@phdthesis{Foerste2022,
  author    = {F{\"o}rste, Stefanie},
  title     = {Assemblierung von Proteinkomplexen in vitro und in vivo},
  doi       = {10.25932/publishup-55074},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550742},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {x, 143, xxxviii},
  year      = {2022},
  abstract  = {Proteine sind an praktisch allen Prozessen in lebenden Zellen maßgeblich beteiligt. Auch in der Biotechnologie werden Proteine in vielf{\"a}ltiger Weise eingesetzt. Ein Protein besteht aus einer Kette von Aminos{\"a}uren. H{\"a}ufig lagern sich mehrere dieser Ketten zu gr{\"o}ßeren Strukturen und Funktionseinheiten, sogenannten Proteinkomplexen, zusammen. K{\"u}rzlich wurde gezeigt, dass eine Proteinkomplexbildung bereits w{\"a}hrend der Biosynthese der Proteine (co-translational) stattfinden kann und nicht stets erst danach (post-translational) erfolgt. Da Fehlassemblierungen von Proteinen zu Funktionsverlusten und adversen Effekten f{\"u}hren, ist eine pr{\"a}zise und verl{\"a}ssliche Proteinkomplexbildung sowohl f{\"u}r zellul{\"a}re Prozesse als auch f{\"u}r biotechnologische Anwendungen essenziell. Mit experimentellen Methoden lassen sich zwar u.a. die St{\"o}chiometrie und die Struktur von Proteinkomplexen bestimmen, jedoch bisher nicht die Dynamik der Komplexbildung auf unterschiedlichen Zeitskalen. Daher sind grundlegende Mechanismen der Proteinkomplexbildung noch nicht vollst{\"a}ndig verstanden. Die hier vorgestellte, auf experimentellen Erkenntnissen aufbauende, computergest{\"u}tzte Modellierung der Proteinkomplexbildung erlaubt eine umfassende Analyse des Einflusses physikalisch-chemischer Parameter auf den Assemblierungsprozess. Die Modelle bilden m{\"o}glichst realistisch die experimentellen Systeme der Kooperationspartner (Bar-Ziv, Weizmann-Institut, Israel; Bukau und Kramer, Universit{\"a}t Heidelberg) ab, um damit die Assemblierung von Proteinkomplexen einerseits in einem quasi-zweidimensionalen synthetischen Expressionssystem (in vitro) und andererseits im Bakterium Escherichia coli (in vivo) untersuchen zu k{\"o}nnen. Mit Hilfe eines vereinfachten Expressionssystems, in dem die Proteine nur an die Chip-Oberfl{\"a}che, aber nicht aneinander binden k{\"o}nnen, wird das theoretische Modell parametrisiert. In diesem vereinfachten in-vitro-System durchl{\"a}uft die Effizienz der Komplexbildung drei Regime - ein bindedominiertes Regime, ein Mischregime und ein produktionsdominiertes Regime. Ihr Maximum erreicht die Effizienz dabei kurz nach dem {\"U}bergang vom bindedominierten ins Mischregime und f{\"a}llt anschließend monoton ab. Sowohl im nicht-vereinfachten in-vitro- als auch im in-vivo-System koexistieren je zwei konkurrierende Assemblierungspfade: Im in-vitro-System erfolgt die Komplexbildung entweder spontan in w{\"a}ssriger L{\"o}sung (L{\"o}sungsassemblierung) oder aber in einer definierten Schrittfolge an der Chip-Oberfl{\"a}che (Oberfl{\"a}chenassemblierung); Im in-vivo-System konkurrieren hingegen die co- und die post-translationale Komplexbildung. Es zeigt sich, dass die Dominanz der Assemblierungspfade im in-vitro-System zeitabh{\"a}ngig ist und u.a. durch die Limitierung und St{\"a}rke der Bindestellen auf der Chip-Oberfl{\"a}che beeinflusst werden kann. Im in-vivo-System hat der r{\"a}umliche Abstand zwischen den Syntheseorten der beiden Proteinkomponenten nur dann einen Einfluss auf die Komplexbildung, wenn die Untereinheiten schnell degradieren. In diesem Fall dominiert die co-translationale Assemblierung auch auf kurzen Zeitskalen deutlich, wohingegen es bei stabilen Untereinheiten zu einem Wechsel von der Dominanz der post- hin zu einer geringen Dominanz der co-translationalen Assemblierung kommt. Mit den in-silico-Modellen l{\"a}sst sich neben der Dynamik u.a. auch die Lokalisierung der Komplexbildung und -bindung darstellen, was einen Vergleich der theoretischen Vorhersagen mit experimentellen Daten und somit eine Validierung der Modelle erm{\"o}glicht. Der hier pr{\"a}sentierte in-silico Ansatz erg{\"a}nzt die experimentellen Methoden, und erlaubt so, deren Ergebnisse zu interpretieren und neue Erkenntnisse davon abzuleiten.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Feldmann2018,
  author    = {Feldmann, David},
  title     = {Light-driven diffusioosmosis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-417184},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 150},
  year      = {2018},
