Von Solvatationsdynamik in DNA zur Infrarot-Spektroskopie der lokalen Struktur

Biochemische Reaktionen in und an einer DNA Doppelhelix verändern deren Struktur. Die Dynamik von polaren Strukturelementen in der Nähe des Reaktionszentrums 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 werden stattdessen molekulare Sonden 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). Leichte Oszillationen der Rotverschiebung geben eine Schwingung des Systems Sonde-Umgebung wieder. Für eine relativ starre, passende Sonde wird die Schwingung weitgehend durch die Umgebung bestimmt. Das Ziel ist, aus der Solvatationsdynamik das lokale IR-Spektrum von duplex-DNA zu gewinnen und zu erklären. In der ersten Förderperiode wurde das Prinzip gezeigt. In der zweiten, letzten Förderperiode steht die biophysikalische Anwendung im Vordergrund.