In dieser Arbeit wird die Abhängigkeit der Photolumineszenz (PL) von CdSe/ZnS-Nanokristallen von der Umgebung und der Einfluss der Filmdicke und -morphologie auf die optische Absorption von Farbstofffilmen untersucht sowie die Oberfläche von Hybridstrukturen durch Funktionalisierung mit Farbstoff analysiert. Untersuchungen von CdSe/ZnS-Nanokristallen in Toluol-Lösung zeigen, dass die PL-Intensität der Nanopartikel durch Zugabe des organischen Halbleiters TPD gequencht wird. Die zusätzliche Auswertung der PL-Lebensdauer verdeutlicht, dass die Abnahme (fast) vollständig durch statisches Quenchen, infolge der Abnahme der Anzahl der mittierenden Nanokristalle verursacht wird, bei einem Anstieg der langlebigsten Lebensdauerkomponente. Die Analyse der PL-Unterbrechung einzelner Nanokristalle auf PVA und Siliziumoxid sowie eingebettet in PS und TPD zeigt eine Ab- bzw. Zunahme der Häufigkeit langer An- bzw. Aus-Zeiten und somit eine deutliche Abhängigkeit der PL-Unterbrechung von den dielektrischen Eigenschaften der Umgebung. Bei Variation der Anregungsleistung zeigt sich für einzelne Nanokristalle auf Siliziumoxid und eingebettet in TPD eine lineare Zunahme der Blinkaktivität und eine Abnahme des An-Zeit-Anteils. Die Änderung der Verteilungen der An- und Aus-Zeiten zeigen eine deutliche Abhängigkeit von der Matrix. Die Untersuchung der optischen Absorption von aufgedampften MePTCDI- und Cl4MePTCDI-Filmen zeigt eine Verschiebung des energieärmsten optischen Überganges mit wachsender mittlere Filmdicke. Es wird ein (geometrisches) Schicht-Modell vorgestellt, das die energetische Verschiebung mit der mittleren Filmdicke korreliert und dabei die kristalline, nadelförmige Morphologie von MePTCDIFilmen und die amorphe Kugelkappen-Struktur von Cl4MePTCDI-Filmen berücksichtigt. Die Oberfläche von Hybridfilmen aus PMMA mit Siliziumoxid-Partikeln wird durch Anbindung von R6G an die Oxid-Partikel gezielt funktionalisiert. Die Ergebnisse von fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen zeigen, dass dadurch der Anteil der freien Oxid-Oberfläche bestimmt werden kann.

Die Kasseler Gemäldegalerie Alte Meister hat ihren Schwerpunkt in der niederländischen, flämischen und deutschen Malerei des 17. und 18. Jahrhunderts. Dazu zählt eine der größten und bedeutendsten Sammlungen von Rembrandt. Die wichtigsten und umfangreichsten Erwerbungen fanden bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts unter den Landgrafen von Hessen-Kassel statt. Die Firnisse zahlreicher Gemälde, darunter Hauptwerke der Galerie, sind dick, stark gegilbt und verschiedentlich borkenartig craqueliert. Diese Firnisse sind vielschichtig. Mehrheitlich stammen ihre Firnisschichten von historischen Restaurierungen. Vielfach erscheint eine Firnisabnahme als wünschenswert, in einigen Fällen erweist sie sich aber als riskant und außergewöhnlich schwierig oder aus konservatorischen Gründen als unmöglich. Die Arbeit ist in drei Hauptteile gegliedert. Im ersten Teil wird die Restaurierungsgeschichte der Kasseler Galerie von den 1750er bis zu den 1960er Jahren anhand von schriftlichen Quellen dargestellt. Bedeutende historische Persönlichkeiten der Restaurierung, Maltechnik und Kunsttechnologie waren in Kassel praktisch (Alois Hauser d. Ä. und d. J.) oder als Gutachter (Kurt Wehlte und Max Doerner) tätig. Die restauratorischen Maßnahmen und verwendeten Materialien waren vielfältig. Es fanden ganzflächige und partielle Abnahmen, Dünnungen und Trennungen von Firnissen statt. Firnisse wurden in verschiedener Weise regeneriert, Gemälde wurden neu gefirnisst oder aber überfirnisst. Vielfach kommt ein sensibler Umgang mit den Kunstwerken und ihren Erhaltungszuständen zum Ausdruck. Im zweiten Teil werden die Grundlagen und Methoden der Objektuntersuchung vorgestellt. Deformationen, Rissbildungen und Schichtenstörungen an Gemälden werden auf der Grundlage ausgewählter Literatur der Lack- und Anstrichwissenschaften, der Materialwissenschaften und Bruchmechanik neu betrachtet. Wesentliche Aspekte sind die innere Spannung von Schichten, der Einfluss von Löse- und Quellungsprozessen auf ihre mechanischen Eigenschaften sowie mehrschichtige Systeme und die Interaktion der einzelnen Schichten. Für die