Seminarvortrag Massenspektrometrie. Allgemeine Hinweise:

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1 Seminarvortrag Massenspektrometrie Graphik (evt. ein kurzes Video) veranschaulicht werden. Vieles davon können Sie im Internet finden (evt. auf Englisch suchen!) Definition, Prinzip Aufbau, Massenspektrum, Fragmentierung, Auflösungsvermögen Ionenquellen: EI, CI, ESI, MALDI Analysatoren: Sektorfeld, Quadrupol, TOF Anwendungsgebiete; anhand eines Beispiels genau erklären was man macht, was man erhält usw. Warum ist diese Methode so wichtig?

2 Seminarvortrag Laser Grundlagen: Prinzip des Lasers, stimulierte Emission Besetzungsinversion; Notwendigkeit mindestens dreier Niveaus (Einsteinkoeffizienten), Vier-Niveau- Laser Eigenschaften der Laserstrahlung; Kohärenz, Intensität Aufbau eines Lasers: Bauteile und Funktionsweise Verschiedene Lasermedien und Anregungsmethoden Pulslaser, kontinuierliche Laser, durchstimmbare Laser Verschiedene Anwendungen: Spektroskopie, Medizin, Alltag, Militär, aber nicht zu viele! Sie sind angehende Naturwissenschaftler, besonders interessant sind Beispiele aus der Forschung!

3 Seminarvortrag UV/Vis-Spektroskopie elektromagnetisches Spektrum und UV/Vis-Strahlung; Energiebereich der UV/Vis-Spektroskopie im Vergleich mit anderen Spektroskopiearten (IR, NMR, Röntgenspektroskopie, etc.) Absorption von UV/Vis-Strahlung: Anregbare Übergänge und typische Übergangsenergien von Molekülen/Bindungen Lambert-Beer sches Gesetz Aufbau eines UV/Vis-Spektrometers, Aufnahme von Absorptionsspektren, Spaltbreite, Absorbanz und Transmission, Extinktionskoeffizient und Empfindlichkeit einer Messung Fehlerquellen bei der Messung (Streuung, Verunreinigungen, zu niedrige/hohe Konzentration) Anwendung der UV/Vis-Spektroskopie zur Messung von Stoffkonzentrationen (reine Stoffe/Mischungen), Anwendbarkeit für die Identifikation von Stoffen, Grenzen bei der Interpretation von Absorptionsspektren. Ein paar für Euren Studiengang relevante(!) Anwendungsbeispiele, davon 1-2 Beispiele ausführlicher.

4 Seminarvortrag Konfokale Fluoreszenzmikroskopie Graphik (evt. eines kurzen Films) veranschaulicht werden. Grundlagen der Fluoreszenz; Frank-Condon Prinzip und Übergänge; Rotverschiebung der Fluoreszenz Fluoreszenzfarbstoffe und Markierungsmethoden Strahlengang im konventionellen Fluoreszenzmikroskop Strahlengang im konfokalen Fluoreszenzmikroskop Wesentliche Unterschiede im Aufbau beider Mikroskope: Anregungsmethode, Effekt der Lochblende (was heißt eigentlich konfokal?), Empfindlichkeit, optische Auflösung, Zeitauflösung, physikalische Grenzen der Methode Detektion der konfokalen Fluoreszenz: Rasterung, Mehrkanalmessung, Bildberechnung, Einzelmolekülspektroskopie Anwendungsbeispiele (Relevant für Euren Studiengang!), ein Beispiel ausführlich Viele Bilder, Videos und Erklärungen zum Thema findet man z.b. unter und Dabei sind verschiedene Kombinationen folgender Suchbergriffe recht ergiebig: fluorescence, cell, video, confocal, principle, gfp, antibody, stain, dye (Die Suche auf Englisch ergibt deutlich mehr sinnvolle Resultate.)

5 Seminarvortrag IR-Spektroskopie Grundlagen: Harmonischer und anharmonischer Oszillator, Schwingungen, Dipolmoment, Resonanz, IR-aktive Schwingungen IR-Spektrometer, Messtechnik FTIR-Spektrometer (ist etwas komplex, also bitte langsam und ausführlich!) Anwendungen in der Lebenswissenschaften (evt. auch aus anderen Gebieten, aber kurz!); anhand eines Beispiels was macht man genau, was ist das Ergebnis, wann und warum ist diese Methode hilfreich

6 Seminarvortrag AFM (Atomic Force Microscopy, Rasterkraftmikroskopie) Entwicklung Aufbau, Funktionsweise (Bilder!) bildgebende Verfahren: Modi, Regelung nicht-bildgebende Verfahren (div. Messungen) Vor- und Nachteile der Methode; Vergleich mit anderen Methoden zur Strukturuntersuchung in den Lebenswissenschaften, Auflösung Einsatzgebiete, praktische Anwendung; Beispiele (Bilder) nicht nur aneinanderreihen, sondern auch (anhand eines Beispiels) genau erklären was man macht, was man erhält

7 Seminarvortrag EM (Elektronenmikroskopie) Entwicklung, Grundlagen Transmissionselektronenmikroskop Aufbau, Funktionsweise Probenvorbereitung Kryo-Elektronenmikroskopie Bildverarbeitung Rasterelektronenmikroskopie Aufbau, Funktionsweise Probenvorbereitung Vor- und Nachteile der Methoden; Vergleich mit anderen Methoden (kurz), Auflösung Anwendungsbeispiele; welche Methode wird bei welcher Fragestellung angewendet? Nicht zu viele Bilder, dafür ausführlicher erklären wie man sie bekommt und was sie aussagen!

