Von Solvatationsdynamik in DNA zur Infrarot-Spektroskopie der lokalen Struktur

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Biochemische Reaktionen in und an einer DNA Doppelhelix verändern deren Struktur. Die Dynamik von polaren Strukturelementen in der Nähe des Reaktionzentrums spielt dabei eine entscheidende Rolle. Sie kann bisher nicht ortsaufgelöst, d.h. auf molekularer Längenskala, gemessen werden. Infrarot-Spektroskopie erfasst zwar die Fluktuationen von polaren Gruppen, doch sind die elektromagnetischen Felder viel zu langwellig um z. B. verschiedene Basenpaare voneinander zu unterscheiden. In diesem Projekt wird stattdessen eine molekulare Sonde eingebaut und als lokales Spektrometer benutzt. Durch ultraschnelle optische Anregung wird ein Dipol erzeugt (IR-Lichtquelle). Die Relaxation der Umgebung führt zu einer Rotverschiebung der Fluoreszenz (Detektor). In Vorarbeiten wurde das Prinzip gezeigt, ein geeigneter Farbstoff gefunden und damit die Synthese von sondenmarkierten DNA-Doppelsträngen durchgeführt. In dem Projekt sollen (1) die polare Solvatationsdynamik in DNA mit der neuen Sonde Amino-Nitro-Fluoren, mit Coumarin 102 und 2-Aminopurin verglichen, (2) die Struktur der Konstrukte NMRspektroskopisch bestimmt, und (3) Moleküldynamik-Simulationen der polaren Fluktuationen und Solvatation durchgeführt werden. Das Ziel ist, aus der Solvatationsdynamik das lokale IR-Spektrum von duplex-DNA zu gewinnen und durch die Struktur zu erklären. Im Vordergrund steht die Demonstration des spektroskopischen Prinzips, noch nicht die biophysikalische Anwendung.