lichtmikroskopische Untersuchung der Gemäldeoberflächen und Querschliffe werden verschiedene Grundlagen geschaffen. Eine für diese Arbeit konzipierte grafische Strukturanalyse ermöglicht die Darstellung und Auswertung der Schichtenkonstellationen sowie der Rissbildungen und Deformationen der Bildoberflächen. Es wird ein Löseversuch am Querschliff entwickelt, mit dem sich Tendenzen des heutigen Löseverhaltens mehrschichtiger Firnisse darstellen und von Lösemitteln beeinflusste Schadensprozesse rekonstruieren lassen. Die koaxiale oder Hellfeld-Beleuchtung wird als ein wesentlicher Bestandteil der lichtmikroskopischen Untersuchung von Gemäldeoberflächen und Querschliffen etabliert. Zudem werden die Möglichkeiten einer Bestimmung von originalen Firnisschichten durch eine mikroskopische Untersuchung aufgezeigt. Die erstmalige Bestandaufnahme der Sammlung, die heute ca. 1600 Werke zählt, ergibt, dass 74 Gemälde eine erhebliche Firnisgilbung und gleichzeitig auffällige Firnisdeformationen aufweisen. Der dritte und umfangreichste Teil stellt die Untersuchung von vier Gemälden als Fallstudien dar. Die ausgewählten Werke sind Bartholomeus Frans Douven, Susanna und die beiden Alten, 1722, Rembrandt, Die Heilige Familie mit dem Vorhang, 1646, Jacob Jordaens (1593-1678), Das Bohnenfest (Der König trinkt) und Melchior de Hondecoeter (1636-1695), Die weiße Henne mit Küchlein. Auf der Grundlage des maltechnischen Aufbaus und der individuellen Restaurierungsgeschichte der Gemälde werden die Schichten und Schichtenfolgen sowie die Schäden und Veränderungen der Firnisse dargestellt. Zudem wird die Wirkung von Lösemitteln bei früheren Restaurierungen rekonstruiert. Die Fallstudien geben Einblick in die Möglichkeiten, Risiken und Grenzen einer Abnahme, Dünnung oder Trennung von Firnissen mit Lösemitteln. In einer Fallstudie wird zudem eine mechanische Firnisdünnung untersucht. In drei Fallstudien werden partielle Zwischenfirnisse festgestellt, in einem Fall kann ein originaler Firnis bestimmt werden. Die mehrschichtigen Firnisse weisen vielfältige Schichtenstörungen auf, die Folge von historischen Restaurierungen sind. Auffällige borkenartige Deformationen stehen in Zusammenhang mit Vertiefungen entlang ehemaliger Firnisrisse. Im Querschliff und insbesondere im Bereich des Craquelés erkennt man das partielle Anlösen und Auflösen der Schichtgrenzen sowie die Migration von Firnis und Farbe. Die zum Teil gravierende Lösemittelempfindlichkeit der Malschicht resultiert vor allem aus den partiellen Zwischenfirnissen. Ein zusätzliches Schadensrisiko stellt das ungleiche Löseverhalten des Firnisses dar. Der Firnis wird vorrangig entlang des aktuellen und ehemaligen Craquelés ausgeschwemmt, so dass das Lösemittel dort länger direkt auf die Malschicht einwirkt. Die Ursachen dafür liegen wiederum in den Deformationen und Schichtenstörungen des Firnisses. Die mechanische Dünnung durch Abschleifen mit Firnispulver bietet eine aus konservatorischer Sicht unbedenkliche Alternative. Es werden die Möglichkeiten, aber auch die engen Grenzen ihrer Anwendung aufgezeigt. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Kunsttechnologie, zur Restaurierungsgeschichte, zu Methoden und Techniken der Untersuchung und Dokumentation und schließlich zur Konzeption von praktischen Restaurierungen. / The main focus of the Old Masters Picture Gallery Kassel is on Dutch, Flemish and German paintings of the 17th and 18th centuries, including one of the largest and most significant Rembrandt collections. The most important and extensive acquisitions were made under the Landgraves of Hesse-Kassel until the mid-18th century. The varnishes of numerous paintings, among them the key works of the gallery, are thick, strongly yellowed and occasionally feature bark-like craquelures. These varnishes are multi-layered, with most layers stemming from historical conservation treatments. Quite often, varnish removal appears desirable, but in some cases it proves to be risky and extraordinarily difficult, or even impossible for conservation reasons. The paper is structured in three main sections. The first section describes the conservation history of the Old Masters Picture Gallery Kassel from the 1750s to the 1960s based on