<p>Bilirubin is a degradation product of haem, which is constantly formed in all</p><p>mammals. Increased levels of bilirubin in humans lead to jaundice, a condition</p><p>that is very common during the first days after birth. This neonatal</p><p>jaundice can routinely be treated by phototherapy without any serious side</p><p>effects. During this treatment, bilirubin undergoes a photoreaction to isomers</p><p>that can be excreted. The most efficient photoreaction is the isomerisation</p><p>around a double bond (Z-E-isomerisation), which results in more soluble</p><p>photoproducts.</p><p>The work presented in this thesis shows results of a femtosecond optical</p><p>spectroscopy study, combined with quantum-mechanical investigations, of</p><p>the mechanism of isomerisation of bilirubin. The spectroscopic research was</p><p>conducted with bilirubin in organic solvents, and in buffer complexed by</p><p>human serum albumin. This albumin complex is present in the blood, and</p><p>has thus medical importance. Quantum-chemical calculations (CASSCF) on</p><p>a bilirubin model were used to explain experimental results.</p><p>The fluorescence decay observed with femtosecond spectroscopy shows an</p><p>ultrafast component (~120 fs), which is explained by exciton localisation,</p><p>followed by processes with a lifetime of about 1-3 ps. These are interpreted</p><p>as the formation of a twisted intermediate, which decays with a lifetime of</p><p>10-15 ps back to the ground state, as observed by absorption spectroscopy.</p><p>CASSCF calculations, in combination with the experimental results, suggest</p><p>the ca. 1-3 ps components to be relaxation to the twisted S1 minimum, followed</p><p>by the crossing of a barrier, from where further relaxation takes place</p><p>through a conical intersection back to the ground state.</p><p>Time-dependent DFT calculations were utilised to analyse the absorption</p><p>spectrum of bilirubin. Good agreement with the measured spectrum was</p><p>achieved, and low-lying states were observed, that need further investigation.</p><p>The theoretically obtained CD spectrum provides direct evidence that</p><p>bilirubin preferentially binds to human serum albumin in the enantiomeric</p><p>P-form at neutral pH.</p> / <p>Bilirubin är en nedbrytningsprodukt av hem som ständigt bildas hos alla</p><p>däggdjur. En förhöjd bilirubinkoncentration i den mänskliga kroppen kan</p><p>leda till gulsot, något som är mycket vanligt under de första dagarna efter</p><p>födelsen (neonatal gulsot). Fototerapi används rutinmässigt som säker behandlingsmetod,</p><p>under vilken bilirubin genomgår en fotoreaktion till en</p><p>isomer som kan utsöndras. Den mest effektiva fotoreaktionen är en Z-Eisomerisation,</p><p>vilken leder till lösligare fotoprodukter.</p><p>Arbetet som presenteras i denna avhandling visar resultaten av en kombinerad</p><p>femtosekund optisk-spektroskopisk och kvantmekanisk undersökning</p><p>av mekanismen bakom bilirubins isomerisation. Den spektroskopiska</p><p>studien genomfördes med bilirubin, löst i organiska lösningsmedel och i</p><p>buffert i komplex med humant serumalbumin. Detta albuminkomplex finns i</p><p>blodet, och är därför av medicinskt intresse. Kvantmekanistiska CASSCFberäkningar</p><p>på en bilirubinmodell användes för att förklara de experimentella</p><p>resultaten.</p><p>Det uppmätta fluorescence sönderfallet visar ultrasnabba komponenter</p><p>(~120 fs). Dessa tolkas som excitonlokalisering, som följs av bildandet av</p><p>ett vridet intermediat med en hastighetskonstant på ca. 1 ps-1(beroende på</p><p>lösningsmedlet). Absorptionsmätningar visar att detta intermediat sönderfaller</p><p>tillbaka till grundtillståndet med en livstid på 10-15 ps.</p><p>CASSCF beräkningar, i kombination med de experimentella resultaten, tyder</p><p>på att sönderfallet med livslängden på ca. 1 ps är en relaxation till det</p><p>vridna S1-tillståndet. Reaktionsvägen därifrån antas passera en barriär till en</p><p>konisk genomskärning, som möjliggör snabb relaxation till grundtillståndet.</p><p>Tidsberoende DFT-beräkningar användes för att analysera bilirubins absorptionsspektrum,</p><p>vilket gav bra överensstämmelse med uppmätta data. Dessutom</p><p>hittades ett tillstånd med låg excitationsenergi, som kräver ytterligare</p><p>studier. Med hjälp av det beräknade CD-spectret kunde det visas att bilirubin</p><p>binder till albumin i P-formen vid neutralt pH.</p>
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA/oai:DiVA.org:umu-672 |
| Date | January 2006 |
| Creators | Zietz, Burkhard |
| Publisher | Umeå University, Chemistry, Umeå : Kemi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Doctoral thesis, comprehensive summary, text |
Page generated in 0.0019 seconds