Maßgeschneiderte Schwingungsstrukturtheorie für Differenzinfrarotspektren photoaktiver Flavoproteine

• Antragstellerin: Professorin Dr. Carolin König
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523893296

Infrarot Spektren enthalten reichhaltige strukturelle Information biomolekularer Systeme. Um von den Spektren auf die molekulare Struktur zu schließen, sind jedoch computerchemische Methoden unabdingbar. Zum Beispiel können strukturelle Änderungen in einem Netzwerk aus Wasserstoffbrücken im BLUF Photorezeptor unter Beleuchtung mittels Differenzinfrarotspektroskopie verfolgt werden. Trotz vieler Studien gibt es dennoch keinen molekularen Mechanismus, der eindeutig den Differenzspektren zu geordnet werden kann. Heutige computerchemische Methoden sind entweder zu ineffizient oder zu ungenau um eine eindeutige Zuordnung zu erlauben. Das beste Ergebnis ist für quanten-chemische Ansätze zu erwarten, welche die experimentellen Gegebenheiten bestmöglich berücksichtigen: Differenzspektroskopie bildet spektrale Unterschiede statt voller Spektren ab. Für die Interpretation von Differenzinfrarotspektren müssen dementsprechend nur die Schwingungsfreiheitsgrade berücksichtigt werden, die zum Unterschied zweier Zustände beitragen. Für das BLUF Protein liegt der energetische Unterschied bei nur wenigen reziproken Zentimetern - eine Genauigkeit, die für Wasserstoffbrücken-gebunden Systeme anharmonischer quanten-mechanischer Methoden bedarf. Um diese Genauigkeit zu erreichen, werden wir Mutlilevel-Methoden in der anharmonischen Schwingungsstrukturtheorie etablieren. Die zu etablierenden Methoden basieren auf Fragmentierungs- und Multiskalenansätzen für die Potenzial- und Dipolhyperflächen sowie Einbettungsmethoden für Schwingungswellenfunktionen, insbesondere vibrational coupled cluster (VCC) Responsemethoden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen