FU Berlin Digitale Dissertation
Berthold Borucki : The orientation of the electronic dipole moment in stationary and transient chromophore states of the light-driven proton pump bacteriorhodopsin Steady-state and time-resolved absorption spectroscopy with linearly polarized light on oriented purple membranes Die Orientierung des elektronischen Übergangsdipolmoments in stationären und transienten Chromophorzuständen der lichtgetriebenen Protonenpumpe Bacteriorhodopsin
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Abstract Orientational changes of the retinal-chromophore especially via isomerization pl ay an important role in the light-induced proton transport of the membrane protein bacteriorhodopsin (bR). The orientation of the transition dipole moment, which is experimentally accessi ble by absorption spectroscopy with linearly polarized light serves as an indicator of the chromophore orientation. Stationary and transient chromophore states of bacteriorhodopsin were investigat ed in oriented purple membrane samples. The orientation of the purple membranes was achieved in high magnetic fields whi ch is a well-established method. An alternative method was developed in which the membranes are first immobilized in PAA gels and are aligned by drying and an isotropic swelling of the gels. In steady-state and time-resolved absorption measurements a procedure was introd uced, which provides linear dichroism and linear birefringence as independent paramete rs. Since the chromophore contributions of these parameters are connected via the Kramers-Kronig transform, this constitutes an additional control for the determi nation of the chromophore anisotropy. For the time-resolved measurements with isotropic excitation a novel model independent formalism was developed, which allows the determination from absorption changes and transient linear dichroism not only of the orientation of the transition dipole moment with respect to the membrane normal in transient intermediates, but also the intermediate spectra and time courses. When the chromophore conformation changes from all-trans to 13-cis,15-syn during light-dark adaptation, the orientation of the electronic transition dipole moment is unchanged in the limit of experimental accuracy. The photoinduced transition from the blue state to the pink state is accompanied by 9-cis isomerization and an increase of the angle betwee n the transition dipole moment and the membrane normal of about 2.5°. In the transient intermediates K, L, M and N and in the photostationary M-state respectively the chromophor is in 13-cis,15-anti conformation and the angle bet ween the transition dipole moment and the membrane normal is 1° - 4° smaller than in the all-trans conformation of the bR-groundstate.

Table of Contents Download the whole PhDthesis as a zip-tar file or as zip-File For download in PDF format click the chapter title 0. Titelseite und Inhaltsverzeichnis 1. Einführung in das biologische System Bacteriorhodopsi n und Zielsetzung Vorkommen und physiologische Relevanz Struktur Spektroskopische Charakterisierung und Funktion Transiente Chromophororientierungen - Zielsetzung der Arbeit 2. Mathematische und physikalische Grundlagen Mathematische Beschreibung der Kinetik Physikalische Grundlagen Die Orientierung von Membranfragmenten 3. Experimentelle Durchführung Probenherstellung Gleichlichtmessungen Zeitaufgelöste Messungen 4. Formale mathematische Beschreibung des Meßsignals un d Auswertungsansätze Die Polarisationsabhängigkeit des Meßsignals Analyse von Absorptionsänderung und Lineardichroismus 5. Stationäre Chromophorzustände Der lichtadaptierte Zustand und chromophorfreie Membranen Die Licht-Dunkel-Adaptation Purpurmembranen in anisotrop gequollenen Gelen Der blau-pink Übergang Der photostationäre M-Zustand Übersicht zur Chromophororientierung stationärer Zustände 6. Zeitaufgelöste Kontrollexperimente Kontrolle der isotropen Anregung Korrektur bei nicht perfekter isotroper Anregung Einfluß der koaxialen Anregungskomponente Der grüne Helium-Neon-Laser als Meßlichtquelle Diodenlaser als Meßlichtquelle 7. Die frühen Photozyklusintermediate Experimente am nativen System: Magnetisch orientierte PM Experimente am nativen System: PM in anisotrop gequollenen Gelen Experimente am modifizierten System: Die Mutante D96A Ergebnisübersicht zu den frühen Intermediaten Diskussion der Ergebnisse und des methodischen Ansatzes 8. Die späten Photozyklusintermediate Experimente unter alkalischen Bedingungen: Das N-Intermediat Experimente im schwach sauren Milieu: Das O-Intermediat Ergebnisübersicht zu den späten Intermediaten 9. Zusammenfassung Literaturverzeichnis

More Information:
Online available:	http://darwin.inf.fu-berlin.de/1998/25/indexe.html
Language of PhDThesis:	german
Keywords:	bacteriorhodopsin, purple membranes, chromophore reorientation, linear dichroism, linear birefringence
DNB-Sachgruppe:	29 Physik, Astronomie
Classification PACS:	87.15.-v; 42.25.Ja
Date of disputation:	11-Nov-98
PhDThesis from:	Department Physik, Freie Universität Berlin
First Referee:	Prof. Dr. Maarten P. Heyn
Second Referee:	Prof. Dr. Klaus Möbius
Contact (Author):	borucki@physik.fu-berlin.de
Contact (Advisor):	heyn@physik.fu-berlin.de
Date created:	16-Dec-98
Date available:	25-Jun-99

 

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