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Lay summary
Projekt A:Die intermolekularen Kräfte, welche die Nukleinsäurebasen in der zusammenhalten und die dreidimensionale Struktur der DNS und RNS beeinflussen sind im Detail noch nicht quantitativ bekannt. Gründe dafür sind die Vielfalt der Wechselwirkungen (mehrere Wasserstoffbrücken, pi-Stapel-Wechselwirkungen), der Einfluss des Zucker-Phosphatrückgrats und die Einflüsse von Hydratwasser und Ionen. Ziel des Projekts ist die direkte, exakte Messung und Berechnung der Wechselwirkungen, Kraftkonstanten und Bindungsenergien zwischen Nukleobasen auf der molekularen Ebene. Auch der Einfluss einzelner Wassermoleküle (Nanohydratisierung) wird auf der molekularen Ebene untersucht. Diese grundlegenden Informationen könne anschliessend für die Konstruktion genauerer Computermodelle von Biomolekülen verwendet werden.Projekt B: Protonen- und H-Atom-Transferprozesse sind zentral für das Verständnis vieler chemischer und biochemischer Prozesse: Protonentransfer in Wasser, Protonenleitung durch Membranproteine (Protonenpumpen), Energiegewinnung in der Atmungskette, chemi-osmotische Energiespeicherung, katalytische Primärprozesse in Enzymen). Solche Reaktionen sind schwierig zu beobachten, da die leichten Protonen sich sehr rasch über ein ständig fluktuierendes Netzwerk von H-Brücken hinweg bewegen. Auf Grund dieser Schwierigkeiten wurden solche Reaktionen meist mit Computersimulationsmethoden untersucht. Um exakte experimentelle Informationen über die Protonenleitung auf molekulare Stufe zu erhalten, verwenden wir Modellsysteme aus Molekülclustern, die eine H-verbrückte Kette enthalten. Diese werden in Molekularstrahlen und auf fast null Grad Kelvin abgekühlt. Damit können Protonen- bzw. H-Atom-Transfers auf molekularem Niveau und ohne störenden Einfluss der thermischen Bewegung untersucht werden. Unsere Untersuchungen zeigen auch, dass Protonentransfer in elektronisch angeregten Zuständen oft als H-Atom-Transfers ablaufen, unter Bildung von Radikalpaaren als Zwischenstufen.