In the present work, we discuss two subjects related to the
nonequilibrium dynamics of polymers or biological filaments
adsorbed to two-dimensional substrates.
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The first part is dedicated to thermally
activated dynamics of polymers on structured substrates in the
presence or absence of a driving force.
The structured substrate is represented by
double-well or periodic potentials. We consider both homogeneous and
point driving forces. Point-like driving forces
can be realized in single molecule manipulation by
atomic force microscopy tips.
Uniform driving forces can be generated by hydrodynamic flow
or by electric fields for charged polymers.
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In the second part, we consider collective
filament motion in motility
assays for motor proteins, where filaments glide over a motor-coated
substrate. The model for the simulation of
the filament dynamics contains interactive deformable
filaments that move under
the influence of forces from molecular motors and thermal noise.
Motor tails are attached to the substrate and modeled as flexible
polymers (entropic springs), motor heads perform a directed walk with a given
force-velocity relation. We study the collective filament dynamics and pattern
formation as a function of the motor and filament density, the force-velocity
characteristics, the detachment rate of motor proteins and the filament
interaction. In particular, the formation
and statistics of filament patterns such as nematic
ordering due to motor activity or
clusters due to blocking effects are investigated.
Our results are experimentally accessible and possible
experimental realizations are discussed. / In der vorliegenden Arbeit behandeln wir zwei Probleme aus dem Gebiet
der Nichtgleichgewichtsdynamik von Polymeren oder biologischen
Filamenten, die an zweidimensionale Substrate adsorbieren.
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Der erste Teil befasst sich mit der thermisch aktivierten Dynamik von Polymeren
auf strukturierten Substraten in An- oder Abwesenheit einer treibenden
Kraft. Das strukturierte Substrat wird durch Doppelmulden-
oder periodische Potentiale dargestellt. Wir betrachten sowohl
homogene treibende Kräfte als auch Punktkräfte.
Punktkräfte können bei der Manipulation einzelner Moleküle mit
die Spitze eines Rasterkraftmikroskops realisiert werden. Homogene
Kräfte können durch einen hydrodynamischen Fluss oder ein
elektrisches Feld im Falle geladener Polymere erzeugt werden.
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Im zweiten Teil betrachten wir die kollektive Bewegung von Filamenten in
Motility-Assays, in denen Filamente über ein mit molekularen
Motoren überzogenes Substrat gleiten.
Das Modell zur Simulation der Filamentdynamik
beinhaltet wechselwirkende, deformierbare Filamente, die sich unter dem
Einfluss von Kräften, die durch molekulare Motoren erzeugt werden,
sowie thermischem Rauschen bewegen. Die Schaftdomänen der Motoren
sind am Substrat angeheftet und werden als flexible Polymere
(entropische Federn) modelliert. Die Kopfregionen der Motoren
vollführen eine gerichtete Schrittbewegung mit einer gegebenen
Kraft-Geschwindigkeitsbeziehung. Wir untersuchen die kollektive
Filamentdynamik und die Ausbildung von Mustern als Funktion der
Motor- und der Filamentdichte, der
Kraft-Geschwindigkeitscharakteristik, der Ablöserate der Motorproteine
und der Filamentwechselwirkung. Insbesondere wird die Bildung und
die Statistik der Filamentmuster, wie etwa die nematische Anordnung
aufgrund der Motoraktivität oder die Clusterbildung aufgrund von
Blockadeeffekten, untersucht. Unsere Ergebnisse sind experimentell
zugänglich und mögliche experimentelle Realisierungen werden
diskutiert.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:Potsdam/oai:kobv.de-opus-ubp:597 |
| Date | January 2005 |
| Creators | Kraikivski, Pavel |
| Publisher | Universität Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Institut für Physik und Astronomie |
| Source Sets | Potsdam University |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | Text.Thesis.Doctoral |
| Format | application/pdf |
| Rights | http://opus.kobv.de/ubp/doku/urheberrecht.php |
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