Inhalt

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   Zusammenfassung
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   Abstract
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   Inhaltsverzeichnis
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  Dissertation101218
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   1. Einleitung und Motivation
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  2. Theoretischer Hintergrund und experimentelle Methoden
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   2.1. Der Nukleationsprozess von Eis
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   2.1.1. Die Klassische Nukleationstheorie
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   2.1.1.1 Der Nukleationsratenkoeffizient
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   2.1.1.2 Statistik des Nukleationsprozesses
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   2.1.2. Heterogene Nukleation
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   2.1.2.1 Anforderungen an Eiskeime
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   2.1.2.2 Modi der heterogenen Eisnukleation
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   2.1.2.3 Stochastisches und singuläres Modell
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  2.1.3. Heterogene Eisnukleatoren in natürlichen Systemen
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   2.1.3.1 Heterogene Eiskeime in der Atmosphäre
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   2.1.3.2 Eiskeime in biologischen Systemen
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   2.1.3.3 Weitere heterogene Eisnukleatoren
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   2.1.3.4 Atmosphärische Relevanz biologischer IN
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   2.1.4. Eisnukleation in wässrigen Lösungen: Wasseraktivitätsbasierte Eisnukleationstheorie
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   2.1.4.1 Temperaturabhängigkeit der Wasseraktivität
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  2.2. Experimentelle Methoden zur Untersuchung der heterogenen Eisnukleation
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  2.2.1. BINARY (Bielefeld Ice Nucleation ARraY)
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   2.2.1.1 Aufbau der Messzelle
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   2.2.1.2 Auswertung mit LabViewTM
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   2.2.1.3 Probenvorbereitung und Messeinstellungen
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   2.2.1.4 Temperaturkalibration
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  2.2.2. Dynamische Wärmestromdifferenzkalorimetrie (DSC)
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   2.2.2.1 Prinzip der Wärmestromkalorimetrie
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   2.2.2.2 Inverse Emulsionen in DSC-Messungen
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   2.2.2.3 Auswertung der DSC-Thermogramme
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   2.2.2.4 Ratenabhängige Kalibration der Temperatur
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  2.2.3. Mikrofluidik
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   2.2.3.1 Probenpräparation für die Mikrofluidikexperimente
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   2.2.3.2 Messungen am Kryomikroskop
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   2.2.3.3 Temperaturkalibration
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   2.3. Antigefriereigenschaften von Molekülen
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   2.3.1. Eisstrukturierung
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   2.3.2. Thermische Hysterese
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   2.3.2.1 Hyperaktive und moderate AF(G)Ps
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   2.3.3. Eisrekristallisation: LSW-Theorie
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   2.3.3.1 Eisrekristallisationsinhibierung (IRI)
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   2.3.3.2 IRI-Konzentrationsabhängigkeit
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   2.3.4. Molekularer Mechanismus der Eisaffinität
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   2.3.5. Antigefrier(glyko)proteine
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   2.3.5.1 TmAFP
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  2.4. (Mikroskopische) Methoden zur Analyse der Antigefrieraktivität
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   2.4.1. Eisaffinitätsaufreinigung
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   2.4.2. Aufbau des Kryomikroskops
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   2.4.3. Eisstrukturierung
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   2.4.4. Eisrekristallisationsinhibierung (IRI)
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   2.4.4.1 Datenauswertung
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   2.4.4.2 Bildanalyse
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  2.4.5. Thermische Hysterese (TH)
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   2.4.5.1 Optische TH-Bestimmung am Kryomikroskop
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  2.5. Spektroskopie an Biomolekülen
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   2.5.1. ATR-FTIR-Spektroskopie
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   2.5.1.1 ATR-Zelle
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   2.5.1.2 Messeinstellungen und Probenpräparation
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   2.5.2. UV-VIS-Spektroskopie
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   2.5.2.1 Messprozedur
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  2.6. Gelelektrophorese
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   2.6.1. SDS-PAGE
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   2.6.1.1 Gelpräparation
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   2.6.1.2 Coomassie Brilliant Blau
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   2.6.1.3 Silberfärbung nach Coomassie Blau
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   2.6.2. Fluorophore‐Assisted Carbohydrate Electrophoresis
