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Ras-Proteine sind kleine intrazelluläre Regulatorproteine, die zur Superfamilie der kleinen GTPasen gehören. Das primäre Ziel dieser Arbeit war es, die Hydrolysemechanismen von verschiedenen Ras-Isoformen und -Mutanten mit ATR-FTIR-Spektroskopie und zeitaufgelöster Transmissions-FTIR-Spektroskopie aufzuklären. Die onkogenen Ras-Mutanten G12V, G13V und Q61A, sowie die Off-Mutante Y32A und der Komplex aus K16A mit dem GEF SOS wurden in dieser Arbeit untersucht. Für G12V und G13V wurden Veränderungen der Phosphatschwingungen und eventuell am Magnesiumion beobachtet. Des Weiteren wurden Messungen mit Aluminiumfluorid an Ras durchgeführt, um das Analogon des Übergangszustandes beobachten zu können, wobei Spektren für Ras mit und ohne RasGAP gewonnen wurden. Für die Isoform KRas 4B wurden der Hydrolysemechanismus und das Verhalten auf einer negativ geladenen Lipidmembran beobachtet. Der Hydrolysemechanismus von immobilisierten NRas-Proteinen auf einer Lipidmembran wurde ebenfalls untersucht.

Ras gehört zur Familie der kleinen GTPasen. Es handelt sich um ein protoonkogenes Protein mit einer Größe von 21 kDa, und gilt als Prototyp der Ras Superfamilie. Durch seinen charakteristischen \(\it {Switch}\)-Mechanismus dient es der Kontrolle zahlreicher Prozesse in der Zelle. Beim Schaltmechanismus wechselt das Ras von seinem inaktiven GDP-Zustand in den aktivierten GTP-Zustand. Die Aktivierung erfolgt mit Hilfe von \(\textit {GEFs (Guaninnucleotid Exchange Factor)}\) durch den Austausch von GDP nach GTP. Die Inaktivierung geschieht durch eine Hydrolyse und wird durch GAPs \(\textit {(GTPase Activating Proteins)}\) katalysiert. Ziel dieser Arbeit ist die Zuordnung spezifischer Aminosäure-Schwingungen der Bindetasche der kleinen GTPase Ras im FTIR-Spektrum. Die Bindetasche umfasst den \(\textit {Switch I}\), \(\textit {Switch II}\) und den \(\it {p-Loop}\). Des Weiteren soll über die Bandenzuordnung der Einfluss auf den Reaktionsverlauf des Ras bestimmt werden.

In dieser Arbeit wird beschrieben, wie sich die in situ-IR-Spektroskopie zur Charakterisierung von CVD-Prozessen einsetzen läßt. Es werden Modellreaktoren vorgestellt, deren Konstruktion an die spektroskopische Verfolgung thermisch aktivierter Gasphasenreaktionen angepaßt ist. Ausgehend von Referenzmessungen, mit deren Hilfe Möglichkeiten und Grenzen der FT-IR-Spektroskopie in Bezug auf die CVD-Prozeßanalytik aufgezeigt werden, können auftretende Species im untersuchten System sicher bestimmt werden. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Untersuchung der Gasphase bei der Thermolyse von Methyltrichlorsilan in Abhängigkeit von den Prozeßparametern Temperatur und Eduktgaszusammensetzung. Die gefundenen Korrelationen werden durch Thermolysen einzelner, nachgewiesener Verbindungen bestätigt. Eine weitere Absicherung der Ergebnisse erfolgt durch Isotopenmarkierung mit Deuterium. Untersuchungen zur Schichtbildung ergänzen die Gasphasenanalytik. Auf Grundlage der nachgewiesenen stabilen und instabilen Species und deren Abhängigkeit von den Prozeßparametern wird ein Mechanismus vorgeschlagen und diskutiert, der die Thermolyse von Methyltrichlorsilan zur Abscheidung von Siliciumcarbid vollständig beschreibt.

Das bakterielle Reaktionszentrum von R. sphaeroides stellt ein Modellsystem zum Studium der Photosynthese dar und führt bei Lichtanregung eine Ladungstrennung durch, die von einem Bakteriochlorophyll-Dimer zu zwei Ubichinon-Molekülen, Q A und Q B, reicht. Der zentrale finale Elektronentransferschritt Q A - - Q B \(\rightarrow\) Q A Q B - wurde mit zeitauflösender Stepscan-FTIR-Differenzspektroskopie und ortsspezifischer Mutagenese untersucht. Der Q A - - Q B \(\rightarrow\) Q A Q B - -Übergang verläuft als Drei-Schritt-Prozess mit \(\tau\) 1 = 12 \(\mu\)s, \(\tau\) 2 = 150 \(\mu\)s und \(\tau\) 3 = 1,1 ms. "Conformational gating" bestimmt die ersten beiden Schritte, in denen unterschiedliche Populationen von Q B von einem intermediären Elektronendonor X reduziert werden. Die Oxidation von Q A - - ist davon entkoppelt und läuft mit einer langsameren dritten Rate ab. Mit allen Raten finden Protonentransferreaktionen statt. Das Ergebnis, dass die Reduktion von Q B der Oxidation von Q A - - vorausgeht, führt zu einem völlig neuen Mechanismusvorschlag für den Q A - - Q B \(\rightarrow\) Q A Q B - -Übergang. The bacterial reaction centre of R. sphaeroides, a model system for studying photosynthesis, performs charge separation across the membrane from a bacteriochlorophyll dimer to two ubiquinone-10 molecules, Q A and Q B. The final electron transfer step Q A - - Q B \(\rightarrow\) Q A Q B - is investigated applying time-resolved stepscan-FTIR difference spectroscopy and site-directed mutagenesis. The Q A - - Q B \(\rightarrow\) Q A Q B - transition can be described as a three-step process with \(\tau\) 1 = 12 \(\mu\)s, \(\tau\) 2 = 150 \(\mu\)s and \(\tau\) 3 = 1,1 ms. Conformational gating controls the first two steps in which different populations of Q B are reduced by an intermediary donor X. The oxidation of Q A - - is kinetically discoupled and takes place on a slower time scale. All the steps are complexly coupled to proton transfer reactions. Especially the finding that Q B reduction proceeds Q A - - oxidation leads to a completely new mechanism.

Das bakterielle Reaktionszentrum von R. sphaeroides stellt ein Modellsystem zum Studium der Photosynthese dar und führt bei Lichtanregung eine Ladungstrennung durch, die von einem Bakteriochlorophyll-Dimer zu zwei Ubichinon-Molekülen, Q A und Q B, reicht. Der zentrale finale Elektronentransferschritt Q A - - Q B → Q A Q B - wurde mit zeitauflösender Stepscan-FTIR-Differenzspektroskopie und ortsspezifischer Mutagenese untersucht. Der Q A - - Q B → Q A Q B - - Übergang verläuft als Drei-Schritt-Prozess mit τ 1 = 12 μs, τ 2 = 150 μs und τ 3 = 1,1 ms. "Conformational gating" bestimmt die ersten beiden Schritte, in denen unterschiedliche Populationen von Q B von einem intermediären Elektronendonor X reduziert werden. Die Oxidation von Q A - - ist davon entkoppelt und läuft mit einer langsameren dritten Rate ab. Mit allen Raten finden Protonentransferreaktionen statt. Das Ergebnis, dass die Reduktion von Q B der Oxidation von Q A - - vorausgeht, führt zu einem völlig neuen Mechanismusvorschlag für den Q A - - Q B → Q A Q B - -Übergang.