Retinalbasierte Ionenpumpen - Ultrakurzzeitspektroskopie der Primarreaktion in unterschiedlichen Umgebungen

Published: Feb. 1, 2007, 11 a.m.

b'Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Manipulation der Prim\\xe4rreaktion von Bakteriorhodopsin (BR). Dazu wurde die Prim\\xe4rreaktion mittels Ultrakurzzeitspektroskopie im Femto- und Pikosekundenbereich eingehend untersucht und erste koh\\xe4rente Kontrollexperimente an einem Modellsystem durchgef\\xfchrt.\\n\\nZuerst wurde der Einfluss der Proteinumgebung, den das Gegenion zur Schiffschen Base des Retinals (Aspartat (D) Position 85) auf die Prim\\xe4rreaktion von BR aus\\xfcbt, untersucht. Dabei wurde BR mit Halorhodopsin (HR) (fehlendes Gegenion, Threonin (T)) und der BR-Mutante D85T verglichen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass nur in dem Fall, wenn ein Anion exakt in einem eingeschr\\xe4nkten Bereich um die Position 85 lokalisiert ist, eine BR-\\xe4hnliche station\\xe4re Absorption und eine schnelle Prim\\xe4rreaktion mit der BR-typischen Zeitkonstante von 0.5 ps hervorgerufen wird. Fehlt dagegen das Anion oder befindet es sich au\\xdferhalb dieses eingeschr\\xe4nkten Bereichs, tritt eine Prim\\xe4rreaktion analog zur Prim\\xe4rreaktion von HR mit einer biexponentiellen Kinetik von 1 bis 10 ps auf.\\n\\nDa in der Literatur widerspr\\xfcchliche Ergebnisse bez\\xfcglich der initialen Bewegungen im angeregten Zustand von BR vorliegen, wurde die Auswirkung der Anregungsdichten auf die Fluoreszenzdynamik analysiert: Bei hohen Anregungsdichten treten spektrale und dynamische \\xc4nderungen in der Fluoreszenz auf, die Mehrphotonenprozessen zugeordnet werden k\\xf6nnen. Diese Mehrphotoneneffekte erkl\\xe4ren bestehende Diskrepanzen in der Literatur. Nur f\\xfcr niedrige Anregungsdichten sind lineare und native Anregungsbedingungen gew\\xe4hrleistet, unter denen sich ein biexponentielles Verhalten ergibt. Dabei wurde zum ersten Mal ein dynamischer Stokesshift beobachtet, der auf einen schnellen Umordnungsprozess auf der reaktiven Potentialfl\\xe4che hindeutet. \\n\\nFerner wurde der erste schnelle Prozess (<200 fs) in BR sowie in den BR-Mutanten D85T im gr\\xfcnen Spektralbereich untersucht. Dazu wurde BR am isosbestischen Punkt bei 534 nm erstmals im Detail analysiert, was zu einer genaueren Charakterisierung des ersten Prozesses f\\xfchrte. Bei dieser Wellenl\\xe4nge wurde die Bildung und Auswirkung eines spektralen Loches beobachtet. Zuerst wird die Absorption aus dem angeregten Zustand sichtbar, die instantan mit der Anregung auftritt. Das Ausbleichen des Grundzustandes erscheint hier mit 50 fs verz\\xf6gert. Daran schlie\\xdft sich der dynamische Stokesshift an.\\n\\nZuletzt wurde zur Vorbereitung der koh\\xe4renten Kontrolle an BR ein koh\\xe4rentes Kontrollexperiment am Modellsystem Oxazin 1 realisiert. Als Kontrollziel diente die Optimierung der Grundzustandswellenpakete mit Hilfe linear gechirpter Anregungsimpulse, deren linearer Chirp durch einen computergesteuerten Impulsformer variiert wurde. F\\xfcr die dominanten Schwingungsmoden bei 560 cm^{-1} und 609 cm^{-1} konnte ein optimaler Chirpparameter ermittelt werden, bei dem effizient Wellenpakete im Grundzustand erzeugt werden.'