  abstract  = {The emergence of microfluidics created the need for precise and remote control of micron-sized objects. I demonstrate how light-sensitive motion can be induced at the micrometer scale by a simple addition of a photosensitive surfactant, which makes it possible to trigger hydrophobicity with light. With point-like laser irradiation, radial inward and outward hydrodynamic surface flows are remotely switched on and off. In this way, ensembles of microparticles can be moved toward or away from the irradiation center. Particle motion is analyzed according to varying parameters, such as surfactant and salt concentration, illumination condition, surface hydrophobicity, and surface structure. The physical origin of this process is the so-called light-driven diffusioosmosis (LDDO), a phenomenon that was discovered in the framework of this thesis and is described experimentally and theoretically in this work. To give a brief explanation, a focused light irradiation induces a local photoisomerization that creates a concentration gradient at the solid-liquid interface. To compensate for the change in osmotic pressure near the surface, a hydrodynamic flow along the surface is generated. Surface-surfactant interaction largely governs LDDO. It is shown that surfactant adsorption depends on the isomerization state of the surfactant. Photoisomerization, therefore, triggers a surfactant attachment or detachment from the surface. This change is considered to be one of the reasons for the formation of LDDO flow. These flows are introduced not only by a focused laser source but also by global irradiation. Porous particles show reversible repulsive and attractive interactions when dispersed in the solution of photosensitive surfactant. Repulsion and attraction is controlled by the irradiation wavelength. Illumination with red light leads to formation of aggregates, while illumination with blue light leads to the formation of a well-separated grid with equal interparticle distances, between 2µm and 80µm, depending on the particle surface density. These long-range interactions are considered to be a result of an increase or decrease of surfactant concentration around each particle, depending on the irradiation wavelength. Surfactant molecules adsorb inside the pores of the particles. A light-induced photoisomerization changes adsorption to the pores and drives surfactant molecules to the outside. The concentration gradients generate symmetric flows around each single particle resulting in local LDDO. With a break of the symmetry (i.e., by closing one side of the particle with a metal cap), one can achieve active self-propelled particle motion.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schroeder2015,
  author    = {Schr{\"o}der, Sarah},
  title     = {Modelling surface evolution coupled with tectonics},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-90385},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 129},
  year      = {2015},
  abstract  = {This study presents the development of 1D and 2D Surface Evolution Codes (SECs) and their coupling to any lithospheric-scale (thermo-)mechanical code with a quadrilateral structured surface mesh. Both SECs involve diffusion as approach for hillslope processes and the stream power law to reflect riverbed incision. The 1D SEC settles sediment that was produced by fluvial incision in the appropriate minimum, while the supply-limited 2D SEC DANSER uses a fast filling algorithm to model sedimantation. It is based on a cellular automaton. A slope-dependent factor in the sediment flux extends the diffusion equation to nonlinear diffusion. The discharge accumulation is achieved with the D8-algorithm and an improved drainage accumulation routine. Lateral incision enhances the incision's modelling. Following empirical laws, it incises channels of several cells width. The coupling method enables different temporal and spatial resolutions of the SEC and the thermo-mechanical code. It transfers vertical as well as horizontal displacements to the surface model. A weighted smoothing of the 3D surface displacements is implemented. The smoothed displacement vectors transmit the deformation by bilinear interpolation to the surface model. These interpolation methods ensure mass conservation in both directions and prevent the two surfaces from drifting apart. The presented applications refer to the evolution of the Pamir orogen. A calibration of DANSER's parameters with geomorphological data and a DEM as initial topography highlights the advantage of lateral incision. Preserving the channel width and reflecting incision peaks in narrow channels, this closes the huge gap between