Spinchemische Untersuchungen an Radikalen von Biomolekülen

Die Methode der Chemisch Induzierten Dynamischen Kernspinpolarisation (CIDNP) hat sich gut für die Untersuchung von photoinduzierten Reaktionen zwischen Photosensibilisatoren und Aminosäuren bewährt. In einem ersten Reaktionsschritt werden kurzlebige Radikalionenpaare gebildet, deren Polarisation mit verschiednen spinchemischen Methoden untersucht werden kann. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es, genaue Untersuchungen an solchen Radikalionenpaaren vorzunehmen, bei denen Biomoleküle beteiligt sind. Als Photosensibilisatoren sollen verschiedene Substanzen, wie 2,2,-Bipyridyl, Flavine, substituierte Benzophenone, Pyrazine und Anthrachinondisulfonsäuren eingesetzt werden in Kombination mit den Aminosäuren Tyrosin, Trypthophan, Histidin, Methionin etc. Die photochemisch angeregten Moleküle reagieren reversibel mit den Aminosäuren und bilden Radikalionenpaare, wobei spinselektive Singlett-Triplett Übergänge mit Hilfe der CIDNP und der MARY (Magnetic Field Effect on Reaction Yield)-Spektroskopie untersucht werden können. Um den gesamten auftretenden Reaktionsmechanismus und die zugehörige Kinetik zu verstehen, sind neben den spinchemischen Untersuchungen, auch kinetische laserspektroskopische Messungen nötig. Durch Quenchexperimente sollen die Geschwindigkeitskonstanten der beteiligten Elektronen- und Protonenübertragungsreaktionen gemessen werden. Alle erhaltenen experimentellen Ergebnisse sollen mit theoretischen Berechnungen basierend auf neueren Theorien der Diffusion verglichen werden.

Freie Radikale, die durch Elektronentransferreaktionen entstehen werde oft in lebenden biologischen Systemen beobachtet und sind die Ursache für unterschiedlichste Reaktionen. Nucleinsäuren und ihre Untereinheiten werden durch diese Radikale schwer geschädigt, meistens durch Elektronentransfer von den entsprechenden DNA-Basen. Daher sind Untersuchungen zum Mechanismus dieser Reaktionen von großer Bedeutung. Leider können optisch laserspektroskopische Methoden alleine nicht die gewünschten Informationen über die Reaktionsmechanismen liefern, da die spektrale Auflösung nicht ausreicht. Direkte Elektronen-Spin Resonanz Spektroskopie kann auf Grund er kurzen Lebensdauer der Radikale nur begrenzt eingesetzt werden. Um die unterschiedlichen Reaktivitäten von Adenosine-5?-monophosphate (AMP) und Guanosine-5?-monophosphate (GMP), gegenüber den Triplettzustand von 3,3?,4,4?-Benzophenone Tetra-carboxylic acid (TCBP) zu untersuchen haben wir eine Kombination von zwei spektroskopischen Methoden angewandt. Mit zeitaufgelöster Laserspektroskopie in Kombination mit der Chemisch-Induzierten Dynamischen Kernpolarisation (CIDNP) gelang es Untersuchungen zur Reaktivität der Radikale in wässerigen Lösungen bei unterschiedlichen pH-Werten vorzunehmen. Wir konnten die jeweilige Kinetik der photoinduzierten Oxidation von Adenosine-5?-monophosphate (AMP) und Guanosine-5?-monophosphate (GMP) genau untersuchen und vermessen. Die pH-Abhängigkeit und die Kinetik dieser Reaktionen ist somit aufgeklärt.