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   2.7. Duale Funktion molekularer Eisnukleatoren und -inhibitoren
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  3. Ergebnisse und Interpretation
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   3.1. Birkenpollen
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   3.1.1. Heterogener Eisnukleator aus Birkenpollen
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   3.1.1.1 Einfluss gelöster Substanzen auf die Eisnukleationsaktivität
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   3.1.2. Antigefrieraktivität von Makromolekülen aus Birkenpollen
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   3.1.2.1 Eisstrukturierung an IAP 2 #B
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   3.1.2.2 Eisrekristallisationsinhibierung an IAP 2 #B
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   3.1.2.3 Charakterisierung des Antigefriermoleküls
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   3.1.3. Analytik an Birkenpollen-Makromolekülen
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   3.1.3.1 Größenausschlussexperimente
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   3.1.4. Pollen als Eisnukleatoren und Antigefriersubstanzen
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   3.1.5. Zusammenfassung Birkenpollen
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   3.2. Mortierella alpina
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   3.2.1. Charakterisierung des heterogenen Eisnukleators aus M. alpina
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   3.2.1.1. Einfluss von gelösten Substanzen auf die Aktivität des Eisnukleators
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  3.2.2. Antigefrieraktivität von M. alpina
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   3.2.2.1. Eisstrukturierung an M. alpina-Proben
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   3.2.2.2. Eisrekristallisationsinhibierung an M. alpina IAP
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   3.2.2.3. Charakterisierung des eisadsorbierenden Moleküls
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   3.2.3. IR-Analytik an M. alpina
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   3.2.4. Zusammenfassung M. alpina
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   3.3. Antigefrierprotein aus Tenebrio molitor
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   3.3.1. Eisrekristallisationsinhibierung von TmAFP
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   3.3.2. Bestimmung der Thermischen Hysterese von TmAFP
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   3.3.2.1 TH-Messungen an MBP-TmAFP
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   3.3.2.2 Bilder der Kristallexplosion
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   3.3.3. Untersuchungen zur Eisnukleationsaktivität von TmAFP
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   3.3.4. Zusammenfassung TmAFP
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   3.4. Zusammenhang zwischen Molekülgröße und Eisnukleations- oder Antigefrieraktivität
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   Literaturverzeichnis
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  Anhang
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   A.1. Korrekturfunktionen für K(T)
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   A.2. Bestimmung der eisanteilkorrigierten Ratenkonstanten
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   A.3. Primärsequenz von TmAFP
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  A.4. Erfassung der Thermischen Hysterese mittels DSC
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   A.4.1. Messprozedur
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   A.4.2. TH-Messung am Beispiel von AFGP 1-5
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   A.4.3. Probenpräparation
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  A.4.4. TH-Messungen am DSC: IAP2 #C und MBP-TmAFP
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   A.4.4.1. BPWW #C
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   A.4.4.2. MBP-TmAFP
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  A.5. Modifizierte Eisaffinitätsaufreinigung am Rotationsverdampfer
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   A.5.1. Messaufbau für ISP
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   A.6. Größenverteilung der DSC-Emulsionströpfchen
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  A.7. Absorptionsbanden sämtlicher Spektren und deren Zuordnung
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   A.7.1. UV-VIS von BPWW und IAP
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   A.7.2. IR-Spektren von BPWW
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   A.7.3. IR und UV-VIS von TmAFP
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   A.8. Chemische Strukturen der Referenzsubstanzen
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  A.9. Weitere Analytik an BPWW
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   A.9.1. Erhitzen des BPWW
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   A.9.2. Gelierungsexperiment mit CaCl2
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   A.9.3. Gelelektrophorese für Zuckermoleküle (FACE)
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   A.10. Weitere spektroskopische Analytik und SDS-PAGE an M. alpina
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   A.10.1. SDS-PAGE mit M.alpina
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   A.10.2. UV-VIS-Spektren M. alpina
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   A.11. Ratenabhängigkeit der heterogenen Eisnukleation in BPWW
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   A.12. Vergleich zweier Messmethoden zur Erfassung der Thermischen Hysterese
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   Abkürzungsverzeichnis
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   Häufig verwendete Formelzeichen
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   Danksagung
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   Danksagung