Fragmentierung von Biomolekülionen

In der Pionierarbeit der Gruppe von Prof. Sanche (B. Boudaiffa, et al. Science 287 (2000) 1658) wurde erstmals gezeigt, dass Einfach- und auch Doppelstrangbrüche in DNA auch durch langsame Sekundärelektronen möglich ausgelöst werden können. Die gleiche Elektronenenergie-abhängigkeit der DNA-Strangbrüche und des Signals von negativ geladenen Fragmentionen deutet darauf hin, dass die Bildung eines Anions der Auslöser dieser DNA- Strangbrüche ist. Inzwischen wurde inelastische Streuung von Elektronen mit verschiedenen biologisch relevanten Molekülen in der Gasphase, adsorbiert auf Oberflächen oder in Lösungen untersucht. Bisher wurden einfache Biomoleküle in Öfen verdampft um sie gasförmig den Experimenten zur Verfügung zu stellen. Dabei wurden Temperaturen bis zu 500K verwendet. Große, komplexe Biomoleküle zerfallen bei diesen Temperaturen, aber auch bei den kleineren Molekülen können thermische Veränderungen, wie z.B. Isomerisation, Tautomerisation, Polymerisation oder Fragmentation, nicht ausgeschlossen werden. Weiters wurden in den bisherigen Arbeiten nur Ionen erforscht, die auf dem Weg von der Ionenquelle bis zum Detektor nicht zerfallen. Im vorliegenden Projekt soll die Stabilität von Ionen, die bei der Wechselwirkung von Elektronen mit biologisch relevanten Molekülen entstehen, erforscht werden. Dazu werden unimolekulare und stoßinduzierte Zerfälle von positiv und auch negativ geladenen Ionen in den feldfreien Regionen von Sektorfeldmassenspektrometer untersucht. Das Zerfallsmuster eines Moleküls wird von der Anordnung seiner Atome bestimmt und somit können temperaturinduzierte Umstrukturierungen leicht erkannt werden. Die in einem Zerfall freiwerdende kinetische Energie kann man aus der Verbreiterung des Fragmentionensignals bestimmen. Wird in einem Zerfall viel kinetische Energie in den Fragmenten freigesetzt, dann können schnelle reaktive Fragmente weit vom Entstehungsort entfernt zusätzliche Schäden anrichten. Abkühlen von Biomolekülen in der Gasphase ist durch Trägerstrahlexpansion und Pick-up in kalten Edelgasclustern, einschließlich He, geplant. Um auch große Biomoleküle wie z.B. kurzen DNA-Sequenzen neutral in die Gasphase zu bekommen wird eine neue Quelle entwickelt. Sprayquelle scheinen dafür besonders geeignet zu sein, jedoch im Unterschied zu einer Elektrosprayquelle sind hier neutrale Moleküle das Ziel. Die Gruppe von Prof. Hvelplund aus Aarhus wird den Aufbau einer Sprayquelle und deren Betrieb mit Know-how unterstützen.

In der Pionierarbeit der Gruppe von Prof. Sanche (B. Boudaiffa, et al. Science 287 (2000) 1658) wurde erstmals gezeigt, dass Einfach- und auch Doppelstrangbrüche in DNA auch durch langsame Sekundärelektronen möglich ausgelöst werden können. Die gleiche Elektronenenergie-abhängigkeit der DNA-Strangbrüche und des Signals von negativ geladenen Fragmentionen deutet darauf hin, dass die Bildung eines Anions der Auslöser dieser DNA- Strangbrüche ist. Inzwischen wurde inelastische Streuung von Elektronen mit verschiedenen biologisch relevanten Molekülen in der Gasphase, adsorbiert auf Oberflächen oder in Lösungen untersucht. Bisher wurden einfache Biomoleküle in Öfen verdampft um sie gasförmig den Experimenten zur Verfügung zu stellen. Dabei wurden Temperaturen bis zu 500K verwendet. Große, komplexe Biomoleküle zerfallen bei diesen Temperaturen, aber auch bei den kleineren Molekülen können thermische Veränderungen, wie z.B. Isomerisation, Tautomerisation, Polymerisation oder Fragmentation, nicht ausgeschlossen werden. Weiters wurden in den bisherigen Arbeiten nur Ionen erforscht, die auf dem Weg von der Ionenquelle bis zum Detektor nicht zerfallen. Im vorliegenden Projekt soll die Stabilität von Ionen, die bei der Wechselwirkung von Elektronen mit biologisch relevanten Molekülen entstehen, erforscht werden. Dazu werden unimolekulare und stoßinduzierte Zerfälle von positiv und auch negativ geladenen Ionen in den feldfreien Regionen von Sektorfeldmassenspektrometer untersucht. Das Zerfallsmuster eines Moleküls wird von der Anordnung seiner Atome bestimmt und somit können temperaturinduzierte Umstrukturierungen leicht erkannt werden. Die in einem Zerfall freiwerdende kinetische Energie kann man aus der Verbreiterung des Fragmentionensignals bestimmen. Wird in einem Zerfall viel kinetische Energie in den Fragmenten freigesetzt, dann können schnelle reaktive Fragmente weit vom Entstehungsort entfernt zusätzliche Schäden anrichten. Abkühlen von Biomolekülen in der Gasphase ist durch Trägerstrahlexpansion und Pick-up in kalten Edelgasclustern, einschließlich He, geplant. Um auch große Biomoleküle wie z.B. kurzen DNA-Sequenzen neutral in die Gasphase zu bekommen wird eine neue Quelle entwickelt. Sprayquelle scheinen dafür besonders geeignet zu sein, jedoch im Unterschied zu einer Elektrosprayquelle sind hier neutrale Moleküle das Ziel. Die Gruppe von Prof. Hvelplund aus Aarhus wird den Aufbau einer Sprayquelle und deren Betrieb mit Know-how unterstützen.