written sources. Prominent historical personalities dedicated to conservation, painting techniques and art technology were practitioners in Kassel (Alois Hauser the Elder and the Younger) or functioned as experts (Kurt Wehlte and Max Doerner). A wide variety of conservation measures and materials were applied. Complete and partial removals, thinnings and separations of varnish were conducted. Varnishes were regenerated in different ways, paintings were re-varnished or over-varnished. In many instances one can find a sensitive treatment of the artworks and their visibly aged conditions. The second section elaborates the basics and methods of object examination. Deformations, cracking and layer disruptions on paintings are reappraised based on selected literature dealing with organic coating sciences, material sciences and fracture mechanics. Crucial aspects include the internal stress of layers, the impact of dissolution and swelling processes on their mechanical qualities, as well as multi-layered systems and the interaction between individual layers. Different foundations are created for the light-microscopic examination of painting surfaces and cross-sections. A graphical structure analysis conceived for this work allows depicting and evaluating constellations of layers as well as cracking and deformations on the painting surfaces. A solubility test on the cross-section is developed, presenting tendencies of today’s solvent behaviour of multi-layered varnishes and reconstructing damage processes influenced by solvents. The coaxial or bright field illumination is established as a crucial component of the light-microscopic examination of painting surfaces and cross-sections. Furthermore, the possibilities of determining original varnish layers through light-microscopic examination are demonstrated. The first stocktaking of the collection that today comprises ca. 1.600 works comes to the result that 74 paintings reveal considerable varnish yellowing along with conspicuous varnish deformations. The third and longest section presents the examination of four paintings as case studies. The selected works are Bartholomeus Frans Douven, Susanna and the Elders, 1722, Rembrandt, The Holy Family with a Curtain, 1646, Jacob Jordaens (1593-1678), The Bean Festival (The King Drinks), and Melchior de Hondecoeter (1636-1695), The White Hen with Chicken. Based on the structure of the paintings and their individual conservation histories, the layers and layer sequences as well as damage and changes to the varnishes are described. Furthermore, the effect of solvents during earlier conservation treatments is reconstructed. The case studies give an insight into the possibilities, risks and limitations of removing, thinning and separating varnishes with solvents. In one case study, mechanical varnish thinning is also examined. In the case studies, partial intermediate varnishes are ascertained, and in one, an original varnish layer can be determined. The multi-layered varnishes reveal a range of layer defects resulting from historical conservation treatments. Conspicuous bark-like deformations are linked to depressions along former varnish cracks. In the cross-section and especially in the area of the craquelures, the partial solvating and dissolution of layer boundaries as well as the migration of varnish and paint are established. The extreme solvent sensitivity of the paint layer detected in some cases mainly results from the partial intermediate varnishes. The varying solubility of the varnish poses a further damage risk. The varnish is predominantly washed out along the current and former craquelures, so that the solvent directly affects the paint layer for a longer period of time. The reasons for this, in turn, lie in the deformations and layer defects of the varnish. Mechanical thinning by means of sanding with varnish powder offers a harmless alternative from a conservation point of view. The potentials but also strong limitations of its application are shown. This paper makes a contribution to art technology, to the history of conservation, to methods and techniques of examining and documenting, and finally to the conception of practical conservation treatments.

