Biophysik
Einführung in die Biophysik Universität zu Lübeck Prof. Hübner
Einführung in die Biophysik Universität zu Lübeck Prof. Hübner
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Lernkarten
Potential mit Richtungsabhängigkeit
Dipol-Dipol
Potential ohne Richtungsabhängigkeit
Coulomb Potential
Geben Sie für das Morse-Potential \(V(r) = D_e(1-e^{-a(r-r_e})^2\) den Ausdruck für die Kraft \(F(r)\) sowie den Gleichgewichtsabstand an!
\(F(r) = -\frac{\partial V}{\partial r} = D_e 2(1-e^{-a(r-r_e)})\cdot e^{-a(r-r_e)}\)
\(r_{gg} \to F(r_{gg}) = 0 = e^{-a(r-r_e)}-e^{-2a(r-r_e)}\\ \Rightarrow r_{gg} = r_e\)
Skizzieren Sie zwei Dipole so, dass ihre Wechselwirkungsenergie verschwindet
\(\hspace{5pt}\updownarrow\\ \longleftrightarrow\)
\(V_{DD} = 0\)
Skizzieren Sie zwei Dipole so, dass ihre Wechselwirkungsenergie maximal wird.
\(\longleftrightarrow \hspace{10pt} \longleftrightarrow\)
\(V_{DD} = \text{maximal}\)
Hat die elektronische Anregung Einfluss auf das Bindungspotential?
Ja, ansonsten wäre nur \(f_{0-0} > 0\)
Potential:
Ladung-Ladung
richtungsabhängig?
nein
Potential
Ladung-Ladung
Funktionale Abhängigkeit vom Radius \([V(r)]\)
\(\frac{1}{r}\)
Potential
Dipol-Ladung
richtungsabhängig?
ja
Potential
Dipol-influenzierter Dipol
richtungsabhängig?
ja
Potential
Dipol-Ladung
Funktionale Abhängigkeit vom Radius
\(\frac{1}{r^2}\)
Potential
Dipol-influenzierter Dipol
Funktionale Abhängigkeit vom Radius
\(\frac{1}{r^6}\)
Eine typische Wasserstoffbrückenbindung in einem Protein habe eine Energie von \(15 kJ/mol\). Geben Sie das Verhältnis intakter /aufgebrochener Wasserstoffbrücken bei 1°C bzw. 37°C an!
- \(\frac{n_i}{n_0} = e^{+\frac{E}{kT}}\)
- 274 K : \(\frac{1}{1.4} \cdot 10^{-3}\)
- 310 K: \(\frac{1}{3} \cdot 10^{-3}\)
Gyrationsradius
Radius einer Kugelschale mit der gleichen Masse wie das Polymer und mit dem gleichen Trägheitsmoment
Gyrationsradius
Formel
\(R^2_G = \frac{\langle R_{EE}^2\rangle}{G} = \frac{Ll}{G}\)
Mittlerer End-zu-End-Abstand
\(R_{EE}\)
- nicht notwendigerweise der Abstand der Enden der gesamten Polymerkette, sondern auch der Enden eines beliebigen Segmentes
- \(\langle R^2_{EE}\rangle = Nl^2 = Ll\)
- mit Konturlänge \(L = Nl\)
hydrodynamischer Radius
- Stokes-Radius
- Radius einer Kugel, die die gleiche (Stokes-)Reibung einer Flüssigkeit aufweist (experimentiell bestimmbar)
- \(R_S^2 = k \cdot \frac{Ll}{6}\)
- mit \(k \sim 1.5\)
Welchen Einfluss hat das Lösungsmittel auf die Spektren gelöster Farbstoffmoleküle?
- Zufällige Bewegung \(\to\) Verbreiterung der Linien
- Stokes Shift
- Rotverschiebung der Floureszenzen gegen Absorption aufgrund der Lösungsmittel-Relaxation
Warum erreicht man bei der ESR-Spektroskopie eine größere Sensitivität als bei der NMR-Spektroskopie
Verhältnis magnetisches Moment zu Drehimpuls ist größer \(\to\) bei gleichem \(B_0\) größere Larmorfrequenz
Ordnen Sie folgende anziehende Potentiale nach aufsteigender Reichweite
Ladung-Ladung, Dipol-Dipol, Ladung-Dipol, Kovalente Bindung, Lennard-Jones-Potential, Van-der-Waals-Potential
- Kovalente Bindung
- Van-der-Waals-Potential/Lennard-Jones-Potential
- Dipol-Dipol
- Ladung-Dipol
- Ladung-Ladung
Potential
Dipol-Dipol
Funktionale Abhängigkeit vom Radius \([V(r)]\)
\(\frac{1}{r^3}\)
Potential
Van-der-Waals
Funktionale Abhängigkeit vom Radius \([V(r)]\)
\(\frac{1}{r^6}\)
Potential
Lennard-Jones-Potential
Funktionale Abhängigkeit vom Radius \([V(r)]\)
\(\frac{1}{r^6}\)
Potential
Kovalente Bindung
Funktionale Abhängigkeit vom Radius \([V(r)]\)
\(\frac{1}{e^r}\)
Unter welcher Bedingung kann eine Worm-Like-Chain als Freely-Jointed-Chain beschrieben werden?
