Zeitaufgelöste EPR-Untersuchungen zur Struktur und Dynamik von Radikalpaar-Intermediaten in photosynthetischen Reaktionszentren und Modellsystemen

Die Arbeit berichtet über zeitaufgelöste EPR-Untersuchungen an den Radikalpaar-Intermediaten der Photosynthese. Untersucht werden das sekundäre Radikalpaar P865+QA- im photosynthetischen Reaktionszentrum des Purpurbakteriums Rhodobacter sphaeroides, das sekundäre Radikalpaar P700+A1- im Photosystem I des Cyanobakteriums Synechococcus lividus, sowie die sequentiellen Radikalpaare des photosynthetischen Modellsystems ZCPINI. <br>Schwerpunkt der Untersuchungen zum sekundären Radikalpaar P865+QA- des photosynthetischen Reaktionszentrums in Rb. sphaeroides sind Q-Band-EPR-Experimente (34 GHz) mit hoher Zeitauflösung. Bei diesen Experimenten werden nach einem Laserimpuls schnelle Oszillationen der EPR-Signale beobachtet. Aus der ausgeprägten Abhängigkeit dieser Quantenschwebungen von der experimentellen Magnetfeldstärke wird in einer Computeranalyse die relative räumliche Anordnung der Radikale P865+ und QA- bestimmt. Die Analyse des zweidimensionalen EPR-Experiments liefert eine neue Geometrie für den ladungsgetrennten Zustand des Reaktionszentrums. Dieser Befund wird im Zusammenhang mit dem sequentiellen Elektronentransfer im photosynthetischen Reaktionszentrum diskutiert. <br>W-Band-EPR-Spektren (95 GHz) des sekundären Radikalpaars P700+A1- in ganzen Zellen des Cyanobakteriums S. lividus weisen auf eine partielle Orientierung der Reaktionszentren im EPR-Magnetfeld hin. Dieser Effekt wird auf die diamagnetische Anisotropie der Membranproteine in der Thylakoidmembran zurückgeführt. Aufgrund der Anordnung der Thylakoide in der Zelle wird eine Orientierung der stäbchenförmigen Zellen senkrecht zur Feldrichtung des EPR-Spektrometers vorhergesagt. Eine quantitative Analyse des Orientierungseffekts bietet die Grundlage für ein vollständiges dreidimensionales Strukturmodell des sekundären Radikalpaars P700+A1- innerhalb des Photosystems I. <br>Zeitaufgelöste Q-Band-EPR-Untersuchungen am photosynthetischen Modellsystem ZCPINI in flüssigkristalliner Matrix zeigen innerhalb eines Zeitintervalls von 150 ns nach einem Laserblitz die EPR-Spektren von drei unterschiedlichen Radikalpaaren. Die Analyse des zeitabhängigen EPR-Signals auf der Basis eines kinetischen Modells liefert den direkten Nachweis für sequentiellen Elektronentransfer im Triplettkanal. Bei Raumtemperatur erfolgt dieser Prozeß mit einer Zeitkonstante von 50 ± 1 ns.

Author dc:creator

• Heinen, Ulrich

Contributors dc:contributor

• Kothe, Gerd

• Quantenschwebungen
• Magnetoorientierung
• Modellsystem
• Quantum beats
• magneto-orientation
• model system

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