Dokument: Stationäre und transiente UV-Spektroskopie an Cytochrom c und Porphyrin-Modellsystemen

Titel:	Stationäre und transiente UV-Spektroskopie an Cytochrom c und Porphyrin-Modellsystemen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=6493
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20071217-112411-0
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Löwenich, Dennis [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,19 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 07.12.2007 / geändert 07.12.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Kleinermanns, Karl [Gutachter] Prof. Dr. Weinkauf, Rainer [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	Die fluoreszenzspektroskopischen Messungen zur Proteinfaltung konnten zeigen, dass sowohl das Tryptophan (Trp-59) als auch das Porphyrinsystem zur Gesamtfluoreszenz von Cyt c bei einer Anregung von 280 nm beitragen. Ihre Anteile hängen dabei stark vom pH-Wert ab. Bei pH-Werten kleiner als 3 stammt die Fluoreszenz fast vollständig vom Tryptophan, während bei pH 3-7 der Anteil des Tryptophans nur bei etwa 20% liegt. Etwa 80% der Fluoreszenz stammen von Porphyrinsystem. Wenn also die Fluoreszenzspektroskopie eingesetzt wird, um Faltungsmechanismen von Cyt c zu untersuchen, müssen die Fluoreszenzspektren zunächst entfaltet werden, um die Anteile von Tryptophan und Porphyrin zu bestimmen. Die Experimente zur Untersuchung des Elektronentransfers zeigen, dass die UV/VIS-Anregung von oxidiertem Cyt c von einer ultraschnellen internen Konversion (0.3 ps) gefolgt wird. Dies führt zu einem Chromophor, der sich im heißen Grundzustand befindet. Der Chromophor kühlt anschließend aufgrund von Wechselwirkungen mit dem Lösungsmittel und dem Protein innerhalb von 4 ps ab. Die Reduktion des Eisen-Porphyrins erfolgt innerhalb der ersten 10 ps nach der Photoanregung hauptsächlich durch thermischen Elektronentransfer. Der Elektronen-Rücktransfer von reduziertem zu oxidiertem Cyt c erfolgt auf einer Nanosekunden-Zeitskala. Es konnten Reaktionsbarrieren von 55 kJ/mol für den Elektronen-Hintransfer und 33 kJ/mol für den Elektronen-Rücktransfer ermittelt werden. Die Transientenmessungen im Nanosekundenbereich sowie die stationären UV-Messungen zeigen, dass ein bestimmter Anteil an reduziertem Cyt c über längere Zeit stabil bleibt, wenn Sauerstoff ausgeschlossen wird. Jedoch ist der genaue Reaktionsweg noch nicht klar und soll in zukünftigen Experimenten untersucht werden. Alle Experimente im Femtosekunden- und Nanosekundenbereich sowie stationäre Untersuchungen stimmen dahingehend überein, dass ultraschnelle interne Konversion die Photoreduktion von Cyt c kontrolliert und die Photoreduktion über einen thermischen Elektronentransfer im Grundzustand stattfindet. Transiente Messungen an Porphyrin-Modellsystemen konnten für drei verschiedene Modellsysteme Triplett-Triplett-Übergänge im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich nachweisen. Dabei konnte für alle drei Modellsysteme bei Ausschluss von Sauerstoff eine Lebenszeit im unteren Mikrosekundenbereich ermittelt werden. Messungen an Cyt c / Au – und Cyt c / Ag –Komplexen zeigten keine Photoreduktion. Hier konnte eine im Nanosekundenbereich stattfindende Photoreaktion gezeigt werden. Fluorescence spectroscopy measurements on protein folding show that tryptophan (Trp-59) and porphyrin fluorescence both contribute to total fluorescence of Cyt c at an excitation wavelength of 280 nm. Their contributions depend on the pH. At pH < 3 the fluorescence originates nearly completely from the tryptophan residue while porphyrin fluorescence is very weak. At pH 3-7 porphyrin fluorescence contributes about 80 % to the total fluorescence, while tryptophan contributes about 20%. If the UV fluorescence of Cyt c is used to investigate folding and unfolding of Cyt c by time-resolved spectroscopy, it is necessary to deconvolute the contributions of porphyrin and tryptophan fluorescence. Experiments on electron transfer show that UV or visible excitation of oxidized Cyt c is followed by an ultrafast 0.3 ps internal conversion, resulting in a hot ground-state chromophore. The chromophore then cools down with 4 ps due to interaction with the solvent and within the protein. Fe-Porphyrin reduction via thermal ET occurs within the first 10 ps upon photoexcitation when the chromophore is still hot in its ground electronic state. Back ET from reduced to oxidized Cyt c proceeds on a sub-microsecond time scale. Reaction barriers of EAf=55 kJ/mol and EAb=33 kJ/mol for forward and back ET were determined. Nanosecond measurements with UV excitation demonstrate the presence of a stable fraction of reduced Cyt c if oxygen is excluded. The corresponding reaction path has still to be clarified in future studies. Experiments in the femtosecond, nanosecond and quasistationary time domain were compared. The power densities ranged from 1011 W/cm2 in the femtosecond experiments to 105 W/cm2 in the nanosecond experiments, while the energy densities per laser pulse were typically a few tens mJ/cm2 in both type of experiments. All the measurements agree that ultrafast internal conversion controls the photoreduction of Cyt c via the thermal ground-state ET mechanism. Transient measurements on porphyrin model systems showed triplett transitions in the UV and visible spectral range. All three model systems showed a triplett lifetime on the low microsecond time scale. Measurements on Cyt c / Au- and Cyt c / Ag complexes did not show photoreduction. A photoreaction on the nanosecond time scale was shown.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie
Dokument erstellt am:	07.12.2007
Dateien geändert am:	07.12.2007
Promotionsantrag am:	16.10.2007
Datum der Promotion:	03.12.2007