Streumethoden in der molekularen Biophysik
Scattering Methods in Molecular Biophysics

1. Elastische Röntgenstreuung am Elektron, Atom, Molekül und an Proteinkristallen
2. Phasenproblem der Röntgenstrukturanalyse und Lösungsverfahren
3. statische Strukturverteilung und Dynamik von Biomolekülen
4. diffuse Streuung
5. zeitaufgelöste Röntgenstrukturanalyse mit der Laue-Methode
6. elastische und inelastische Neutronenstreuung
7. Kleinwinkelstreuung
8. Erzeugung und Detektion von Röntgenstrahlung und Neutronen

Nach der erfolgreichen Teilnahme an diesem Modul beherrschen die Studierenden die Kristallstruktur­analyse mit Röntgenstrahlung und Neutronen als komplementäre Methoden. Für sie ist der reziproke Raum ein Werkzeug zur einfachen und schnellen Visualisierung von Streuprozessen. Die Studierenden verstehen die Bedeutung der Energieauflösung einer Streumethode, den Unterschied zwischen statischer Verteilung und dynamischer Auslenkung von Molekülteilen, von Strukturverteilung und Strukturrelaxation.

Es sind keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

In der Vorlesung wird erläutert, wie durch die kohärente Streuung von Röntgenstrahlung und von Neutronen die dreidimensionale Struktur von Biomolekülen wie Proteinen oder DNA erhalten werden kann. Dabei wird auf die Erzeugung von Röntgenstrahlung und Neutronen, ihre spezifische Wechselwirkung mit der Probe und ihre Detektion eingegangen. Eine aktive Beteiligung der Studierenden in Form von Fragen, Kommentaren und Diskussionen ist dabei ausdrücklich erwünscht. Das Gebiet wird durch Übungen vertieft in denen das Erlernte in Form von Berechnungen angewandt wird.

Die Inhalte der Lehrveranstaltung werden als PowerPoint Folien präsentiert. Ergänzungen werden entweder direkt in die Folien oder an die Tafel geschrieben. Eine pdf-Version des Inhalts ohne Ergänzungen ist jeweils kurz vor Vorlesungsbeginn auf Moodle abrufbar.

Powerpoint Präsentation; Whiteboard; Skript; Laborbesuch; Übungsaufgaben

• Tilman Butz
  Fourier Transformation for Pedestrians, Springer Publishing, 2015
  https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-16985-9
• Jan Drenth
  Principles of X-ray protein crystallography, Springer Publishing, 2007
  https://link.springer.com/book/10.1007/0-387-33746-6
• Jens Als-Nielsen & Des McMorrow
  Elements of Modern X-ray Physics (2nd ed.), Wiley, 2011 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119998365

Es findet eine mündliche Prüfung von 25 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• • Skizzieren Sie den Aufbau eines Undulators/Wigglers und erläutern Sie die Spektren der emittierten Synchrotronstrahlung.
• • Was ist das Phasenproblem der Röntgenstrukturanalyse und wie kann es gelöst werden?
• • Was erreicht man durch die Deuterierung bei der Neutronenstrukturanalyse?

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.