Statistical and Biological Physics
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TVI: Statistische Physik der Biopolymere (PD Thomas Franosch, Dr. Ulrich Gerland)

Vorlesung

  • 3-stündig, Mo 9 - 11 Uhr, Di 10 - 11 Uhr
  • Theresienstr. 37, Raum 450

Für den Fall, dass Studenten eine Prüfung für das Wahlpflichtfach wünschen, hat sich Prof. Erwin Frey bereiterklärt, diese Prüfungen gegebenenfalls zu übernehmen.

Kurze Zusammenfassung:

Die Vorlesung behandelt grundlegende theoretische Konzepte der Polymerphysik und stellt Bezüge zu aktuellen Forschungsthemen in der biologischen Physik her. Zunächst werden die wichtigsten Modelle für ideale Ketten eingeführt und deren Gleichgewichts-Statistik und Dynamik untersucht. Danach werden Selbstvermeidungs- und Ladungs-Effekte für einzelne Ketten studiert. Diese Konzepte sind grundlegend z.B. für das Verständnis von Einzelmolekül-Experimenten und für die physikalische Beschreibung der Biopolymere DNA, RNA und Proteine. Schließlich werden einige Elemente der Physik von Polymergelen und Netzwerken behandelt.

Inhalt in Stichpunkten:

Gleichgewichts-Statistik idealer Ketten
  • Freely jointed/rotating chain Modelle
  • Worm-like chain Modell
  • Zentraler Grenzwertsatz angewandt auf End-zu-End Abstand
  • Paarkorrelationen und Prinzipien von Streuexperimenten
Gleichgewichts-Statistik realer Ketten
  • Selbstvermeidender Random Walk
  • Flory Theorie
  • Lösungsmitteleffekte
Dynamik von einzelnen Ketten
  • Rouse Modell
  • Zimm Modell
  • Relaxationsmoden in beiden Modellen
  • Dynamik von semiflexiblen Ketten
Physikalische und biologische Eigenschaften von DNA
  • DNA als Informationsträger
  • DNA als semiflexibles Polymer: Kraft-Ausdehnungs Kurven
  • DNA Looping
  • "Knicke" in DNA: Kopplung von Basenpaarungs-Wechselwirkung und elastischer Energie
  • Sequenzabhängige Eigenschaften von DNA
Polymer-Gele
  • Mean-field Modell des Sol-Gel Übergangs
  • Scaling Modell der Gelation
Polymer-Netzwerke