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Über dieses Buch

Filip Savić beschreibt eine Methode zur Bestimmung von Diffusionskoeffizienten unter Verwendung von Momenten fluoreszenzmikroskopischer Aufnahmen aus FRAP-Experimenten verglichen mit klassischen Auswertemethoden. Darüber hinaus stellt er Simulationen von FRAP-Experimenten auf der Geometrie fusionierter, membranumhüllter Silicakugeln vor, die eine Charakterisierung der Geometrie der Membran im Kontaktbereich der Kugeln aus Experimenten erlauben.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Auf kleinen Längenskalen ist der passive Transport durch Diffusion der bestimmende Transportmechanismus in Zellen, aber auch dem umgebenden Medium.[1] Die Bestimmung von Mobilitätsparametern wie dem Diffusionskoeffizienten von Proteinen und Lipiden in Lipidmembranen von Zellen ist daher von besonderer Bedeutung. Dazu wurden diverse Methoden entwickelt, darunter sind die Fluorescence correlation spectroscopy (FCS) und Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) zu nennen. Erstere wurde 1974 von ELSON und MADGE[2] entwickelt und basiert auf der Beobachtung von spontanen Fluktuationen von fluoreszenzmarkierten Molekülen in einem sehr kleinen Beobachtungsvolumen.
Filip Savić

2. Auswertung von FRAP-Experimenten

Die Auswertung von FRAP-Experimenten nach AXELROD et al. [3] wird noch heute häufig verwendet, da sie relativ leicht durchzuführen ist. Im Folgenden werden die Grundzüge der theoretischen Beschreibung eines FRAP-Experiments nach AXELROD et al. dargestellt, dabei wird nur auf seine Überlegungen zur lateralen Diffusion in planaren Lipidmembranen eingegangen.
Filip Savić

3. Simulation von FRAP-Experimenten

Um die zuvor theoretisch beschriebenen Methoden einem Test zu unterziehen, sollen in diesem Kapitel Simulationen von FRAP-Experimenten durchgeführt werden. Die Simulation der Experimente wird mit der Programmiersprache PYTHON durchgeführt, speziell werden die PYTHON-Bibliotheken SCIPY[20] und NUMPY[20] für numerische Berechnungen, Integrationen, Fouriertransformationen und Handhabung von Arrays verwendet. Visualisierungen von Simulationsergebnissen werden für den zweidimensionalen Fall hauptsächlich mit Graphics Layout Engine (GLE)[21] und MATPLOTLIB[22] durchgeführt.
Filip Savić

4. Simulation hemi- und vollständig fusionierter membranumhüllter Kugeln

In diesem Kapitel sollen Simulationen fluoreszenzmikroskopischen Bilder von membranumhüllten Kugeln sowie Simulationen von diversen FRAP-Experimenten mit diesen Kugeln durchgeführt werden. Für die Simulation der Diffusion von fluoreszenzmarkiertenMolekülen auf dieser Geometrie sollen Random Walker Simulationen verwendet werden.
Filip Savić

5. Zusammenfassung und Ausblick

Im ersten Teil dieser Arbeit wurde eine Methode der Auswertung von FRAP-Experimenten auf ebenen, fluoreszenzmarkierten Lipidmembranen vorgestellt, die auf der Fouriertransformation von erhaltenen Fluoreszenzbildern mit anschließender Berechnung der Momente basiert. Die durchgeführten Benchmarks der Methode zeigen eine hohe Genauigkeit in der Bestimmung des Diffusionskoeffizienten selbst bei einen hohen Rauschniveau. Für ein S/N in der Größenordnung von 1 lassen sich Diffusionskoeffizienten mit einem relativen Fehler von maximal 5% bestimmen. Weiterhin zeigt sich die Methode relativ unsensitiv auf die Formdes verwendeten Bleichprofils. Die Methode erfordert keine explizite Lösung der Diffusionsgleichung bei gegebener Anfangsbedingung durch die Verwendung der Fouriertransformation.
Filip Savić

Backmatter

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