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Myosin 1c (Myo1c) is a molecular motor involved in regulation of tension-gated ion channels, exocytosis, endocytosis, motility and other membrane-related events. Moreover, it acts as a dynamic linker between the cell membrane and cortical actin network, contributing to the maintenance of plasma membrane tension. In contrast, nuclear myosin 1 (NM1), an isoform of Myo1c, has been described only in the nucleus where it participates in various nuclear processes, including transcription or chromatin remodeling. However, although traditionally regarded as exclusively cytoplasmic or nuclear, all myosin 1c isoforms participate in nuclear functions and they are present in the cytoplasm as well. The main focus of this study was to characterize the functional significance of NM1 in the cytoplasm. We have found that NM1 localizes to plasma membrane and shows a uniform punctuated distribution with a high concentration at the cell periphery. Moreover, atomic force microscopy measurements of mouse NM1 KO fibroblasts revealed a significant increase in an overall plasma membrane elasticity in comparison to WT cells, indicating a disruption in the regulation of plasma membrane tension caused by the loss of NM1. Since a higher membrane elasticity and deformability is a characteristic marker of cancer cells,...

Biofilm formation is one of the most common bacterial survival strategies. Majority of bacterial species are able to form these three-dimensional structures, including pathogens like Mycobacterium tuberculosis. Representatives of Mycobacterium genus widely occur in the nature, although they can cause serious problems when they appear in medical equipment and artificial replacements of the human body. Non-pathogenic Mycobacterium smegmatis mc2 155 was used as a model organism in our experiments. We investigated morphology of the three- and six-day-old colonies (in fact biofilms) on agar and agar covered with cellophane using Stereo microscope and Scanning Electron Microscope. We found that a type of surface as well as a carbon source has a great influence on the morphology of the M. smegmatis colonies. We isolated proteomes from the agar and cellophane cultures and from planktonic culture. Two-dimensional electrophoresis was used as the main proteomic method. Proteomic data were analyzed using PDQuest software. Then the sets of proteins detected by qualitative and quantitative analyses were compared using Venn diagrams. As a result, we recognized 7 unique proteins that might be specific for recognition and adhesion of bacteria to the cellophane, no unique protein in agar proteome and 46 unique...

