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NONEQUILIBRIUM DYNAMICS OF BIOMOLECULES (SYND) Prof. Dr. Gerhard Stock Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Marie-Curie-Str. 11 60439 Frankfurt am Main E-Mail: stock@theochem.uni-frankfurt.de Das Credo der Biochemie “Struktur → Funktion” sowie das Auftreten von Gleichgewichtsfluktuationen in Biomolekülen ist allgemein anerkannt. Weniger bekannt ist aber die Rolle von Nichtgleichgewichtsdynamik, wie sie beispielsweise in Faltungsprozessen oder photoinduzierten Reaktionen auftreten kann. Ziel des Symposiums ist daher zu zeigen, dass es neue, für den Physiker interessante Dynamik in Biomolekülen gibt und dass seit kurzem wohldefinierte und geeignete experimentelle und theoretische Methoden zur Verfügung stehen, diese Dynamik zu studieren. Hauptvorträge ÜBERSICHT DER HAUPTVORTRÄGE UND FACHSITZUNGEN (Hörsaal HS 332) SYND 1.1 Do 14:00 (HS 332) Theory and Design of Multidimensional IR Pulse Experiments, Christoph Scheurer SYND 1.2 Do 14:30 (HS 332) Investigating Ultrafast Peptide Dynamics by 2D-IR Spectroscopy, Peter Hamm, Jens Bredenbeck, Jan Helbing SYND 1.3 Do 15:00 (HS 332) Simulation of conformational dynamics and energy transfer in peptides, Yuguang Mu, Phuong Nguyen, Gerhard Stock SYND 1.4 Do 15:30 (HS 332) Ultrafast Conformational Dynamics in Cyclic Peptides, Josef Wachtveitl SYND 2.1 Do 16:30 (HS 332) TDDFT/MM Simulations of Photoactive Proteins, Ursula Roethlisberger SYND 2.2 Do 17:00 (HS 332) Helix-Coil Dynamics of Short Peptides, Feng Gai SYND 2.3 Do 17:30 (HS 332) Single Molecule Mechanics of Proteins, Matthias Rief SYND 2.4 Do 18:00 (HS 332) Molecular dynamics simulation of single molecule force probe experiments, Helmut Grubmüller 194
Fachsitzungen – Hauptvorträge – SYND 1 Sitzung 1 Zeit: Donnerstag 14:00–16:00 Raum: HS 332 Hauptvortrag SYND 1.1 Do 14:00 HS 332 Theory and Design of Multidimensional IR Pulse Experiments — •Christoph Scheurer — Lehrstuhl für Theoretische Chemie, TU München, 85748 Garching Femtosecond visible and infrared (IR) multiple-pulse techniques based on the control and manipulation of multiple quantum coherences provide new tools to probe the structure and dynamics of complex molecular assemblies. The control over time delays in a pulse sequence yields multidimensional spectra with increased resolution and information content as compared to 1-D experiments. Structural and dynamical information is contained in the position, shape, and temporal evolution of cross and diagonal peaks that are due to anharmonicities in the underlying system Hamiltonian and its coupling to the environment. Ultrafast laser pulses thus allow to obtain picosecond snapshot pictures of the molecular structure along dynamic trajectories. These experiments are theoretically best described in the framework of the density matrix formalism. In the weak-field limit a multiplepulse experiment can be conveniently represented by a set of double-sided Feynman diagrams. The design of multidimensional vibrational spectroscopies can draw upon analogy with liquid or solid state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy which are well established for studying structure and dynamics of complex systems on slower timescales. Hauptvortrag SYND 1.2 Do 14:30 HS 332 Investigating Ultrafast Peptide Dynamics by 2D-IR Spectroscopy — •Peter Hamm, Jens Bredenbeck, and Jan Helbing — Universität Zürich, Physikalisch Chemeisches Institut, Winterthurerstr. 190, 8075 Zürich, Schweiz Recent work has shown that two-dimensional infrared (2D- IR) spectroscopy might be a valuable experimental complement to existing tools to study conformation of small peptides in the solution phase. 2D-IR spectroscopy allows one to measure the couplings between certain vibrational modes, which are related to the relative orientation of the peptide units, and hence allows one to extract structural information. Great progress has been achieved recently in resolving the structure, structural distribution and structural fluctuations of a small peptide, trialanine. The most promising potential of 2D-IR spectroscopy is its intrinsic high time resolution (1 ps), which freezes in all motions of a peptide backbone. On the one hand, this allows one to resolve rapidly exchanging conformations of an equilibrium ensemble of peptides. On the other hand, one can monitor how a non-equilibrium ensem- 195 ble evolves in time with 1 ps time resolution. The emerging possibilities of 2D-IR spectroscopy will be discussed. Hauptvortrag SYND 1.3 Do 15:00 HS 332 Simulation of conformational dynamics and energy transfer in peptides — •Yuguang Mu, Phuong Nguyen, and Gerhard Stock — Institut für Physikalische und Theoretische Chemie,J. W. Goethe-Universität, Marie-Curie-Str. 11, D-60439 Frankfurt Recent multidimensional vibrational experiments have provided a wealth of new information on peptides and proteins. To study the correlations between spectra and peptide dynamics and to obtain a microscopic understanding of the phenomena, molecular dynamics (MD) simulations of various small peptides in aqueous solution have been performed. From these simulations, time-dependent correlation functions reflecting vibrational dephasing, energy transfer and energy relaxation are computed and compared to experiment. Furthermore, nonequilibrium MD simulations of laser-induced peptide dynamics are presented and analyzed. The validity and accuracy of nowadays available MD models and methods are discussed. Hauptvortrag SYND 1.4 Do 15:30 HS 332 Ultrafast Conformational Dynamics in Cyclic Peptides — •Josef Wachtveitl — Goethe-Universität Frankfurt, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Marie-Curie-Straße 11, 60439 Frankfurt am Main Structural changes of peptides containing a modified azobenzene dye(AMPB) are studied with ultrafast spectroscopy. AMPB peptides represent a new class of molecules where the photoisomerizable dye azobenzene is linked to the peptide moiety via a flexible methylene spacer. The ultrafast reactions in the femtosecond to nanosecond time domain are investigated for the optical switch AMPB, a linear and cyclic octapeptide and a bicyclic octapeptide containing an additional disulfide bridge. These molecules with increasing conformational constraints, are studied for the cis to trans and the trans to cis photoreactions. For the cis to trans reaction the isomerization of the chromophore occurs fast in the 1 ps range, while it is slower (10 ps range) in the trans to cis reaction. In all peptides the structural changes of the chromophore lead to modifications in the peptide structure in the 10 ps to 1 ns time range. The results indicate that the chromophore AMPB acts simultaneously as a fast molecular switch and as a sensor for initial conformational dynamics in the peptide.
