Freie Elektronenanlagerung an hydratisierten Biomolekülen

Das Interesse an der Wechselwirkung von niederenergetischen Elektronen mit biologisch relevanten Systemen (und im Speziellen mit DNA) ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Hochenergetische Strahlung erzeugt eine große Anzahl von Sekundärelektronen in Zellgewebe. Diese sekundäre Spezies hat anfängliche kinetische Energien bis zu zirka 100 eV. Bevor Elektronen einen teilweise hydratisierten Zustand erreichen, verlieren sie über inelastische Wechselwirkungen mit Zellkomponenten ihre kinetischen Energien. In einer früheren Arbeit wurde gezeigt, daß niederenergetische Elektronen über dissoziative Elektronenanlagerung Einzel- und Doppelstrangbrüche in dünnen Filmen von Plasmid-DNA erzeugen können. Nachfolgend wurde eine große Anzahl von Untersuchungen über dissoziative Elektronenanlagerung an einfachen Biomolekülen (beispielsweise Nukleobasen, Zucker, Aminosäuren, etc.) unter isolierten Bedingungen durchgeführt. Weiters wurden auch Solvatisierungseffekte durch Messungen mit Biomolekülen, die in kalte Heliumtröpfchen eingelagert wurden, untersucht. Dabei zeigte sich ein sehr großer Einfluss der Umgebung auf den dissoziativen Elektronenanlagerungsprozeß. Ein effektiver Weg zur Untersuchung von Umgebungseinflüssen in dissoziativer Elektronenanlagerung ist die Einlagerung von Biomolekülen in Clustern. Hydratation von Biomolekülen ist von großer Wichtigkeit, da Wasser eine Hauptkomponente in lebenden Zellen ist. Experimentelle Untersuchungen über dissoziative Elektronenanlagerung an hydratisierten Biomolekülen in der Gasphase sind nach derzeitigem Kenntnisstand noch nicht durgeführt worden und sind in diesem Projekt geplant. Dabei gilt zu beachten, daß Wasser im Gegensatz zu früher verwendeten Heliumtröpfchen eine polare Matrix darstellt. In diesem Projekt werden Änderung der Fragmentierungsmuster, Resonanzenergieverschiebungen und Sekundärreaktionen innerhalb der Cluster nach erfolgter Elektronenanlagerung untersucht. Letzteres ist hinsichtlich der indirekten Schädigung von DNA in Zellen von Relevanz, bei der Produkte der Radiolyse von Wasser DNA angreifen. Für die geplanten Experimente wird eine neue Clusterquelle zur Erzeugung von hydratisierten Biomolekülen gebaut, die anschließend an im Institut verfügbare Massenspektrometer angeschlossen wird. Aufgrund der Komplexität werden Messungen mit relativen kleinen Biomolekülen durchgeführt, d.h. hydratisierte Nukleobasen und Aminosäuren. Dissoziative Elektronenanlagerung wurde für diese Moleküle schon intensiv unter isolierten Bedingungen und in Heliumtröpfchen untersucht. Dies erlaubt eine genaue Charakterisierung des Einflusses der Wasserumgebung auf die dissoziative Elektronenanlagerungsreaktion.