Ein Ansatz der Darstellung von neuartigen funktionalen Materialien basiert auf der Synthese von Foldameren mit charakteristischen Eigenschaften, die eine Kontrolle über Formgebung und Gestaltung der Makromoleküle und derer Aggregate zulassen. Bislang sind gerade größere Foldamerstrukturen definierter Größe und Form meist schwer darstellbar und eine strukturelle Modifizierbarkeit nicht ohne weiteres möglich. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die hohe Effizienz der seit 2002 bekannten Kupfer(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Azid-Alkin-Cycloaddition, kurz “Klick“-Reaktion genannt, verwendet werden kann, um neuartige heteroaromatische Gerüste für die Konstruktion von diversen (makromolekularen) Strukturen zu generieren. Hierbei wird der bei der Reaktion entstehende Triazol-Ring gezielt als funktionale und strukturgebende Einheit genutzt. Zunächst wurden auf einfache und hochmodulare Weise 2,6-Bis(1-aryl-1,2,3-triazol-4-yl)pyridine (BTPs) dargestellt, die in einer hufeisenförmigen, planaren Konformation vorliegen und sich daher als helikogene Einheiten für die Konstruktion von helikalen aromatischen Foldameren eignen. Zudem stellen die BTP-Strukturen eine neue Klasse von pyridinzentrierten, tridentaten Liganden dar. Sie koordinieren an eine Vielzahl von Übergangsmetallionen unter Ausbildung von Metallkomplexen, die über interessante magnetische und lumineszierende Eigenschaften verfügen. Durch die Koordination, aber auch bei Protonierung, lassen sich die BTP-Gerüste von der gebeugten anti-anti-Konformation in eine gestreckte syn-syn-Konformation schalten. Dies wurde in Lösung, im kristallinen Festkörper und an der Flüssig-Fest-Grenzfläche zu Graphit untersucht. Über Selbstorganisation großflächig ausgebildete hochgeordnete BTP-Monoschichten an der Graphitoberfläche lassen sich mit Hilfe der Rastertunnel-Mikroskopie visualisieren und durch oben genannte externe Stimuli umstrukturieren. Eine neue Klasse von (BTP-basierten) responsiven heteroaromatischen oligomeren und polymeren Foldameren wurde mit Hilfe der „Klick“-Reaktion generiert. Die Oligomeren, sogenannte ”Klickamere“, mit einer Länge von 17 aromatischen Ringen zeigen in polaren Lösungsmitteln ein ausgeprägtes helikales Faltungsverhalten. Ein aus 17 aromatischen Ringen bestehender Foldamerstrang ist gegenüber Chloridionen responsiv, wobei es durch die Wechselwirkung mit diesem achiralen Stimulus bemerkenswerter Weise zu einer Helixinversion kommt. Die entsprechenden responsiven Polymere falten in eine stabile helikale Konformation, die bei Zugabe von Metallionen aufbricht und zu der Bildung von koordinativ kreuzverlinkten, stark viskosen Gelen führt. / One approach to develop novel functional materials is based on the synthesis of macromolecules with characteristic properties, in particular foldamers. However, preparation and structural variation of macromolecules of controllable size and specific shape are often cumbersome and versatile synthetic routes are still needed. In this dissertation, the high efficiency of the so called “click”-reaction, i.e. the Cu(I)-catalyzed Huisgen-type 1,3-dipolar cycloaddition, has been used to design a novel class of heteroaromatic (macromolecular) scaffolds. In these structures the formed triazole moieties constitute an essential integral part rather than a mere connecting unit. In a first step, structurally varying 2,6-Bis(1-aryl-1,2,3-triazolyl-4-yl)pyridines (BTPs) have been generated in an easy and modular way. The BTP scaffold adopts a kinked conformation and therefore functions as helicogenic building block for the construction of helical foldamers. Additionally, the BTP framework is responsive towards protonation and transition metal ion complexation, thereby undergoing a significant structural change from the kinked anti-anti into the extended syn-syn conformation. The conformational switching has been investigated in solution and in the solid state but can also be visualized at the liquid-solid interface on graphite by STM imaging. The BTPs represent a novel class of pyridine-centered, tridentate ligands, which form complexes with interesting magnetic and luminescent properties by the coordination to numerous transition metal ions. Varying heteroaromatic oligomeric and polymeric foldamers with remarkable properties have been generated using the “click”-reaction as synthesis tool. The BTP building blocks, which have (partly) been integrated into the backbones, support the stability of the helical conformation and provide responsiveness towards external stimuli. Three oligomer series of different length have been synthesized and analyzed. Oligomers consisting of 17 aromatic rings, termed clickamers, fold into a helical conformation in polar solvents. One of the three clickamers shows an unexpected phenomenon of helix inversion upon interaction with chloride ions as an achiral stimulus. The corresponding polymeric strands fold into an even more stable helical conformation, which breaks up upon exposure to transition metal ions leading to coordinatively crosslinked, highly viscous gels.

