Der Einfluss magnetischer Isotope auf die Radikalpaar-Evolution in Elektronentransfer-Proteinen

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Matysik
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Analytische Chemie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Biomaterialien ; Biophysik ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448607250

Die Theorie des Festkörper-Photo-CIDNP-Effekts bei hohen Magnetfeldern basiert ursprünglich auf mehreren parallel laufenden spin-dynamischen Mechanismen: Der klassische Radikalpaar-Mechanismus (RPM) basiert auf "Spin-Sorting" durch elektronenspin-selektive Rekombination von Radikalpaaren, das "Three-Spin-Mixing" (TSM), das Kernkohärenzen in Kernspin-Hyperpolarisation transformiert, der „Differential-Decay“-Mechanismus (DD), der auf dem Unterschied in der Lebenszeiten der beiden Spinzustände des Radikalpaars basiert, und der "Differential-Relaxation"-Mechanismus (DR), bei dem die Spinordnung auf dem Triplett-Reaktionspfad zerstört wird, wenn die Lebensdauer des molekularen Donor-Tripletts ausreichend lang ist. Vor kurzem wurden die Mechanismen von der Nowosibirsker Gruppe erneut besucht und in Bezug auf erlaubte und verbotene Niveauübergänge von Elektronen-Elektronen-Kern-Niveaus neu formuliert. Daher ist die gegenwärtige Theorie auf spin-korrelierte Radikalpaare (SCRP) beschränkt, die als Drei-Spin-Systeme aus zwei freien Elektronen und einem Kern bestehen.Jüngste experimentelle Daten zu selektiv 13C-markierten Molekülen legen jedoch nahe, dass die Anreicherung durch mehrfache Spinmarkierung nicht "unschuldig" ist, sondern die Spin-Dynamik beeinflusst. Wir streben hier einen kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz an, der von den Forschungsgruppen in Leipzig und Nowosibirsk durchgeführt wird. Gut konzipierte Probensätze aus selektiv mit 13C-Isotopen markierten Proben von photosynthetischen Reaktionszentren (RC) werden durch feldabhängige und zeitaufgelöste Photo-CIDNP-NMR-Experimente sowohl im flüssigen als auch im festen Zustand analysiert. Der Niederfeldbereich wird durch feldabhängige optische Experimente untersucht, und relaxometrische NMR-Experimente ermöglichen es, die Beiträge der verschiedenen Mechanismen zu separieren. Die auf analytischen Methoden und numerischen Simulationen basierende Theoriebildung ermöglicht es, die Effizienz des Spin-Mischens in Proben mit mehrfacher 13C-Markierung zu beschreiben. Perspektivisch wollen wir Protonenpools in Proteinen als Kernspinreservoir verstehen, das mit den beiden freien Elektronen des spin-korrelierten Radikalpaars (SCRP) interagiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Renad Zinnurovich Sagdeev, bis 3/2022