High resolution electronic spectroscopy of isolated biomolecules and biomimetics

• Applicant: Professor Dr. Michael Schmitt
• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 2005 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5453689

Im Laufe der Evolution wurden Biomoleküle optimiert, um so komplexe Prozesse wie Informationsspeicherung und -transfer (DNS), Katalyse (Peptide), Lichtsammlung und Energieumwandlung (Polyphyrine) durchführen zu können. Bei der Erklärung dieser Prozesse kommt insbesondere der Konformation der biomoleküle eine Schlüsselrolle zu. Die gezielte Bevorzugung ausgewählter Konformere von Biomolekülen unter einer Vielzahl energetisch ähnicher Strukturen soll in diesem Projekt untersucht werden. Hierzu ist ein detailliertes Verständnis des sensitiven Gleichgewichts zwischen kovalenten Bindungen, Wasserstoffbrückenbindungen und despersiven Wechselwirkungen, welche z.B. Faltungsund Entfaltungsprozesse in Proteinen bestimmen, nötig. Die Struktur und Stabilität von Peptidkonformeren und Änderungen der Konformerenlandschaft in einer mikrosolvatisierten Umgebung, soll in diesem Projekt mit hochauflösender Spektroskopie untersucht werden. Wir beabsichtigen zum Studium isolierter Biomoleküle drei etablierte Techniken zu kombinieren. (i) Laserdesorption, um die Biomoleküle ohne Zersetzung in die Gasphase zu bringen. (ii) Massenselektiver Nachweis der durch resonante Mehrphotonenionisation erzeugten Ionen mit einem gepulsten hochauflösenden Lasersystems ermöglicht die eindeutige Identifizierung der Konformation des Biomoleküls durch rotationsauflösende Spektroskopie bis zu Massen von 400-500 amu. (iii) Die Analyse der komplexen Spektren erfolgt mit Hilfe sogenannter genetischer Algorithmen (GA). Diese computerbasierte numerische Suchmethode bedient sich der selben Prinzipien, die sich bei der biologischen Evolution als außerordentlich erfolgreich erwiesen haben und die mit erstaunlicher Effizienz ein Maximum an Information aus den komplexen Spektren zu extrahieren vermag.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: Netherlands
• Participating Persons: Professor Dr. Karl Kleinermanns; Professor Dr. Leo Meerts; Professor Dr. Wim J. van der Zande