Elektronenspinresonanz (EPR)-Spektroskopie benutzt magnetische Eigenschaften (Elektronenspins) von Materialien und Molekülen, um Informationen über ihren Aufbau und ihre Funktion zu gewinnen. Die Methode ist besonders geeignet, um chemische Prozesse in der Natur und in industriellen Katalysatoren (z.B. Photosynthese, molekulare Wasserstoffbildung, Stickstofffixierung, etc.) zu verfolgen. Messungen an Kristallen versprechen den größten Informationsgewinn, allerdings sind die interessantesten Kristalle oft nur mit Kantenlängen weit unterhalb von 0.1 mm verfügbar. Etablierte EPR-Verfahren versagen hier in vielen Fällen. Eine drastische Steigerung der Messempfindlichkeit und damit der Möglichkeit wesentlich kleinere Proben zu messen, wurde nun von Wissenschaftlern in der EPR-Arbeitsgruppe des MPI CEC und der Technischen Universität Dortmund entwickelt.
Die entscheidende Verbesserung gelang durch die Verkleinerung der EPR-Sonden zu einer nur 0,4 mm x 1,2 mm großen schraubenförmigen Leiterhelix. Die Mikrohelix erhöht die Empfindlichkeit bei extrem volumenbegrenzten Proben, wie beispielsweise Proteineinkristallen, um den Faktor 28. Um den Nutzen der Mikrohelix zu demonstrieren, arbeiteten die Forscher mit den Kristallographie-Laboren von Prof. Thomas Happe an der Ruhr-Universität Bochum und Prof. Athina Zouni an der Humboldt-Universität zu Berlin zusammen.
"Mit unserer neuen Technik können wir erstmals kleinste Proteineinkristalle (weniger als 5 nl) mit neuesten EPR-Techniken untersuchen", erklärt Jason W. Sidabras, der die Studie durchführte. "Diese Studien ermöglichen es, die atomare Struktur eines Proteins direkt mit seinen magnetischen Eigenschaften in Verbindung zu bringen und so zu grundlegenden Erkenntnissen über die katalytischen Mechanismen von Enzymen beizutragen."
Die wissenschaftliche Veröffentlichung "Extending electron paramagnetic resonance to nanoliter volume protein single crystals using a self-resonant microhelix" erschien in Science Advances. <link https: doi.org sciadv.aay1394>DOI: 10.1126/sciadv.aay1394
Diese Arbeit wurde finanziert durch das Marie Skłodowska-Curie Stipendium (Nr. 745702; ACT-EPR, <link https: act-epr.org>
) der Europäischen Union Horizon 2020, der Max-Planck-Gesellschaft, dem DFG Sonderforschungsbereich Sfb1078, Projekt A5, dem Exzellenzcluster 2033 RESOLV #390677874, dem DFG Graduiertenkolleg GRK 2341 Microbial Substrate Conversion (MiCon), und der Volkswagen Stiftung (Design of [FeS] Cluster containing Metallo-DNAzymes [Az 93412])).Scientific Contacts:
Jason W. Sidabras - <link>jason.sidabras@cec.mpg.de
Edward Reijerse - <link>edward.reijerse@cec.mpg.de