Struktur und Dynamik der DNA-DoppelhelixWasser induziert elektrische Felder an der DNA-Oberfläche
Struktur und Dynamik der DNA-Doppelhelix werden entscheidend durch die umgebende Wasserhülle beeinflusst. Neue Ultrakurzzeit-Experimente zeigen, dass die beiden ersten Wasserschichten extrem starke elektrische Felder von bis zu 100 MV/cm erzeugen, die auf der Femtosekunden-Zeitskala fluktuieren und auf eine Reichweite von etwa 1 nm begrenzt sind.
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(A) Oberfläche einer DNA-Doppelhelix. Der Verlauf der Helixstränge ist an den Sauerstoffatomen der Phosphatgruppen (rot) zu erkennen. In blau sind Gegenionen gezeigt, die kleinen gewinkelten Strukturen sind Wassermoleküle.
(B) Zweidimensionales Infrarotspektrum der Schwingungen des DNA-Rückgrats. Als Funktion der Anrege- und der Detektionsfrequenz sind nichtlineare Schwingungssignale gezeigt. Die Linienform der Resonanzen auf der Diagonalen (gleiche Anrege- und Detektionsfrequenz) wird direkt durch fluktuierende elektrische Felder beeinflusst, die Signale außerhalb der Diagonale werden durch Kopplungen zwischen den Schwingungen verursacht.
(C) Verlauf des zeitlich gemittelten elektrischen Feldes (blau) als Funktion des Abstandes von der DNA-Oberfläche. Wassermoleküle in der ersten Schicht (um 0,4 nm) erzeugen ca. 70 % des Gesamtfeldes, die zweite Wasserschicht trägt ca. 20 % bei.