Role of the solvent in electron attachment to biomolecules

Ein überraschendes Ergebnis bei der Bestrahlung von Plasmid-DNS aus dem Zellkern von Bakterien mit langsamen Elektronen war die Tatsache, dass Doppelstrangbrüche bei etwa 10 eV Elektronenenergie mit besonders großer Wahrscheinlichkeit auftreten. Einfachstrangbrüche können sogar von Elektronen mit wesentlich weniger Energie induziert werden. Um die molekularen Prozesse, die zu diesen Strangbrüchen führen zu erforschen wurde eine Vielzahl von experimentellen und theoretischen Arbeiten an isolierten Bausteinen des Lebens, wie DNS- Basen, Aminosäuren, Zucker, Phosphat und auch Wasser, durchgeführt. Parallel wurden auch dünne Filme bestehend aus diesen Molekülen erforscht. Während bei den Filmen besonders die häufig gebildeten schweren Bruchstücke oftmals nicht nachgewiesen werden können, wird bei der Gasphase der Einfluss von benachbarten Molekülen, wie Wasser ignoriert. Erste Messungen in Innsbruck an Biomolekülen, die in Heliumtröpfchen eingebettet wurden zeigen aber, dass Energiedissipation an das umgebende Medium zu massiven Änderungen der entstehenden Produkte führt. In dem vorliegenden Forschungsprojekt wird der Einfluss von Lösungsmitteln wie Wasser, als Funktion der Anzahl der direkten Nachbarn, auf die Anlagerung von langsamen Elektronen im Detail untersucht. Sowohl Änderungen im Fragmentierungsverhalten der Biomoleküle als auch Unterschiede im Ionisierungsprozess selbst werden für einfache atomare Lösungsmittel, wie die Edelgase He, Ne und Ar und molekulare Matrizen, wie CO 2 , CH 4 , NH 3 und H2 O werden untersucht. Komplexe aus Biomolekülen und Lösungsmitteln werden durch Pickup einzelner Bausteine in He Nanotröpfchen relativ wohldefiniert erzeugt und mittels Elektronenstoß (-anlagerung) ionisiert. Hohe Auflösung der Elektronenenergie durch Einsatz eines hemisphärischen Elektronenmonochromators ermöglicht das detaillierte Erforschen des Ionisierungsvorgangs und durch Verwendung eines hochauflösenden Reflektron-Time-of-Flight Massenspektrometers können komplexe Ionen, die aus mehreren Biomolekülen und einer großen Anzahl von Lösungsmitteln bestehen, eindeutig identifiziert werden. Die meisten dieser Methoden und Technologien sind seit mehreren Jahren in Innsbruck erfolgreich im Einsatz und müssen aber für die geplanten Messungen entsprechend modifiziert und weiterentwickelt werden.