Osteoporose und gestörte Heilungsverläufe von Knochenbrüchen verursachen immer noch beachtliche klinische Komplikationen. Ein vielversprechender Ansatz für die nichtinvasive und nichtionisierende Abschätzung des Frakturrisikos und der Bildgebung von Frakturheilung ist quantitativer Ultraschall (QUS). Dennoch liegt die derzeitige Akzeptanz für die Knochenqualitätsabschätzung noch weit hinter herkömmlichen röntgenbasierten Anwendungen. Es wurden akustische Mikroskopie und Synchrotronstrahlen-Mikrotomographie für die Anatomie und altersabhängige Erfassung von strukturellen und elastischen Variationen auf der mikroskopischen Ebene von humanen Femora verwendet. Die gewonnenen Daten dienten als Grundlage für die Erstellung mikromechanischer Modelle von Knochen für numerische Simulationen der Schallausbreitung im humanen Femurhals. Dabei wurde der Aufbau eines US-basierten Femur-Scanners in transversaler Transmission (TT) nachempfunden. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurde QUS in TT in in vitro Experimenten am Rattenfrakturmodell auf eine Anwendung für die Bildgebung der Frakturheilung getestet. Die Studien konnten zeigen, dass ein Großteil der adaptiven Fähigkeiten von Knochen auf mikroskopischer Ebene auf eine Kombination von extrazellulärer Matrixelastizität und Gewebeporosität zurückzuführen ist. Die Simulationen des zweiten Teils konnten die Existenz von geführten Wellen im humanen Femurhals bestätigen. Die sensitive Abhängigkeit von US-parametern von frakturrelevanten Knocheneigenschaften zeigt das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung. Der zweite Teil der Arbeit konnte erfolgreich die Möglichkeit von QUS in TT zur Diskriminierung von zeitigen Heilungsstadien demonstrieren. Zusammenfassend bestätigt die Studie das hohe Potential von QUS für die Frakturrisikoabschätzung und die Bildgebung der Frakturheilung. / Osteoporosis and impaired bone healing are of high relevance. A promising non-invasive, non-ionizing candidate for fracture risk prediction and monitoring fracture healing is quantitative ultrasound (QUS). However, the acceptance of QUS for bone quality assessment is still not comparable to X-ray based methods. Scanning acoustic microscopy (SAM) and Synchrotron Radiation micro-computer tomography (SRµCT) has been used to investigate anatomical and age dependent variations of micro elastic, structural and mineralization parameters at the tissue level of human femoral bone. Femoral neck models were created based on these data for numerical sound propagation simulations emulating a transverse transmission (TT) setup of an in vivo QUS prototype. In the last part of the project the TT approach has been tested in ex vivo experiments in a rat healing model. The power of QUS, to discriminate two early healing stages has been compared to µCT measurements at the same specimens. It was found that the major contributor to bone adaptation is related to a combination of extracellular matrix elasticity and tissue porosity. It is hypothesized that these parameters are likely to have a considerable impact on the reliability of in silico models. The simulations of the second part confirmed the existence of guided wave propagation in the cortical shell and a high dependency of US parameters on fracture relevant bone properties. The results demonstrate the high potential for bone fracture risk prediction at the femoral neck using QUS. Finally, it was successfully demonstrated that early healing stage discrimination of QUS in TT was superior compared to µCT. In summary these investigations not only show the importance for a precise estimation of micro mechanical properties for numerical modelling but also demonstrate the feasibility and high potential of QUS for bone quality assessment and monitoring of fracture healing.