Wenn die Konturlänge deutlich größer ist als die Persistenzlänge.
Was zeigt ein Ramachandran-Diagramm
Die Häufigkeit des Auftretens bzw. freie Enthalpie als Funktion der Diederwinkel \(\phi\) und \(\psi\) im Rückgrat der Proteine
Wie unterscheiden sich die Ramachandran-Diagramme zweier Aminosäurren mit unterschiedlich großen Seitenketten?
- kleine Seitenkette \(\to\) größerer Bereich für \(\phi\) und \(\psi\)
- große Seitenkette \(\to\) kleinerer Bereich für \(\phi\) und \(\psi\)
Was zeichnet Sekundärstrukturelemente im Ramachandran-Diagramm aus?
Sekundärstrukturelemente: bestimmte Bereiche im Ramachandran-Diagramm
Was besagt das Levinthal-Paradox?
Bei zufälliger Suche nach der "richtigen" gefalteten Konformation selbst bei ps-Konformationswechsel \(\to\) extrem lange Zeit (mehr als Alter des Universums) um die richtige Konformation zu finden.
Welcher funktionale Zusammenhang besteht (näherungsweise) zwischen der freien Enthalpie der Faltungsreaktion und der Temperatur?
\(\Delta_R G \propto T\)
Mit welchem Potential kann man das Potential in der Nähe des Gleichgewichtsabstandes annähern?
Parabel (harmonisches Potential)
Wie kann man dynamisches von statischem Quenching unterscheiden?
statitisches Quenching \(\to\) \(T_{Fl}\) bleibt gleich mit \([Q]\uparrow\)
dynamisches Quenching \(\to\) \(T_{Fl}\) sinkt mit \([Q]\uparrow\)
Benennen Sie einen Vorteil und einen Nachteil der Schwingungsspektroskopie gegenüber der UV/VIS-Spektroskopie (Spektroskopie mit elektronischer Anregung)!
- Vorteil: chemische Spezifität
- Nachteil: geringe Sensitivität
Um welchen Faktor unterscheidet sich die Besetzung der beiden Spinzustände der 1H-Kerne in der NMR-Spektroskopie in einem 500 Mhz-Spektrometer? Ist der Unterschied für 13C-Kerne kleiner, größer, oder gleich groß?
\(\frac{N_1}{N_2} = e^{-\frac{h\nu}{kT}}\\ \approx 1,001\)
Für 13C-Kerne ist der Unterschied kleiner, da sie ein kleineres gyromagnetisches Verhältnis haben.
Um welchen Faktor löst ein Konfokalmikroskop in etwa besser als ein klassisches Mikroskop auf und wodurch wird diese Auflösungsverbesserung erreicht?
\(\approx \sqrt{2}\), Multiplikation der OSFs in Anregung und Detektion
Hat die elektronische Anregung Einfluss auf das Bindungspotential bei einem Farbstoff mit der Bedingung für die Franck-Condon-Faktoren \(f_{0-1} > f_{0-0} > f_{0-2} > 0\)
Ja, da ansonsten nur \(f_{0-0} > 0\) wäre
Kashas Rule
Nach Anregung schnelle Relaxation in den Schwingungszustand des ersten elektronisch angeregten Zustands \(S_{00}\)
Kasha's Rule
Grund
Da gilt \(K_{SR} \gg K_{Fl}\)
Wie viele Übergänge sind im Spektrum von zwei gekoppelten Spins im Magnetfeld, wenn beide Spins unterschiedliche Lamorfrequenzen aufweisen?
4 Übergänge
Was besagt die Born-Oppenheimer-Näherung? Welche Konsequenz hat sie bezüglich der Gesamtwellenfunktion eines Moleküls?
Schwere Atomrümpfe können für die Bewegung der leichten Elektronen als ortsfest angenommen werden
\(\Rightarrow\) Gesamtwellenfuntion kann in Kern- und Elektronenwellenfunktion separiert werden
