Biophysik - Eine Einführung

Biophysik - Die komplette Übersicht für das Hauptstudium!

Einführung in die physikalischen Konzepte der Biologie, wie z.B. Molekülaufbau, zelluläre und molekulare Prozesse und Reaktionen u.v.m.

Inhaltsverzeichnis:

1 Einführung: Physikalische Konzepte in der Biologie Literatur WWW 2 Aufbau von zellulären Strukturen: Biomoleküle, Wechselwirkungen und molekulare Prozesse 2.1 Lipidmoleküle sind die Hauptbestandteile von Zellmembranen 2.1.1 Klassifizierung von Lipiden 2.1.2 Experimentelle Methoden zur Charakterisierung von Membranen 2.2 Physikalische Wechselwirkungen bestimmen Gestalt und Interaktion von Proteinen 2.2.1 Die Coulomb- Wechselwirkung ermöglicht chemische Bindungen 2.2.2 Die Ionische Bindung wird durch das Coulombgesetz beschrieben 2.2.3 Der polare Charakter des Wassers: Ein Molekül mit einem elektrischen Dipolmoment 2.2.4 Induzierte elektrische Dipole sind die Ursache für die Van-der-Waals Wechselwirkung 2.2.5 Elektrische Dipole sind die Ursache von Wasserstoffbrücken-bindungen 2.2.6 Thermische Bewegung schwächt die Dipol-Dipol-Wechsel-wirkung 2.2.7 Die Polypeptidkette wird durch kovalente Bindungen zusammengehalten 2.2.8 Schwache Wechselwirkungen bestimmen die Struktur eines Prote ins Literatur 3 Energie, Reaktionen und Transportprozesse in Zellen 3.1 Bioenergetische Prozesse sind die Grundlagen des Lebens und werden durch die Thermodynamik beschrieben 3.1.1 Die Erhaltung von Energie und Entropie: Auch die belebte Natur muss sich daran halten 3.1.2 Thermodynamische Potentiale beschreiben, ob Reaktionen ablaufen können 3.1.3 Die Thermodynamik beschreibt das physikalische Verhalten einer großen Zahl von Molekülen, den thermodynamischen Gesamtheiten 3.2 Nahezu alle biochemischen Prozesse in der Zelle sind durch Enzyme katalysiert: Enzymatische Katalyse erleichtert Reaktionen 3.3 Elektronen, Ionen und Biomoleküle werden auf verschiedene Art transportiert: Transportprozesse 3.3.1 Molekularer Transport durch Diffusion: Sauerstoff diffundiert durch Zellgewebe 3.3.2 Ionen und Proteine werden auf verschiedene Arten durch Membranen transportiert3.3.3.Elektronentransfer in biologischen Systemen 3.4 Membranpotentiale und Mikrochips: Biophysikalische Untersuchungen zur Verbindung von Nervenzellen und Halbleitern 3.4.1 Elektrische Leitung in Halbleitern 3.4.2 Der Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor (MOS-FET) 3.4.3 Elektrische Eigenschaften von Membranen können durch Ersatzschaltbilder dargestellt werden 3.5.4 Eine einzelne Nervenzelle kann mit einer Silizium-Mikrostruktur elektrisch koppeln 3.5 Neuronen im Gehirn sind vernetzt: Die Natur dient als Vorbild für künstliche neuronale Netze, die neuartige Rechnerstrukturen ermögliche 3.5.1 Vergleich von biologischen und künstlichen neuronalen Netzen 3.5.2 Modellierung von neuronalen Netzen 3.5.3. Beispiel eines künstlichen neuronalen Netzes mit 4 Zellen: Das XOR-Netzwerk Literatur 4 Struktur und Dynamik von Proteinen 4.1 Molekulare Dynamik macht Funktion von Proteinen möglich 4.1.1 Proteine besitzen strukturell ähnliche Konformationen 4.1.2 Die Faltung eines Proteins wird durch Wechselwirkungen verursacht 4.2 Konformationen von Biomolekülen lassen sich am Computer berechnen 4.2.1 Die Po tentialfunktion: Grundlage für Konformationsberechnungen 4.2.2 Dynamik von Biomolekülen läßt sich am Computer simulieren 4.3 Rasterkraftmikroskopie: Eine Methode zum Abtasten von Proteinen und zur Bestimmung von Bindungskräften 4.4 Motorproteine und ihre submolekulare Funktion 4.4.1 Der molekulare Mechanismus der Muskelkontraktion: Das Motorprotein Myosin zieht an Aktinfilamenten 4.4.2 Optische Pinzetten: Dipolfallen für Atome, Proteine und ganze Zellen 4.4.3 Messung von Kräften einzelner Motorproteine 4.5 Im atomaren und subatomaren Grössenbereich muß die Quantenmechanik zur Beschreibung von Prozessen herangezogen werden 4.5.1 Energie kommt in Portionen vor, den Energiequanten 4.5.2 Die Welleneigenschaft der Materie 4.5.3 Der Begriff der