Inaktivierung von Proteinen und Zellen durch Laserbestrahlung von ...

10 Theorie
Dabei existiert eine Vielzahl an Proteinformen. Proteine, die nicht ortsfest in der
Zelle sind, besitzen meist eine globuläre Struktur. Einige Strukturproteine wie
z.B. Kollagen sind langgestreckt und haben ein Längen-zu-Durchmesserverhältnis
von 1/10. Proteine sind somit ein bis zwei Größenordnungen kleiner als Zellorganellen
oder die lichtmikroskopische Auflösung.
Um eine Vorstellung von den Geschwindigkeiten möglicher Reaktionen, die bei
der Denaturierung von Proteinen eine Rolle spielen, zu bekommen, ist in Abbildung
2.2 eine Skala von verschiedenen für die Arbeit wichtigen Reaktionsdauern
bei physiologischen Temperaturen aufgetragen [183, 147].
Thermalisierung von
-
e Zuständen
in Nanogold
-15
10 s
(fs)
therm. Relaxation
von Nanogold
Photochemie
in
Rhodopsin
-12
10 s
(ps)
Bewegung von
"Scharnierbezirken"
in Proteinen
-9
10 s
(ns)
Entspiralisierung
der DNA- Helix
-6
10 s
(µs)
enzymatische
Reaktionen
-3
10 s
(ms)
1s
Proteinsynthese
Abbildung 2.2: Dauer von verschiedenen Reaktionen unter physiologischen Temperaturbedingungen.
Abbildung nach [183](verändert).
Zu den schnellsten Reaktionen, die gemessen wurden, gehört die photochemische
Strukturänderung der lichtabsorbierenden Gruppe Retinal von Rhodopsin in der
Retina mit 0.5 ps [78]. Die Bewegung von Scharnierbezirken in Proteinen findet
im Nanosekundenbereich statt [132]. Die enzymatische Entspiralisierung der
DNA im Mikrosekundenbereich ist eine der schnellsten enzymatisch ablaufenden
Reaktionen. Die Dauer anderer enzymatisch katalysierter Reaktionen erstreckt
sich bis in den Millisekundenbereich.
Die Energien, die bei biologischen Reaktionen involviert sind, spannen sich über
mehrere Größenordnungen [183]. Mit am stabilsten sind die kovalenten C-C Bindungen.
Eine Energie von 384 kJ/mol wird benötigt, um Kohlenstoffbrücken
direkt zu trennen. Die meisten anderen Reaktionen benötigen weniger Energie,
um ablaufen zu können. Mit einer Energie von 239 kJ/mol können Photonen