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Plenarvortrag PV I Mo 09:00 Aula Qu
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Sensoren im Hinblick auf die Auswah
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Hauptvorträge ATOMPHYSIK (A) Prof.
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Hauptvortrag A I Di 11:00 HS 133 Mu
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sagt eine Kohärenzlänge von ≈ 1
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und Energieeigenwerte semiklassisch
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ejects electrons via barrier supres
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KLL-DR schwerer wasserstoffartiger
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Die Einfachphotoionisation von Heli
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A 10.5 Di 15:30 HS 133 Charge radii
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ist momentan durch den Fehler der R
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werden die Elektronen nacheinander
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Laserpuls [4]. [1] C. J. Joachain,
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tion to Rydberg states (n = 40...
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A 16.6 Do 15:15 HS 133 Nondispersiv
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A 18.3 Do 17:00 HS 133 Mehrfachioni
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Hauptvortrag MS I Mo 11:00 HS 112 N
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Fachsitzungen - Kurzvorträge und P
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präsentiert. MS 3.4 Mo 17:15 HS 11
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addition, one can perform absolute
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MS 7.10 Do 14:00 Schellingstr. 3 Dy
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Hauptvorträge MOLEKÜLPHYSIK (MO)
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Hauptvortrag MO I Di 11:00 HS 332 S
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Fachsitzungen - Fach-, Kurzvorträg
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MO 3.6 Mo 12:15 HS 355 Jet-cooled n
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MO 5.4 Mo 14:45 HS 355 Identifying
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zu einer neuen Gleichgewichtskonfig
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MO 9 Photoelektronenspektroskopie Z
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Phys. Rev. A 61 (2000) 013808 MO 10
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leads to photoelectron distribution
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The latter was observed also for th
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MO 15.3 Di 17:00 HS 315 Zeitaufgel
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Wir haben eine mikroskopische Besch
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egion were obtained. To determine t
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MO 18.7 Do 18:00 HS 355 Temperature
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even faster which is discussed in t
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Hauptvorträge QUANTENOPTIK UND PHO
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Gez., G. Rempe 75
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Q 2.5 Mo 15:00 HS 101 Iterative Ver
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wenigen Mikrometern Breite. Q 4.3 M
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Q 6 Gruppenberichte Fallen und Küh
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Q 8 Nichtlineare optische Effekte u
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the semiconductors quantum wells [2
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Q 12.6 Mo 17:45 HS 225 Präzisions-
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Pathfinder Mission umgesetzt und um
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Q 17 Teilchenoptik Zeit: Dienstag 1
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geneous interacting gas [1] and pre
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te Messungen an synchron gepumpten
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three-dimensional imaging of sample
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Q 22 Poster Quanteninformation, -ko
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Q 22.15 Di 14:00 Schellingstr. 3 Si
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eveal polycrystalline growth of the
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Q 26 Ultrakurze Lichtimpulse: Erzeu
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Spinzustandes freigesetzt. Der Stre
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Q 30 Symposium Biophotonik (SYBP) Z
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de liegt. Wir berichten über die e
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optical field. We apply this result
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Reduktion des Amplitudenrauschens a
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In this case the atoms can be treat
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[3] D. Schrader et al., Appl. Phys
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using quantum state tomography. [1]
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Q 40.8 Do 18:15 HS 204 Investigatio
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Q 42.5 Do 17:30 HS 223 Spatial and
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Q 44 Gruppenberichte Quantengase Ze
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Es wurden Untersuchungen der Ablati
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such as Hawking radiation - while t
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Q 49.4 Fr 11:45 HS 223 Quantenkontr
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atom chip experiments and derive as
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Quantenrechnen mit Ionenketten in l
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ST 5.2 Do 11:30 (HS 129) Therapiepl
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