Retinalbasierte Ionenpumpen - Ultrakurzzeitspektroskopie der Primärreaktion in unterschiedlichen Umgebungen

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Manipulation der
Primärreaktion von Bakteriorhodopsin (BR). Dazu wurde die
Primärreaktion mittels Ultrakurzzeitspektroskopie im Femto- und
Pikosekundenbereich eingehend untersucht und erste kohärente
Kontrollexperimente an einem Modellsystem durchgeführt. Zuerst
wurde der Einfluss der Proteinumgebung, den das Gegenion zur
Schiffschen Base des Retinals (Aspartat (D) Position 85) auf die
Primärreaktion von BR ausübt, untersucht. Dabei wurde BR mit
Halorhodopsin (HR) (fehlendes Gegenion, Threonin (T)) und der
BR-Mutante D85T verglichen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen,
dass nur in dem Fall, wenn ein Anion exakt in einem eingeschränkten
Bereich um die Position 85 lokalisiert ist, eine BR-ähnliche
stationäre Absorption und eine schnelle Primärreaktion mit der
BR-typischen Zeitkonstante von 0.5 ps hervorgerufen wird. Fehlt
dagegen das Anion oder befindet es sich außerhalb dieses
eingeschränkten Bereichs, tritt eine Primärreaktion analog zur
Primärreaktion von HR mit einer biexponentiellen Kinetik von 1 bis
10 ps auf. Da in der Literatur widersprüchliche Ergebnisse
bezüglich der initialen Bewegungen im angeregten Zustand von BR
vorliegen, wurde die Auswirkung der Anregungsdichten auf die
Fluoreszenzdynamik analysiert: Bei hohen Anregungsdichten treten
spektrale und dynamische Änderungen in der Fluoreszenz auf, die
Mehrphotonenprozessen zugeordnet werden können. Diese
Mehrphotoneneffekte erklären bestehende Diskrepanzen in der
Literatur. Nur für niedrige Anregungsdichten sind lineare und
native Anregungsbedingungen gewährleistet, unter denen sich ein
biexponentielles Verhalten ergibt. Dabei wurde zum ersten Mal ein
dynamischer Stokesshift beobachtet, der auf einen schnellen
Umordnungsprozess auf der reaktiven Potentialfläche hindeutet.
Ferner wurde der erste schnelle Prozess (