Die Konformationsdynamik von Hämproteinen bei tiefen Temperaturen wurde mit Hilfe des spektralen Lochbrennens untersucht. Bei dieser Technik dient ein Farbstoff (Chromophor) im Inneren eines Proteins als "Sonde" für strukturelle Vorgänge in seiner Nachbarschaft. Konformationsänderungen eines Proteins führen zu einer veränderten Umgebung eines solchen Chromophors und deshalb zu (stochastischen) Verschiebungen seiner Absorptionsfrequenz. Die Frequenzverteilung eines Proteinensembles verbreitert daher im Lauf der Zeit. Die Messung dieser sogenannten spektralen Diffusion erlaubt direkte Rückschlüsse auf die Konformationsdynamik der Proteine. Auffälligstes Ergebnis aller Experimente, die in dieser Arbeit an Tieftemperatur-Proteinen durchgeführt wurden, war eine Zeitabhängigkeit der spektralen Diffusion gemäß eines Potenzgesetzes; darüber hinaus konnten (schwache) Alterungseffekte beobachtet werden. Eine konsistente Beschreibung dieser Ergebnisse ist im Rahmen des sog. "Diffusionsmodells" möglich. Dieses Modell nimmt an, daß diffusive Konformationsänderungen der Aminosäure-Residuen in der Nachbarschaft des Chromophors verantwortlich sind für die spektrale Diffusion. Diese diffusiven Bewegungen sind jedoch stark gekoppelt an Vorgänge im restlichen Protein, woraus eine gehemmte "anomale Diffusion" resultiert. Charakteristisch für solch eine anomale Diffusion sind gerade Potenzgsetze (mit einem Exponenten ungleich ½), wie sie im Experiment beobachtet wurden. Die schwachen Alterungseffekte lassen sich in das Modell durch die Berücksichtigung von Relaxationsprozessen der Proteine (also von Nichtgleichgewichtsprozessen, in denen die Proteinen ihrem Gleichgewicht entgegenstreben) integrieren. Experimente wurden an verschiedenen Hämproteinen in unterschiedlichen Glasumgebungen (z.B. in Wasser/Glycerin- und Trehalosegläsern) durchgeführt; darüber hinaus wurde auch der Einfluß einer Lösungsmittel-Deuterierung auf die Proteindynamik untersucht. Die Auswertung der Ergebnisse im Rahmen des Diffusionsmodells gestattete es, mikroskopische Parameter zu bestimmen, die der Proteindynamik unter diesen Bedingungen zugrunde lagen; speziell die Natur des biologisch wichtigen Trehalose-Effekt konnte dabei erhellt werden.     «

Die Konformationsdynamik von Hämproteinen bei tiefen Temperaturen wurde mit Hilfe des spektralen Lochbrennens untersucht. Bei dieser Technik dient ein Farbstoff (Chromophor) im Inneren eines Proteins als "Sonde" für strukturelle Vorgänge in seiner Nachbarschaft. Konformationsänderungen eines Proteins führen zu einer veränderten Umgebung eines solchen Chromophors und deshalb zu (stochastischen) Verschiebungen seiner Absorptionsfrequenz. Die Frequenzverteilung eines Proteinensembles verbreitert da...     »

The conformational dynamics of heme-proteins at low temperatures was investigated by spectral hole-burning. This technique uses a chromophore in the interior of a protein as a probe for structural processes in its surroundings. Conformational changes of the protein lead to a different neighbourhood of the chromophore and therefore to (stochastic) shifts of its absorption frequency. Hence, the frequency distribution of a protein ensemble broadens with increasing time. The measurement of this so-called spectral diffusion allows for direct observation of the conformational dynamics of the proteins. The most noticeable result of all the experiments on proteins performed in this work was a power-law time-dependence of the spectral diffusion; in addition, weak aging effects could be observed. A consistent description of these results is possible in the framework of the so-called 'diffusion-model'. This model assumes, that conformational diffusive motions of aminoacid-residues in the neighbourhood of the chromophore are responsible for the spectral diffusion. These diffusive motions are coupled strongly to the rest of the protein, however. Thus, constrained 'anomalous' diffusion occurs. Power-laws (with an exponent different from ½) like the ones observed in the experiments are characteristic for such an anomalous diffusion. The (weak) aging effects can be integrated in the model by considering relaxation processes of the proteins (i.e. non-equilibrium processes, by which the proteins approach their equilibrium structure). Experiments were performed on different heme-proteins in various solvents (e.g. in water/glycerol- and in trehalose-glasses); in addition, the influence of solvent-deuteration on protein dynamics was investigated. Interpretation of the results within the framework of the diffusion model gave access to microscopic parameters of the protein dynamics under these conditions. Especially, it was possible to shed light on the nature of the trehalose-effect, which is of great biological importance.     «

The conformational dynamics of heme-proteins at low temperatures was investigated by spectral hole-burning. This technique uses a chromophore in the interior of a protein as a probe for structural processes in its surroundings. Conformational changes of the protein lead to a different neighbourhood of the chromophore and therefore to (stochastic) shifts of its absorption frequency. Hence, the frequency distribution of a protein ensemble broadens with increasing time. The measurement of this so-c...     »