2) und die DNA mit Farbstoffmolekülen markiert. Die Veränderungen (Fluktuationen) äußern sich durch verschiedene Intensitäten, Spektren, Lebensdauern und Polarisationen der durch zeitkorrelierten Einzelphotonen-zählung beobachteten Farbstoff-fluoreszenzen. Diese Parameter können in der Einzelmolekülspektroskopie unterschieden und miteinander verknüpft werden. Eine Anlage zur Messung von spektral- und zeitaufgelöster Fluoreszenz einzelner Moleküle mit rotierender Polarisation auf Oberflächen wird in Bild gezeigt. Als Anregungsquelle wird ein gepulster Diodenlaser mit einer Wellenlänge von 635 nm und einer Repetitionsrate von 64 MHz verwendet. Die Polarisation des Laserstrahls wird durch einen elektrooptischen Modulator moduliert. Nach dem Strahlteiler wird das Licht durch ein Mikroskopobjektiv in die Probe fokussiert. Das Fluoreszenzlicht wird mit dem selben Objektiv gesammelt und durch den Strahlteiler vom Anregungslicht getrennt. Das Licht wird durch einen zweiten dichroitischen Strahlteiler spektral getrennt und auf zwei Lawinendioden fokussiert. Jedes Photon wird mit seiner absoluten Ankunftszeit und der mikroskopischen Zeit d.h. der Zeit zwischen dem Laserpuls und der Fluoreszenz gespeichert.


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Stand: 24.06.09