Biophysik

Biophysik ist ein noch junges Fachgebiet an der Schnittstelle zwischen Physik, Chemie, Biologie und Medizin. Es ist in vielen Studiengängen ein Vertiefungsfach und wird erst seit einigen Jahren als eigenständiges Studienfach in Bachelor- und Masterstudiengängen angeboten.

Dieses Buch entstand an der Goethe-Universität Frankfurt als Begleitbuch zum ersten grundständigen Biophysikstudiengang.

Es führt in grundlegende Konzepte der Biophysik ein und beschreibt die wichtigsten experimentellen Methoden. Bei der Behandlung dieser Konzepte werden einige Grundlagen aus Physik, Chemie und Biologie vorausgesetzt, die üblicherweise in den ersten Semestern des Studiums vermittelt werden.

Aus dem Inhalt:

- Eigenschaften, Struktur und Funktion biologischer Polymere

- Eigenschaften biologischer Membranen

- Transportprozesse über biologische Membranen

- Grundlagen biologischer Energiewandlung

- Spektroskopische Messmethoden

- Rastersondentechniken und molekulares Kräftemessen

- Strahlenbiophysik

List of contents

Vorwort 11

1 Biophysik im Umfeld von Physik, Chemie,

Biochemie, Biologie und Medizin 14

1.1 Die Wurzeln der Biophysik 14

1.2 Was ist Biophysik? 15

1.3 Biophysik und Strukturbiologie 17

1.4 Längenskalen der Biophysik 17

1.5 Zeitskalen der Biophysik 18

1.6 Energieskalen der Biophysik 20

1.7 Kräftebereiche bei Biopolymeren 22

1.8 Wunsch und Wirklichkeit bei der molekularen Biophysik 22

1.9 Komplementäre Methoden ergeben eine Gesamtsicht 24

1.10 Einzelne Moleküle oder Ensembles? 26

2 Bindungen, Wechselwirkungen und Kräfte bei Molekülen 27

2.1 Bildung von Molekülorbitalen 27

2.2 Elektronenaffinit? und chemische Bindung 28

2.3 Bindungstypen 29

2.4 Kräfte und Wechselwirkungen 30

2.5 Typische Bindungsenergien und Bindungsabst?de 32

2.6 Kräfte, Wechselwirkungen und Kraftfelder 35

3 Aufbau von Proteinen 38

3.1 Proteine als Alleskönner 38

3.2 Aminosäuren als Bausteine für Proteine 39

3.3 Stereoisomere von Aminosäuren 41

3.4 Aminosäuren verknüpfen durch Peptidbindungen 42

3.5 Struktur der Peptidbindung 43

3.6 Räumliche Anordnung von Peptidgruppen

in einer Kette von Aminosäuren 44

3.7 Strukturbildung 46

3.8 Hierarchie der Wechselwirkungen in Proteinen 47

3.9 Bildung typischer Sekundärstrukturelemente 48

3.10 Häufigkeit von Sekundärstruktur-Merkmalen 51

3.11 Vorhersage von Sekundärstrukturen 51

3.12 Ionisationsgleichgewichte von Aminosäuren und Peptiden 52

3.13 Ladungen von Peptiden und Proteinen 54

4 Lipide als Bausteine biologischer Membranen 56

4.1 Phospholipide 57

4.2 Konformation von Lipiden und Phasenübergänge

bei Lipidmembranen 59

4.3 Dynamik von Lipidmolekülen in der Membran 62

4.4 Lipidvesikel als Transportmittel für Medikamente 64

5 Strukturen und Eigenschaften biologischer Membranen 66

5.1 Membranproteine 67

5.2 Außenmembranen und Zelloberflächen 68

5.3 Charakterisierung von Lipideigenschaften 69

5.4 Künstliche Membransysteme für die Untersuchung

von Membran- und Proteineigenschaften 71

5.5 "Black-Lipid-Filme" zur Untersuchung

von Permeabilit und Transport durch Membranen 73

6 Elektrische Eigenschaften von Lipidmembranen 75

6.1 Leitfähigkeit und Kapazit der Membran 75

