Strukturanalyse von Proteinen durch stabile und effiziente Einzelmolekül-Elektronenspinresonanz.

• Antragsteller: Professor Dr. Friedemann Reinhard
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392072074

Das Projekt hat zum Ziel, die dreidimensionale Struktur und Dynamik eines Proteins durch Elektronenspinresonanz-Spektroskopie abzubilden. Dieses ehrgeizige Ziel ist durch eine gemeinsame Vorarbeit der Antragsteller in Reichweite gerückt: die Detektion eines einzelnen Proteins, markiert mit einem stabilen organischen Elektronenspin, durch ein unmittelbar darunter liegendes Stickstoff-Fehlstellen (NV) Zentrum in Diamant. [F. Shi, et al., Science 347, 1135 (2015)]. Es sollen im Projekt zwei Kernprobleme gelöst werden, die diese Technik bisher auf eine Machbarkeitsstudie beschränkt haben: Instabilität der Spinmarker und ineffiziente Detektion. Ermöglicht werden soll dieser Fortschritt durch resonante, spin-selektive, Ein- und Zwei-Photonen-Anregung des NV-Sensors bei Tieftemperatur (4 Kelvin), sowie robustere Spinmarker und nanophotonisch verstärkte Spindetektion bei Raumtemperatur.Weiter sollen Protokolle entwickelt werden, um einzelne spezifisch spin-markierte Proteine gezielt an die Diamantoberfläche zu binden und ihre Struktur durch multidimensionale Spektroskopie zu untersuchen. Schließlich sollen all diese Techniken kombiniert werden, um stabile und effiziente Elektronenspinresonanz-Spektroskopie an einzelnen Molekülen zu ermöglichen, insbesondere Abbildung der Struktur eines mehrfach markierten Proteins.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jianfeng Du