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E-Book

Quantenmechanische Untersuchungen der Photoisomerisierung von Retinal Modellchromophoren

AutorIgor Schapiro
Verlagdisserta Verlag
Erscheinungsjahr2012
Seitenanzahl172 Seiten
ISBN9783942109970
FormatPDF
Kopierschutzkein Kopierschutz/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis44,99 EUR
Die hocheffiziente Photoisomerisierung des Retinals wurde im Rahmen dieser Arbeit mit quantenmechanischen Methoden untersucht. Angefangen vom kleinen, minimalen Modell bis zum kompletten Retinal eingebettet im Protein wurden Moleküldynamiksimulationen durchgeführt. In allen Rechnungen wurde die Multikonfigurationsmethode CASSCF verwendet und für ein paar ausgewählte Modelle die störungstheoretische Korrektur zweiter Ordnung mit CASPT2 berechnet. Mit Hilfe dieser Simulationen konnte der Einfluss der Subsitution, der Modellgröße und der Umgebung aufgeschlüsselt werden. Die Untersuchung hat neue Erkenntnisse sowohl zur ultraschnellen Isomerisierung als auch zum raumsparenden Mechanismus hervorgebracht.

Igor Schapiro hat sich nach dem Bachelorstudium in Chemie im Fachgebiet der Theoretischen Chemie spezialisiert. Nach der Zulassung zur Promotion an der Universität Duisburg-Essen 2005 setzte er sich in der Dissertation mit dem Primärereignis des Sehvorgangs auseinander. Im Rahmen der Arbeit wurde ein Programm für Moleküldynamiksimulationen implementiert und damit Berechnungen sowohl an isolierten als auch an in Protein eingebetteten Modellchromophoren durchgeführt. Die Ergebnisse der Simulationen führten zum besseren Verständnis des Reaktionsmechanismus des lichtaktivierten Prozesses. Mit der Disputation Ende 2010 wurde die Arbeit erfolgreich verteidigt.

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Inhaltsverzeichnis
Quantenmechanische Untersuchungen der Photoisomerisierung von Retinal
1
INHALTSVERZEICHNIS
12
Kapitel 1 Einleitung14
1.1 Biochemie des Sehprozesses
15
1.1.1 Photozyklus
17
1.1.2 Signaltransduktionskaskade
19
1.1.3 Kristallstrukturen des Rhodopsins
21
1.2 Zielsetzung
22
Kapitel 2
26
2.1 Born-Oppenheimer Näherung
26
2.2 Wellenbasierte Methoden
29
2.2.1 Hartree Fock Verfahren
29
2.2.2 Roothaan-Hall Gleichungen
33
2.3 Methoden zur Erfassung der Elektronenkorrelation
37
2.3.1 Konfigurationswechselwirkung (CI)
38
2.3.2 (Møller-Plesset) Störungstheorie
40
2.3.3 Multikonfigurations-SCF
44
2.3.4 CASPT2
48
2.4 Klassische Mechanik
50
2.4.1 Bindungslängendeformation
51
2.4.2 Bindungswinkeldeformation
52
2.4.3 Torsionspotential
53
2.4.4 Elektrostatische Wechselwirkung
53
2.4.5 Van-der-Waals Wechselwirkung
54
2.5 Hybrid QM/MM-Verfahren
55
2.5.1 Einteilung in Teilsysteme
56
2.5.2 Energie Ausdrücke
57
2.5.3 QM-MM Wechselwirkungsschema
58
2.5.4 QM/MM-Grenzschema
60
Kapitel 3
64
3.1 Konische Durchschneidungen
64
3.2 Surface Hopping
71
Kapitel 4
76
4.1 Geometrieoptimierung
76
4.2 Moleküldynamik
78
4.3 Implementierung in MOLCAS
80
Kapitel 5
84
5.1 Vier-Doppelbindungsmodell des Retinals
85
5.1.1 Trajektorien
85
5.1.2 Bicycle-Pedal-Trajektorie
88
5.1.3 Reaktionspfade des Bicycle-Pedal-Mechanismus
90
5.1.4 Der Einfluss der dynamischen Elektronenkorrelation
92
5.2 Fünf-Doppelbindungsmodell des Retinals
97
5.2.1 Reaktionspfade
98
5.2.2 Trajektorien
119
5.2.3 Vergleich der Isomere
123
5.2.4 Einfluss der Methylgruppen
130
5.2.5 Einfluss einer 11-cis-Verbrückung
134
5.3 Retinal in der Proteinumgebung
137
5.3.1 Rhodopsin
138
5.3.2 Bathorhodopsin
142
5.3.3 Isorhodopsin
145
Kapitel 6
149
Kapitel 7
152
Anhang
169
8.1 Abkürzungsverzeichnis
169
8.2 Publikationsliste
170

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