@phdthesis{Klaumuenzer2012,
  author    = {Klaum{\"u}nzer, Bastian},
  title     = {Quantenchemische und molekulardynamische Untersuchungen zur Photoanregung von Riboflavin},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-63171},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die Photophysik und Photochemie von Flavinen sind aufgrund ihrer biologischen Funktion, inbesondere von Flavoproteinen, von großen Interesse. Flavoproteine spielen eine große Rolle in einer Vielzahl von biologischen Prozessen, z.B. Biolumineszenz, Entfernung von Radikalen, die bei oxidativem Stress entstehen, Photosynthese und DNA-Reparatur. Die spektroskopischen Eigenschaften des Flavin-Cofaktors machen diesen zu einem nat{\"u}rlichen Reporter f{\"u}r Ver{\"a}nderungen innerhalb des aktiven Zentrums. Deshalb sind die Flavoproteine eine der am meisten untersuchten Enzymfamilien. Eine biologische Aktivit{\"a}t des Flavins f{\"u}hrt {\"u}ber einen elektronisch angeregten Zustand, wo dann, abh{\"a}ngig von der Aminos{\"a}ureumgebung, ein bestimmter Mechanismus zu einem biologischen Prozess f{\"u}hrt (Photozyklus). Ein wichtiges Analysetool zum Verst{\"a}ndnis des anf{\"a}nglichen Photoanregungsschritts der Flavine sind die elektronische und die Schwingungsspektroskopie. In dieser Arbeit wurden die Prozesse von Riboflavin (RF) w{\"a}hrend und nach optischer Anregung mit theoretischen Mitteln beleuchtet. Dazu wurden quantenchemische Berechnungen f{\"u}r Schwingungsspektren (vibratorische) von Riboflavin, auch Laktoflavin oder Vitamin B2 genannt, dem Grundmolek{\"u}l der Chromophore biologischer Blaulichtrezeptoren, in dessen elektronischem Grundzustand und dessen niedrigsten angeregten Zustand durchgef{\"u}hrt. Weiterhin wurden vibronische (vibratorische+elektronische) Absorptionsspektren und ein vibronisches Emissionsspektrum berechnet. Die so berechneten Schwingungs- und elektronischen Spektren sind in guter qualitativer wie quantitativer {\"U}bereinstimmung mit gemessenen Werten, und helfen so, die experimentellen Signale der Photoanregung von Flavinen zuzuweisen. Unmittelbar nach der Photoanregung wurde ein Verlust des Doppelbindungscharakters im polaren Bereich des Ringssystems beobachtet, was zu der vibronischen Feinstruktur im elektronischen Absorptions- und Emissionsspektrum f{\"u}hrte. Hier zeigte sich zudem, dass neben den vibronischen Effekten auch die L{\"o}sungsmitteleffekte wichtig f{\"u}r das quantitative Verst{\"a}ndnis der Photophysik der Flavine in L{\"o}sung sind. Um Details des optischen Anregungsprozesses als initialen, elementaren Schritt zur Signalweiterleitung zu entschl{\"u}sseln, wurden ultraschnelle (femtosekundenaufgel{\"o}ste) Experimente durchgef{\"u}hrt, die die Photoaktivierung des Flavins untersuchen. Diese Arbeit soll zu einem weiteren Verst{\"a}ndnis und der Interpretation dieser Experimente durch das Studium der Post-Anregungsschwingungsdynamik von Riboflavin und mikrosolvatisiertem Riboflavin beitragen. Dazu wurde eine 200 fs lange Molekulardynamik in angeregten Zust{\"a}nden betrachtet. Durch die Analyse charakteristischer Atombewegungen und durch die Berechnungen zeitaufgel{\"o}ster Emissionsspektren fand man heraus, dass nach der optischen Anregung Schwingungen im Ringssystem des Riboflavins einsetzen. Mit Hilfe dieser Berechnungen kann die Umverteilung der Energie im angeregten Zustand beobachtet werden. Neben den theoretischen Untersuchungen zu Riboflavin in der Gasphase und auch in L{\"o}sung wurde ein Modell f{\"u}r eine BLUF (Blue-Light Photoreceptor Using Flavin) Dom{\"a}ne, ein Flavin benutzender Photorezeptor, erstellt. Hierbei zeigt sich, dass man die in dieser Arbeit angewendeten Analysemethoden auch auf biologisch relevante Systeme anwenden kann.},
  language  = {de}
}