current orogen-scale incision models and observed topographies. River capturing models in a system of fault-bounded block rotations reaffirm the importance of the lateral incision routine for capturing events with channel initiation. The models show a low probability of river capturings with large deflection angles. While the probability of river capturing is directly depending on the uplift rate, the erodibility inside of a dip-slip fault speeds up headward erosion along the fault: The model's capturing speed increases within a fault. Coupling DANSER with the thermo-mechanical code SLIM 3D emphasizes the versatility of the SEC. While DANSER has minor influence on the lithospheric evolution of an indenter model, the brittle surface deformation is strongly affected by its sedimentation, widening a basin in between two forming orogens and also the southern part of the southern orogen to south, east and west.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rader2005,
  author    = {Rader, Oliver},
  title     = {Electron quantization and localization in metal films and nanostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001912},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {Es ist seit einigen Jahren bekannt, dass Elektronen unter bestimmten Bedingungen in d{\"u}nne Filme eingeschlossen werden k{\"o}nnen, selbst wenn diese Filme aus Metall bestehen und auf Metall-Substrat aufgebracht werden. In Photoelektronenspektren zeigen diese Filme charakteristische diskrete Energieniveaus, und es hat sich herausgestellt, dass sie zu großen, technisch nutzbaren Effekten f{\"u}hren k{\"o}nnen, wie der oszillatorischen magnetischen Kopplung in modernen Festplatten-Lesek{\"o}pfen. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit die der Quantisierung in zweidimensionalen Filmen zu Grunde liegenden Konzepte auf niedrigere Dimensionalit{\"a}t {\"u}bertragbar sind. Das bedeutet, dass schrittweise von zweidimensionalen Filmen auf eindimensionale Nanostrukturen {\"u}bergegangen wird. Diese Nanostrukturen sind zum einen die Terrassen auf atomar gestuften Oberfl{\"a}chen, aber auch Atomketten, die auf diese Terrassen aufgebracht werden, bis hin zu einer vollst{\"a}ndigen Bedeckung mit atomar d{\"u}nnen Nanostreifen. Daneben werden Selbstorganisationseffekte ausgenutzt, um zu perfekt eindimensionalen Atomanordnungen auf Oberfl{\"a}chen zu gelangen. Die winkelaufgel{\"o}ste Photoemission ist als Untersuchungsmethode deshalb so geeignet, weil sie das Verhalten der Elektronen in diesen Nanostrukturen in Abh{\"a}ngigkeit von der Raumrichtung zeigt, und unterscheidet sich darin beispielsweise von der Rastertunnelmikroskopie. Damit ist es m{\"o}glich, deutliche und manchmal {\"u}berraschend große Effekte der eindimensionalen Quantisierung bei verschiedenen exemplarischen Systemen zum Teil erstmals nachzuweisen. Die f{\"u}r zweidimensionale Filme wesentliche Rolle von Bandl{\"u}cken im Substrat wird f{\"u}r Nanostrukturen best{\"a}tigt. Hinzu kommt jedoch eine bei zweidimensionalen Filmen nicht vorhandene Ambivalenz zwischen r{\"a}umlicher Einschr{\"a}nkung der Elektronen in den Nanostrukturen und dem Effekt eines {\"U}bergitters aus Nanostrukturen sowie zwischen Effekten des Elektronenverhaltens in der Probe und solchen des Messprozesses. Letztere sind sehr groß und k{\"o}nnen die Photoemissionsspektren dominieren. Abschließend wird der Effekt der verminderten Dimensionalit{\"a}t speziell f{\"u}r die d-Elektronen von Mangan untersucht, die zus{\"a}tzlich starken Wechselwirkungseffekten unterliegen. Auch hierbei treten {\"u}berraschende Ergebnisse zu Tage.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Henkel2004,
  author    = {Henkel, Carsten},
  title     = {Coherence theory of atomic de Broglie waves and electromagnetic near fields},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001272},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Die Arbeit untersucht theoretisch die Wechselwirkung neutraler Teilchen (Atome, Molek{\"u}le) mit Oberfl{\"a}chen, soweit sie durch das elektromagnetische Feld vermittelt wird. Spektrale Energiedichten und Koh{\"a}renzfunktionen werden hergeleitet und liefern eine umfassende Charakterisierung des Felds auf der sub-Wellenl{\"a}ngen-Skala. Die Ergebnisse finden auf zwei Teilgebieten Anwendung: in der integrierten Atomoptik, wo ultrakalte Atome an thermische Oberfl{\"a}chen koppeln, und in der Nahfeldoptik, wo eine Aufl{\"o}sung unterhalb der Beugungsbegrenzung mit einzelnen Molek{\"u}len als Sonden und Detektoren erzielt werden kann.},
  language  = {en}
}