PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Diese Arbeit wurde im Rahmen eines Teilprojektes des Sonderforschungsbereichs "Physik von Einzelmolekülprozessen und molekularer Erkennung in organischen Systemen", das eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen der Abteilung Biochemie der Pflanzen und der Abteilung Molekül- und Oberflächenphysik der Universität Bielefeld ist, durchgeführt. Für die moderne Biologie sowie Medizin bilden mittlerweile viele physikalische Messverfahren eine essentielle Hilfe. Um Untersuchungen zur Dynamik von Proteinmolekülen in ihrer natürlichen Umgebung zu ermöglichen, hat Sasaki in den letzten Jahren ein neues Röntgenbeugungsverfahren entwickelt. Bei diesem Verfahren, das Dynamical X-Ray-Tracking (DXT) genannt wird, findet die Beugung nicht direkt am Proteinmolekül, sondern an einem starr an das Proteinmolekül gebundenen Nanospiegel statt. Gemessen wird hierbei die zeitliche Veränderung der Ausrichtung des Nanokristalls, die anhand der Lage der Laue-Beugungspunkte bestimmt wird. Anhand dieser Lageveränderungen lassen sich dann wieder Aussagen über Strukturänderungen des untersuchten Proteins mit einer hohen Ortsgenauigkeit in der Zeitdomäne herleiten. Die wissenschaftliche Zielsetzung dieser Arbeit ist der Aufbau eines DXT-Messplatzes sowie die Präparation der benötigten nanokristallinen röntgenbeugenden Proteinlables einschließlich deren Charakterisierung. Zunächst wird ein kurzer Überblick über die Grundlagen der Röntgenstrahlung und deren Wechselwirkung mit Materie, insbesondere unter Berücksichtigung von Röntgenbeugung an Kristallen, gegeben. Es werden die Messmethoden zur Bestimmung der Kristallausrichtung sowie der vertikalen und lateralen Kristallgröße dargestellt. Im darauf folgenden Kapitel soll ein umfassender Überblick über die verschiedenen zur Herstellung und Charakterisierung von Goldkristallen verwendeten Geräte und Analysemethoden vorgestellt werden. Zusätzlich wird hier mit genauen technischen Angaben die selbstgebaute MBE-Apparatur beschrieben. Diese Apparatur hat den Zweck, Nanogoldkristalle mit Hilfe des Molekularstrahlepitaxie-(MBE-)Verfahrens herzustellen. Im vierten Kapitel werden der Aufbau des DXT-Laborsystems dargestellt und sein Strahlprofil im Fokus, seine Divergenz und sein Strahlspektrum bestimmt. Hierauf aufbauend wird im fünften Kapitel die Untersuchung der Strahlenschädigung von 2 Cystein-Peroxyredoxin (2CP) Proteinen und der Nachweis dieser Strahlenschädigung ohne Au-Kolloiden und mit Au-Kolloiden dargestellt. Der Hauptinhalt des sechsten Kapitels ist die genaue Beschreibung der Präparation von Nano- und Mikro-Goldkristallen. In den Kapiteln sieben und acht wird auf die Ergebnisse der Charakterisierung der nano- sowie mikrokristallinen Goldkristalle eingegangen. Insbesondere wird dabei der Einfluss verschiedener Präparationsparameter auf die Kristallgröße sowie Größenverteilung, die Kristallform, die Kristallausrichtung bezüglich des Substrates sowie der Anteil der Einkristalle untersucht. In Kapitel neun werden die mittels TEM-Messungen durchgeführten Strukturuntersuchungen an freien Goldkristallen sowie nano-Mo/Si-Multilayerspiegeln vorgestellt.