Movement of motor proteins along cytoskeletal filaments is fundamental for various cellular processes ranging from muscle contraction over cell division and flagellar movement to intracellular transport. Not surprisingly, the impairment of motility was shown to cause severe diseases. For example, a link between impaired intracellular transport and neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s, has been established. There, the movement of kinesin-1, a neuronal motor protein transporting vesicles along microtubules toward the axonal terminal, is thought to be strongly affected by roadblocks leading to malfunction and death of the nerve cell. Detailed information on how the motility of kinesin-1 deteriorates in the presence of roadblocks and whether the motor has a mechanism to circumvent such obstructions is scarce. In this thesis, kinesin-1 motility was studied in vitro in the presence of rigor kinesin-1 mutants, which served as permanent roadblocks, under controlled single-molecule conditions. The 25 nm wide microtubule track, consisting of 13 individual protofilaments, resembles a multi-lane environment for transport by processive kinesin-1 motors. The existence of multiple traffic-lanes, allows kinesin-1 to utilize different paths for cargo transport and potentially also for the circumvention of roadblocks. However, direct observation of motor encounters with roadblocks has been intricate in the past, mainly due to limitations in both, spatial and temporal resolution. These limitations, intrinsic to fluorescent probes commonly utilized to report on the motor positions, originate from a low rate of photon generation (low brightness) and a limited photostability (short observation time). Thus, studying kinesin-1 encounters with microtubule-associated roadblocks requires alternative labels, which explicitly avoid the shortcomings of fluorescence and consequently allow for a higher localization precision. Promising candidates for replacing fluorescent dyes are gold nanoparticles (AuNPs), which offer an enormous scattering cross-section due to plasmon resonance in the visible part of the optical spectrum. Problematic, however, is their incorporation into conventionally used (fluorescence) microscopes, because illumination and scattered light have the same wavelength and cannot be separated spectrally. Therefore, an approach based on total internal reflection (TIR) utilizing a novel parabolically shaped quartz prism for illumination was developed within this thesis. This approach provided homogenous and spatially invariant illumination profiles in combination with a convenient control over a wide range of illumination angles. Moreover, single-molecule fluorescence as well as single-particle scattering were detectable with high signal-to-noise ratios. Importantly, AuNPs with a diameter of 40 nm provided sub-nanometer localization accuracies within millisecond integration times and reliably reported on the characteristic 8 nm stepping of individual kinesin-1 motors moving along microtubules. These results highlight the potential of AuNPs to replace fluorescent probes in future single-molecule experiments. The newly developed parabolic prism-type TIR microscope is expected to strongly facilitate such approaches in the future. To study how the motility of kinesin-1 is affected by permanent roadblocks on the microtubule lattice, first, conventional objective-type TIRF microscopy was applied to GFP-labeled motors. An increasing density of roadblocks caused the mean velocity, run length, and dwell time to decrease exponentially. This is explained by (i) the kinesin-1 motors showing extended pausing phases when confronted with a roadblock and (ii) the roadblocks causing a reduction in the free path of the motors. Furthermore, kinesin-1 was found to be highly sensitive to the crowdedness of microtubules as a roadblock decoration as low as 1 % sufficed to significantly reduce the landing rate. To study events, where kinesin-1 molecules continued their runs after having paused in front of a roadblock, AuNPs were loaded onto the tails of the motors. When observing the kinesin-1 motors with nanometer-precision, it was interestingly found that about 60 % of the runs continued by movements to the side, with the left and right direction being equally likely. This finding suggests that kinesin-1 is able to reach to a neighboring protofilament in order to ensure ongoing transportation. In the absence of roadblocks, individual kinesin-1 motors stepped sideward with a much lower, but non-vanishing probability (0.2 % per step). These findings suggest that processive motor proteins may possess an intrinsic side stepping mechanism, potentially optimized by evolution for their specific intracellular tasks.

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