Structural driving forces and their spectroscopic signatures: from protonation dynamics to amyloid formation

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das komplexe Zusammenspiel von hydrophilen und hydrophoben Wechselwirkungen auf molekularer und submolekularer Ebene untersucht. Hierbei wurden die spektroskopischen Signaturen dieser Wechselwirkungen für ultraschnelle Protonierungsprozesse im elektronisch angeregten Zustand, für kleine organische Moleküle und Metabolite, sowie für punktmutierte Amyloid β Fibrillen berechnet. Mithilfe von Molekulardynamiksimulationen und quantenchemischen Berechnungen wurden Zusammenhänge zwischen den strukturellen und dynamischen Eigenschaften dieser Systeme, wie zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen und Protonentransferwege, und spektroskopischen Parametern hergestellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit ermöglichen so die Interpretation entsprechender experimenteller Daten.

This dissertation addresses the complex interplay of hydrophilic and hydrophobic interactions at the molecular and submolecular level. Their spectroscopic signatures are calculated for ultrafast excited-state protonation phenomena in solution, small organic molecules and metabolites, and point-mutated amyloid β (1-40) fibrils. These systems contain hydrogen bonds and proton transfer pathways, which exhibit characteristic spectroscopic features. Using atomistic molecular dynamics simulations and quantum chemical calculations, the corresponding experiments could be successfully interpreted.