Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3790
Schotte, Friedrich
Strukturelle Dynamik von photosensitiven Proteinen
117 S., 2000
Die vorgelegte Dissertation beschreibt die Anwendung von intensiver,
gepulster Röntgenstrahlung eines Synchrotrons zur Untersuchung biochemischer
Reaktionen, die durch Licht ausgelöst werden. Die Arbeit enthält Beiträge
zur Instrumentation einer Beamline und Experimente an den Proteinen
Myoglobin, Photoactive Yellow Protein (PYP) und Bacteriorhodopsin.
Die instrumentelle Arbeit führte zu einer Verbesserung der Zeitauflösung für
gepulste Laue-Beugungsexperimente von 10 ns auf 100 ps. Mein Beitrag bestand
in der Integration von drei wesentlichen neuen Komponenten, einem
Femtosekunden-Lasersystem, einem schnellen Röntgen-Chopper und einem
Wärmelast-Shutter in die Beamline. Für Pump-Prob-Experimente mit Laser- und
Röntgenstrahl erlaubt die Apparatur die Zeitverzögerung computergesteuert
mit Picosekunden-Präzision einzustellen. Zum Nachweis der Lichtanregung der
Proben habe ich ein mikrosekunden-zeitaufgelöstes Spektrometer mit
Mikrofokussierung gebaut, das den Anregungsgrad der Probe vor dem Experiment
und in-situ messen kann. Im Rahmen einer externen Kollaboration habe ich ein
femtosekunden-zeitaufgelöstes Spektrometer aufgebaut. Es wurde gebaut, um
die Frage zu beantworten, ob Proteinkristalle mit fokussierten
Femtosekunden-Laserpulsen angeregt werden können, ohne Schaden zu nehmen,
und die optimalen Anregungsbedingungen dafür herauszufinden.
Die Laseranregungs-Studien haben im Fall von Myoglobin gezeigt, daß ein
Proteinkristall mit Femtosekunden-Laserpulsen angeregt werden kann, ohne die
kristalline Ordnung zu stören oder irreversible photochemische Veränderungen
zu bewirken. Laue-Beugungsexperimente mit 100 ps Zeitauflösung an
CO-beladenen Myoglobin zeigen strukturelle Dynamik, die mit früheren
Nanosekunden-Messungen übereinstimmt, allerdings keinen klaren Hinweis gibt
auf die Lage des CO-Moleküls nach der Photodissoziation. An PYP zeigt ein
nanosekunden-zeitaufgelöstes Laue-Experiment ein frühes Intermediat des
Photozyklus mit einem photoisomerisierten Chromophor aber wenig
strukturellen Änderung im Protein. Laue-Beugungs-Experimente an PYP mit 100
ps Zeitauflösung wurden technisch erfolgreich durchgeführt und mehrfach
wiederholt, haben aber noch zu keinen strukturellen Ergebnissen geführt. Im
Fall von Bacteriorhodopsin wurde zeitaufgelöste Pulverbeugung mit einem
monochromatischen Röntgenstrahl gemessen, wobei Tausende von Beugungsbildern
auf dem Detektor akkumuliert wurden. Auf diese Weise habe ich eine
millisekunden-zeitaufgelöste Differenzkarte vom Wildtyp-M-Zustand erhalten.
Die Experimente an Myoglobin und PYP wurden in Zusammenarbeit mit externen
Arbeitsgruppen durchgeführt.
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