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Terahertz (THz)-Spektroskopie

THz-Tanz des Wassers

In flüssiger Phase sind Wassermoleküle über Wasserstoff-brücken miteinander verbunden. Die Fluktuationen im Wassernetzwerk erfolgen auf der sub-ps- und ps-Zeitskala. THz-Absorptionsmessungen (1 THz = 1012 Hz = 1 ps-1) "sehen" diese dynamischen Umorientierungen der Dipolmomente und damit die Änderungen in den kollektiven Bewegungen des Wassernetzwerks durch gelöste Stoffe.



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Zu unseren Publikationen

THz-Spektroskopie der Solvation von Biomolekülen

Der Einfluss des Wassers auf die Dynamik von Biomolekülen ist ein wichtiger Forschungsgegenstand. THz-Spektroskopie ermöglicht die Messung kleinster Änderungen der Wassernetzwerkdynamik an der Biomolekül-Wasser-Grenzfläche.

Korrelation mit Hofmeister‐ Reihe: So spielen Ionen und Wasser mikroskopisch zusammen!
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Hochdruck-THz-Spektroskopie inspiziert biologische Prozesse unter Tiefsee-Bedingungen
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Kinetic THz absorption (KITA)

KITA has been developed in our group as a tool to probe changes in solvation dynamics upon biological function, e.g. protein folding, enzyme activity, water dynamics, calorimetry. With the help of the stopped flow and temperature jump technique, real-time changes in the protein-water network were detected during protein folding using terahertz absorption spectroscopy.


Relevanteste Publikationen zu diesem Thema
  • F.N. Brünig, M. Rammler, E.M. Adams, M. Havenith, R.R. Netz, Spectral signatures of excess-proton waiting and transfer-path dynamics in aqueous hydrochloric acid solutions, Nat. Commun., accepted (2022)
  • E. Adams, S. Pezzotti, J. Ahlers, M. Rüttermann, M. Levin, A. Goldenzweig, Y. Peleg, S. Fleischmann, I. Sagi, M. Havenith, Local mutations can serve as a game changer for global protein solvent interaction, JACS Au 1, 1076–1085 (2021)
  • S.R. Alfarano, S. Pezzotti, C.J. Stein, Z. Lin, F. Sebastiani, S. Funke, C. Hoberg, I. Kolling, C.Y. Ma, K. Mauelshagen, T. Ockelmann, G. Schwaab, L. Fu, J.-B. Brubach, P. Roy, M. Head-Gordon, K. Tschulik, M.-P. Gaigeot, M. Havenith, Stripping away ion hydration shells in electrical double layer formation: Water networks matter, PNAS 118, e2108568118-1–8 (2021)
  • V. Conti Nibali, S. Pezzotti, F. Sebastiani, D. Galimberti, G. Schwaab, M. Heyden, M.-P. Gaigeot, M. Havenith, Wrapping up hydrophobic hydration: Locality matters, J. Phys. Chem. Lett. 11, 4809–4816 (2020)
  • G. Schwaab, F. Sebastiani, M. Havenith, Ion hydration and ion pairing as probed by THz spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed. 58, 3000–3013 (2019)
  • F. Böhm, G. Schwaab, M. Havenith, Mapping hydration water around alcohol chains by THz calorimetry, Angew. Chem. Int. Ed. 56, 9981–9985 (2017)
  • S. Funkner, G. Niehues, D.A. Schmidt, M. Heyden, G. Schwaab, K.M. Callahan, D.J. Tobias, M. Havenith, Watching the low frequency motions in aqueous salt solutions: The terahertz vibrational signatures of hydrated ions, J. Am. Chem. Soc. 134, 1030–1035 (2012).
  • M. Grossman, B. Born, M. Heyden, D. Tworowski, G.B. Fields, I. Sagi, M. Havenith, Correlated structural kinetics and retarded solvent dynamics at the metalloprotease active site, Nat. Struct. Mol. Biol. 18, 1102–1108 (2011)
  • S.J. Kim, B. Born, M. Havenith, M. Gruebele, Real-time detection of protein-water dynamics upon protein folding by terahertz absorption Spectroscopy, Angew. Chem. Int. Ed. 47, 6486–6489 (2008)
  • S. Ebbinghaus, S.J. Kim, M. Heyden, X. Yu, U. Heugen, M. Gruebele, D.M. Leitner, M. Havenith, An extended dynamical solvation shell around proteins, PNAS 104, 20749–20752 (2007)