6.2 Gesamtkapazit einer Zelle 78

6.3 Zellpotenziale erzeugen extreme elektrische Felder 80

6.4 Wechselspannungsverhalten der Lipidmembran 82

6.5 Manipulation von Zellen in elektrischen Feldern 83

7 Transport durch Membranen 85

7.1 Passiver und aktiver Transport 86

7.2 Strukturen und Moleküle beim Membrantransport 88

7.3 Membrantransport mittels Carriermolekülen 92

7.4 Protonencarrier in der Membran 95

8 Ionendiffusion, Diffusionspotenziale und Grenzflächenpotenziale

an Membranen 98

8.1 Diffusionspotenzial 98

8.2 Potenzial- und Konzentrationsverlauf an einer Membran 103

9 Biologische Energieformen und Energietransformationen 107

9.1 Energieformen 107

9.2 Thermodynamische Größen zur Beschreibung

von biologischen Energietransformationen 108

9.3 Kopplung von Transportprozessen an die

chemischen Potenziale von Spaltungsreaktionen 110

9.4 Chemiosmotische Hypothese 113

9.5 Klassifizierung von ATPasen 114

9.6 Photosynthese 118

9.7 Strahlungsloser Energietransfer zwischen Pigmentensembles 122

9.8 Elektronentransfer in photosynthetischen Reaktionszentren 123

9.9 Oxygene Photosynthese bei Pflanzen und

Blaualgen (Cyanobakterien) 126

10 Chemische und biochemische Reaktionen 129

10.1 Grundlagen 129

10.2 Standardzustände 130

10.3 Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 134

10.4 Enzymreaktionen und Enzymkinetik 140

11 Strukturanalyse I:

Hochauflösende Strukturuntersuchungen 144

11.1 Grundlagen 144

11.2 Röntgenbeugung und Proteinkristallografie 145

11.3 Zweidimensionale NMR-Spektroskopie 150

11.4 Besetzungsgleichgewichte 152

11.5 Von der 1-D-NMR-Spektroskopie zur

2-D-NMR-Spektroskopie

About the author

Prof. Dr. Werner Mäntele (em.) lehrte an der Universität Frankfurt.

Additional text

Aus: ekz-informationsdienst – Oliver Mitesser – 36. KW 2012

Wie in den meisten Einführungen in die Biophysik werden auch hier die beiden zentralen Gesichtspunkte des Fachs abgedeckt: physikalische Strukturen und Prozesse in lebendigen Systemen sowie physikalische Mess- und Experimentaltechnik in der Biologie. Dabei geht Werner Mäntele (Professor für Biophysik in Frankfurt a.M.) zurückhaltend mit mathematischem Formalismus um, ohne dabei zu versäumen, ein Gefühl für Größenordnungen zu vermitteln. Er wendet sich damit insbesondere an Bachelorstudierende naturwissenschaftlicher Fachrichtung und begleitet den Übergang des Lehrgebiets von der Spezialisierungsdisziplin hin zum grundständigen Studiengang. […] Der reich und anschaulich illustrierte Band schließt mit Literaturhinweisen und Register […]

Product details

• Authors: Werner Mäntele, Werner (Prof. Dr.) Mäntele
• Publisher: UTB
• Languages: German
• Product format: Paperback / Softback
• Released: 01.07.2012
• EAN: 9783825232702
• ISBN: 978-3-8252-3270-2
• No. of pages: 300
• Weight: 484 g
• Illustrations: 100 Abb.
• Series: UNI-Tb.; Uni-Tb. Mittlere Reihe; UTB Uni-Taschenbücher; UTB Mittlere Reihe; UTB M; UTB M 3270; UTB Uni-Taschenbücher; UTB M 3270
• Subjects: Natural sciences, medicine, IT, technology > Biology; Biophysik, Grundlagen (Bachelor), Chemie/Physik, Biologie/Ökologie, Naturwissenschaften allg., Physik & Biophysik, Rastersonden, Strahlenbiophysik, biologische Membran