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DEUTSCHE BUNSEN-GESELLSCHAFT
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Prinzips einer Moleküldynamiksimulation
unter Zugspannung. Ein Polysaccharid (skizziert ist ein kleiner Ausschnitt)
wird zunehmend gestreckt. Dabei tritt zunächst eine Entfaltung, später
Deformation von Bindungswinkeln und -längen auf. Im Fall von Amylose
konnte ein direkter Zusammenhang zwischen der Simulation und
den AFM-Daten hergestellt werden [11, 23] (zur Verfügung gestellt von
H. Grubmüller).
Diese Änderungen der molekularen Struktur können auf kürzesten
Zeitskalen (einige Pikosekunden) mit zeitaufgelöster IR-Spektroskopie
sehr genau studiert werden.
Eine Reihe von Vorträgen fokussierten auf den Einsatz von Fluoreszenzmethoden
an einzelnen Molekülen. John Lupton (München)
sprach über Fluoreszenzstudien an konjugierten Polymeren. Mit Einzelmolekülexperimenten
ist es möglich, die Zahl der Chromophore auf
einem ausgedehnten Polymer zu bestimmen [18, 19]. Von besonderer
Relevanz sind diese Experimente in Zusammenhang mit der Entwicklung
von organischen Leuchtdioden. Michael Börsch (Stuttgart) nutzte FRET-
Techniken, um F0F1-ATP-Synthase zu untersuchen. Diese Methodik
ermöglicht es, die Bewegung einzelner Untereinheiten in Realzeit zu
studieren. Ralf Kühnemuth (Düsseldorf) stellte die Entwicklung einer
Kombination von Einzelmolekülkraftmikroskopie und Einzelmolekülspektroskopie
vor. Ziel ist dabei, die Änderung spektroskopischer
Eigenschaften unter mechanischer Belastung zu verstehen.
In direktem Bezug zu solchen experimentell beobachteten Phänomenen
stand der Vortrag von Udo Seifert (Stuttgart) aus dem Bereich der
statistischen Mechanik, der Anwendungen des Jarzynski-Theorems
im biologischen Bereich vorstellte.
Den Abschluss bildeten wieder zwei theoretische Sitzungen, eingeleitet
mit den Vorträgen von Dominik Marx (Bochum) und Ivan Stich
TAGUNGEN
(Bratislava). Die Car-Parrinello-Moleküldynamik-Simulationen der
Bochumer Gruppe zur Erzeugung eines Gold-Nanowires unter Zugspannung
haben einen großen Bekanntheitsgrad erreicht [20, 21]. Sie
zeigen besonders eindrucksvoll, welche bemerkenswerten Phänomene
auf dem Bereich der Nanometerskala durch mechanischen Zug ausgelöst
werden können. Ivan Stich präsentierte ähnliche Simulationen
unter Verwendung von Kupferoberflächen und diskutierte den Unterschied
zwischen beiden Metallen im Rahmen relativistischer Effekte.
Daniel Sebastiani (Mainz) stellte eine Pfad-Integral-Moleküldynamik-
Studie vor. Mit dieser Erweiterung von Car-Parrinello-Moleküldynamik
ist es möglich, über den rein klassischen Ansatz für die Kernbewegung
hinauszugehen und auch hier Quanteneffekte zu berücksichtigen.
Am Ende der Tagung präsentierte schliesslich Gotthard Seifert (Dresden)
Simulationen mit Tight-Binding-DFT. Seine Untersuchungen von
beispielsweise Molybdänsulfid-Nanoröhren unter extremer Zugspannung
zeigten eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit seiner Methode
im Bereich anorganischer Systeme [22].
In der abschließenden Zusammenfassung durch Klaus Schulten wurde
deutlich, wie vielfältig und breit das Gebiet der mechanisch induzierten
Chemie ist, selbst dann wenn man sich auf die Betrachtung der Phänomene
auf atomarer Skala beschränkt. Mit dem Spektrum der verschiedenen
Moleküldynamikansätze und mit Methoden der statistischen
Mechanik können in neuerer Zeit hochkomplexe Vorgänge
erklärt werden. Zusammen mit spannenden Entwicklungen bei den
Einzelmolekülmethoden können ganz neuartige Einblicke in die Vorgänge
auf kleinsten Längen- und Zeitskalen bei extremen Bedingungen
gewonnen werden.
Abbildung 2: Entfaltung des Muskelproteins Titin (I-Band-Region) in
Wasser, simuliert mit Steered Molecular Dynamics (zur Verfügung gestellt
von K. Schulten).
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