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In the living cell, the organization of the complex internal structure relies to a large extent on molecular motors. Molecular motors are proteins that are able to convert chemical energy from the hydrolysis of adenosine triphosphate (ATP) into mechanical work. Being about 10 to 100 nanometers in size, the molecules act on a length scale, for which thermal collisions have a considerable impact onto their motion. In this way, they constitute paradigmatic examples of thermodynamic machines out of equilibrium. This study develops a theoretical description for the energy conversion by the molecular motor myosin V, using many different aspects of theoretical physics. Myosin V has been studied extensively in both bulk and single molecule experiments. Its stepping velocity has been characterized as a function of external control parameters such as nucleotide concentration and applied forces. In addition, numerous kinetic rates involved in the enzymatic reaction of the molecule have been determined. For forces that exceed the stall force of the motor, myosin V exhibits a 'ratcheting' behaviour: For loads in the direction of forward stepping, the velocity depends on the concentration of ATP, while for backward loads there is no such influence. Based on the chemical states of the motor, we construct a general network theory that incorporates experimental observations about the stepping behaviour of myosin V. The motor's motion is captured through the network description supplemented by a Markov process to describe the motor dynamics. This approach has the advantage of directly addressing the chemical kinetics of the molecule, and treating the mechanical and chemical processes on equal grounds. We utilize constraints arising from nonequilibrium thermodynamics to determine motor parameters and demonstrate that the motor behaviour is governed by several chemomechanical motor cycles. In addition, we investigate the functional dependence of stepping rates on force by deducing the motor's response to external loads via an appropriate Fokker-Planck equation. For substall forces, the dominant pathway of the motor network is profoundly different from the one for superstall forces, which leads to a stepping behaviour that is in agreement with the experimental observations. The extension of our analysis to Markov processes with absorbing boundaries allows for the calculation of the motor's dwell time distributions. These reveal aspects of the coordination of the motor's heads and contain direct information about the backsteps of the motor. Our theory provides a unified description for the myosin V motor as studied in single motor experiments.
Wissenschaftler sind regelmäßig mehr an Forschung interessiert als an Lehre. Dies hat verschiedene Gründe, auf die hier nicht im Einzelnen eingegangen werden soll. Einer dieser Gründe liegt im eigenen Professionsverständnis als Forscher/in bzw. Wissenschaftler/in begründet. Im Kern geht es dabei um Entdeckungen, um Innovationen, um die Weiterentwicklung vorhandenen Wissens. Lehre wird dem gegenüber als intermediärer Bereich gesehen, in dem vorhandenes Wissen reproduziert wird, der deshalb mehr dem Berufssystem zugehörig ist und weniger dem Wissenschaftssystem (Fangmann 2006, S. 30). Lehre erscheint deshalb als Belastung, die mit Forschung nicht korrespondiert, eher von Forschung abhält, insbesondere wenn Studierende den eigenen Lehrbemühungen passiv gegenüberstehen und der Ertrag der Lehre zweifelhaft erscheint. Im Folgenden soll die Verwandtschaft von Forschung und Lernen dargestellt und auf ihre korrespondierenden Logiken verwiesen werden. Grundlage dafür ist ein lerntheoretisches Modell, das Lernen subjekttheoretisch als soziales Handeln konzipiert (Holzkamp 1993), das mit Forschen vergleichbar ist. Forschungsbasierte Lehre wird im Kontext einer subjekttheoretischen Didaktik (Ludwig 2006) als Lehre im Format der Forschung vorgestellt, die Lernen unterstützen kann, weil Lernen dem Forschungsprozess ähnelt. Typen, Erträge und Umsetzungsprobleme forschungsbasierter Lehre werden kurz skizziert.
F. E. Peters stellt in seiner Studie Überlegungen zur Idiomatik und Phraseologie des Plattdeutschen an, der Muttersprache des Schriftstellers. Er plädiert dafür, das Plattdeutsche in seiner Besonderheit und unabhängig von Vergleichen mit dem Hochdeutschen zu bewerten und zu würdigen. Kürze, Prägnanz, Anschaulichkeit und intuitive Treffsicherheit des Plattdeutschen werden hervorgehoben und anhand von Beispielen aus dem Alltag belegt. Peters unterstreicht die sich in dem Bewahren von Formeln ausdrückende „einfältige Sprachfrömmigkeit“ des Plattdeutschen, für ihn ein Zeichen junger und primitiverer Sprachen, gewissermaßen „Sprach-Marionetten“ im Kleistschen Sinn ausgestattet mit der Anmut des Unbewussten.
In der brandenburgischen Landesverwaltung und Justiz sollen in den nächsten Jahren noch ca. 8.000 Stellen eingespart werden. Gleichzeitig sind die Landesverwaltung und die Justiz an die demografische Entwicklung und die damit verbundenen Aufgabenveränderungen anzupassen. Das ressortübergreifende Personalmanagement gewinnt hierdurch an Bedeutung. Um den Prozess zu gestalten, hat die Landesregierung eine Besetzungsrichtlinie erlassen und mit den Gewerkschaften einen Tarifvertrag zum Verwaltungsumbau (TV Umbau) abgeschlossen, die in diesem Band ebenso abgedruckt sind, wie die Durchführungshinweise des Ministeriums des Innern. Darüber hinaus enthält der Band die aktuell geltende Personalbedarfsplanung bis Ende 2015, die Dr. Folke Schneider erläutert. In einem Beitrag von Volker-Gerd Westphal wird eine Gesamtschau der Rahmenbedingungen für das Personalmanagement in der brandenburgischen Landesverwaltung und Justiz vorgenommen.
Expeditionen in die Fremde
(2011)
Conventional energy sources are diminishing and non-renewable, take million years to form and cause environmental degradation. In the 21st century, we have to aim at achieving sustainable, environmentally friendly and cheap energy supply by employing renewable energy technologies associated with portable energy storage devices. Lithium-ion batteries can repeatedly generate clean energy from stored materials and convert reversely electric into chemical energy. The performance of lithium-ion batteries depends intimately on the properties of their materials. Presently used battery electrodes are expensive to be produced; they offer limited energy storage possibility and are unsafe to be used in larger dimensions restraining the diversity of application, especially in hybrid electric vehicles (HEVs) and electric vehicles (EVs). This thesis presents a major progress in the development of LiFePO4 as a cathode material for lithium-ion batteries. Using simple procedure, a completely novel morphology has been synthesized (mesocrystals of LiFePO4) and excellent electrochemical behavior was recorded (nanostructured LiFePO4). The newly developed reactions for synthesis of LiFePO4 are single-step processes and are taking place in an autoclave at significantly lower temperature (200 deg. C) compared to the conventional solid-state method (multi-step and up to 800 deg. C). The use of inexpensive environmentally benign precursors offers a green manufacturing approach for a large scale production. These newly developed experimental procedures can also be extended to other phospho-olivine materials, such as LiCoPO4 and LiMnPO4. The material with the best electrochemical behavior (nanostructured LiFePO4 with carbon coating) was able to delive a stable 94% of the theoretically known capacity.