Untersuchung der Translationsdynamik von Wasser in Proteinmatrizen mit Hilfe von Feldgradienten-NMR

In der hier vorgestellten Arbeit zur Translationsdiffusion von Wasser in Proteinmatrizen wurde gezeigt, dass bei der Bestimmung des Diffusionskoeffizienten mit Hilfe von Stimulierter-Echo-Feldgradienten-NMR der Effekt der Kreuzrelaxation – der Austausch von Magnetisierung zwischen Wasser- und Proteinprotonen – einen nicht vernachlässigbaren Effekt darstellt. Das Modell von Peschier, welches den Einfluss von Kreuzrelaxation und Diffusion auf den zeitlichen Verlauf der Magnetisierung beschreibt, wurde zunächst numerisch untersucht. Insbesondere wurden verschiedene typische Feldgradienten-Experimente zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten simuliert, um den Einfluss von Kreuzrelaxation auf die Auswertung zu zeigen. Die Ergebnisse belegen, dass einige Veröffentlichungen von Diffusionsmessungen mittels NMR entweder den Effekt der Kreuzrelaxation nicht beachten, oder aber die Messungen an der Grenze des Arbeitsbereichs der Methode der gepulsten Feldgradienten-NMR (PFG-NMR) durchgeführt wurden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Protokoll entwickelt, um Stimulierte-Echo-(STE)-NMR-Messungen in starken statischen Feldgradienten (SFG) mit g ≥ 180 T/m auswerten zu können. Das Ziel der durchgeführten Messungen war, Aussagen über einen postulierten Fragil-Stark-Übergang des Hydratationswassers treffen zu können, und die Verwendung von SFG-STE-Experimenten als Methode zur Untersuchung der Translationsdynamik von Wassermolekülen in der Hydratationsschicht von Proteinen zu etablieren