Multifrequenz-(9 GHz und 95 GHz) ESR-Spektroskopie zur Analyse der Dynamik und Polarität von ortsspezifisch spinmarkiertem Bakteriorhodopsin

Zur Untersuchung der Dynamik und Polarität der lichtgetriebenen Protonenpumpe Bakteriorhodopsin (BR) wird die Methode der Elektronenspinresonanz(ESR)-Spektroskopie bei Frequenzen von 9 GHz (X-Band) und 95 GHz (W-Band) in Kombination mit ortsspezifischer Spinmarkierung eingesetzt. Temperaturabhängige X-Band Messungen liefern durch Analyse der Hyperfeinwechselwirkung die Glasübergangstemperatur des Proteins und die Energiebarriere der Spinlabelbewegung für verschiedene Spinlabelpositionen. Durch Analyse der Komponente A\(_{zz}\) des Hyperfeintensors wird die Polarität der Spinlabel-Umgebung bestimmt; im W-Band liefert die Korrelation von A\(_{zz}\) mit der g-Tensorkomponente g\(_{xx}\) zusätzlich eine Aussage über die Protizität in der Spinlabel-Umgebung. Es wird gezeigt, dass lichtinduzierte Strukturänderungen des BR mit Änderungen der Polarität im cytoplasmatischen Bereich verknüpft sind. Mittels eines pH-sensitiven Spinlabels wird außerdem der pH-Wert innerhalb des BR mit hoher Ortsauflösung gemessen