8 Seminarvortrag Entropie und Proteinfaltung Einführung, Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur Levinthal-Paradox Modelle der Proteinfaltung: Gerüstmodell, hydrophober Kollaps, Nukleation- Kondensation etc. Energiebeiträge zur Proteinfaltung: Faltungsenthalpie, Entropieterme Grundlagen: 2. Hauptsatz der Thermodynamik; was ist Entropie? Herleitung aus der Thermodynamik als reduzierte Wärme; aus der Statistik als Maß für die Unordnung (nicht zu viel Mathematik) Faltungsentropie, Zunahme der Entropie des umgebenden Wassers (genauer) Energielandschaft, Faltungstrichter Hilfsproteine, Chaperone Modellierung der Proteinfaltung, verschiedene Modelle und Methoden, z.b. Gittermodell; wozu? Denken Sie an anschauliche Beispiele!

9 Seminarvortrag Moderne Methoden in der Reaktionskinetik Grundlagen (kurz!): Geschwindigkeitsgesetze mit Beispielen; Arrheniusgleichung; Enzymkinetik: Michaelis-Menten-Gleichung (anfangs 1., später 0. Ordnung); Bestimmung von K M und v max Warum Reaktionskinetik? schnelle und langsame Reaktionen Vorstellung verschiedener Methoden: z.b.: Abbruch-, Strömungsmethode, Stopped-Flow-, Relaxationsmethode, Stoßwellenmethode, Blitzlichtphotolyse. Erklären Sie die Methoden anhand eines anschaulichen Beispiels; welche Methode benutze ich bei welcher Fragestellung? Wählen Sie die für Ihren Vortrag sinnvollsten Methoden aus! Methoden zur Verfolgung der Reaktion: Spektroskopische Methoden (vgl. mit anderen Vorträgen!) Femtosekundenspektroskopie, Zewail; Evt. Wichtig: Erklären Sie anhand von Beispielen!! Beispiele nicht nur nennen, sondern ausführlich erklären!

10 Seminarvortrag Wasser in der Biochemie Einführung (kurz!): die besonderen physikalischen Eigenschaften von Wasser, welche Methoden wurden für die Charakterisierung von Wasser eingesetzt? Wasser als Lösungsmittel: Festkörper/Gase; Mechanismen, Thermodynamik; welche Bedeutung hat es für biochemische Prozesse? Diffusion, osmotischer Druck (Murein-Sacculus, Aquaporine, Stofftransport in der Zelle, usw.); Wasser als Transportmittel Oberflächeneigenschaften; Detergenzien, Lipide, Gele, Proteine, Kolloide, Kapillaren; Bedeutung in den Lebenswissenschaften? Einfluss von Wasser in der Biochemie (dies ist der Hauptteil des Vortrags; erläutern Sie die Beispiele ausführlich!): bei der Orientierung der Bindung von Substrat und Enzym bei der Strukturstabilisierung von Proteinen, Lipiden (Membranen), Nukleinsäuren; Frostschutzproteine als Substrat oder Co-Substrat (z.b. Carboanhydrase, Photosynthese; Mn 4 O x Ca-Cluster des Photosystems II) bei der Proteinfaltung (dies wird im Vortrag Proteinfaltung ausführlich erläutert, verweisen Sie allenfalls nur darauf!)

11 Seminarvortrag ELEKTRODEN Grundlagen: Was ist eine Elektrode? Bestimmung des Elektrodenpotentials Nernst Gleichung Verschiedene Elektrodentypen (Gas-, Redox-, Ionensenstive Elektroden) Elektroden 1. Art und 2. Art Bezugselektroden Ionensensitive (ionenselektive) Elektroden / Glaselektrode / eventuell: Biosensoren / Enzymelektrode Wenn noch Zeit ist: Anwendungen in den Lebenswissenschaften: Voltage clamp / Patch clamp / Membranpotential, Goldman-Gleichung / Aktionspotential / Ionenkanäle Beachten Sie, dass sie die physikalisch-chemische Seite der Beispiele aus den Lebenswissenschaften erläutern sollen; die biologischen Details nur so weit wie nötig (diese lernen Sie in anderen Lehrveranstaltungen)! Stellen Sie die Nernstgleichung für die von Ihnen ausgesuchten Beispiele auf! Wählen Sie einen Schwerpunkt für Ihren Vortrag aus!

12 Seminarvortrag Galvanische Ketten in Chemie und Lebenswissenschaften Grundlagen: galvanische Zellen, galvanische Ketten Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie Berechnung von Redoxpotentialen mit Hilfe der Nernst-Gleichung Primär und Sekundärzellen (Batterien und Akkus), Redoxreaktionen, Aufstellung der Nernst-Gleichung Neue Entwicklungen, Biobatterie Brennstoffzelle; Redoxreaktionen, Nernst-Gleichung Analoga in den Lebenswissenschaften: Zitteraal, Zitterrochen, Zitterwelse / Elektroplax, Elektrocyten; Wie entsteht die Spannung? Redoxketten in den Lebenswissenschaften: Lichtreaktion der Photosynthese; Redoxreaktionen, Aufstellung der Nernst-Gleichungen, Energetische Betrachtung Erklären Sie anhand der Beispiele! Stellen Sie für die Zuhörer systematisch die Nernst- Gleichungen auf. Ziel des Vortrags: Anwendung der Nernst-Gleichung in Fragestellungen der Naturwissenschaften (Lebenswissenschaften). Biologische Details nur soweit notwendig!

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