Jan Philipp Götze

• This thesis contains quantum chemical models and force field calculations for the RuBisCO isotope effect, the spectral characteristics of the blue-light sensor BLUF and the light harvesting complex II. The work focuses on the influence of the environment on the corresponding systems. For RuBisCO, it was found that the isotopic effect is almost unaffected by the environment. In case of the BLUF domain, an amino acid was found to be important for the UV/vis spectrum, but unaccounted for in experiments so far (Ser41). The residue was shown to be highly mobile and with a systematic influence on the spectral shift of the BLUF domain chromophore (flavin). Finally, for LHCII it was found that small changes in the geometry of a Chlorophyll b/Violaxanthin chromophore pair can have strong influences regarding the light harvesting mechanism. Especially here it was seen that the proper description of the environment can be critical. In conclusion, the environment was observed to be of often unexpected importance for the molecular properties, andThis thesis contains quantum chemical models and force field calculations for the RuBisCO isotope effect, the spectral characteristics of the blue-light sensor BLUF and the light harvesting complex II. The work focuses on the influence of the environment on the corresponding systems. For RuBisCO, it was found that the isotopic effect is almost unaffected by the environment. In case of the BLUF domain, an amino acid was found to be important for the UV/vis spectrum, but unaccounted for in experiments so far (Ser41). The residue was shown to be highly mobile and with a systematic influence on the spectral shift of the BLUF domain chromophore (flavin). Finally, for LHCII it was found that small changes in the geometry of a Chlorophyll b/Violaxanthin chromophore pair can have strong influences regarding the light harvesting mechanism. Especially here it was seen that the proper description of the environment can be critical. In conclusion, the environment was observed to be of often unexpected importance for the molecular properties, and it seems not possible to give a reliable estimate on the changes created by the presence of the environment.…
• Diese Arbeit beinhaltet quantenchemische und molekularmechanische Modelle zum Isotopeneffekt des Enzyms RuBisCO, der spektralen Charakterisierung des Blaulicht-Rezeptors BLUF und dem Lichtsammelkomplex II (LHCII). Es wurden vor allem die Einflüsse der Umgebung auf die entsprechenden Systeme untersucht. Für RuBisCO wurde gefunden, dass der Isotopeneffekt nur marginal von der Umgebung abhängt. Im Falle der BLUF Domäne wurde eine Aminosäure charakterisiert (Ser41), die bis dato experimentell noch nicht beschrieben war. Es wurde festgestellt, dass Ser41 hochmobil ist und einen systematischen Einfluss auf die spektrale Verschiebung des BLUF Chromophors (Flavin) hat. Schließlich wurde bei LHCII festgestellt, dass kleine Veränderungen in der Geometrie eines Chlorophyll b/Violaxanthin Chromophorenpaares bereits massive Einflüsse auf den Mechanismus des Lichtsammelprozesses haben können. Insbesondere hier zeigt sich, wie kritisch die genaue Beschreibung der Umgebung ist. Zusammenfassend wurde beobachtet, dass sich die Umgebung in oftDiese Arbeit beinhaltet quantenchemische und molekularmechanische Modelle zum Isotopeneffekt des Enzyms RuBisCO, der spektralen Charakterisierung des Blaulicht-Rezeptors BLUF und dem Lichtsammelkomplex II (LHCII). Es wurden vor allem die Einflüsse der Umgebung auf die entsprechenden Systeme untersucht. Für RuBisCO wurde gefunden, dass der Isotopeneffekt nur marginal von der Umgebung abhängt. Im Falle der BLUF Domäne wurde eine Aminosäure charakterisiert (Ser41), die bis dato experimentell noch nicht beschrieben war. Es wurde festgestellt, dass Ser41 hochmobil ist und einen systematischen Einfluss auf die spektrale Verschiebung des BLUF Chromophors (Flavin) hat. Schließlich wurde bei LHCII festgestellt, dass kleine Veränderungen in der Geometrie eines Chlorophyll b/Violaxanthin Chromophorenpaares bereits massive Einflüsse auf den Mechanismus des Lichtsammelprozesses haben können. Insbesondere hier zeigt sich, wie kritisch die genaue Beschreibung der Umgebung ist. Zusammenfassend wurde beobachtet, dass sich die Umgebung in oft unerwarteter Weise auf die molekularen Eigenschaften auswirken kann und es daher nicht möglich zu sein scheint, die entsprechenden Effekte vorher abzuschätzen.…