Physikalische Biochemie

Grenzen und Möglichkeiten der physikalisch-chemischen Analyse biologischer Erscheinungen.- 1. Teilchen und Kräfte in molekularen Dimensionen und ihre Bedeutung für die Struktur biologisch wichtiger Moleküle.- 1.1 Atome — Moleküle — Kristalle.- 1.1.1 Das korpuskulare Bild vom Aufbau der Materie.- 1.1.2 Atomkerne, Elektronen und Photonen.- 1.1.3 Die biochemische Bedeutung des Periodensystems der Elemente.- 1.1.4 Bindungstypen und Bindungsmodelle.- 1.1.5 Schwache Wechselwirkungen und ihr Einfluß auf die strukturelle Stabilität molekularer Systeme.- 1.1.6 Charge-Transfer-Prozesse in Biomolekülen.- 1.2 Flüssigkeiten und Elektrolytlösungen.- 1.2.1 Biologische Funktionen flüssiger Systeme.- 1.2.2 Zur Problematik des Strukturbegriffs bei der Beschreibung fluider Systeme.- 1.2.3 Wasser.- 1.2.4 Struktur und Wasserlöslichkeit von Biomolekülen.- 1.2.5 Einige Grundgesetze der physikalischen Chemie wäßriger Elektrolytlösungen.- 1.2.6 Der osmotische Druck.- 2. Transporterscheinungen, Ausgleichsvorgänge und Verteilungsgleichgewichte.- 2.1 Allgemeine Grundlagen zur formalen Behandlung der Transporterscheinungen.- 2.1.1 Stationäre und instationäre Zustände.- 2.1.2 Wärmetransport, Impulstransport, Stofftransport.- 2.1.3 Wärmetransport und Thermoregulation.- 2.1.4 Physiologisch wichtige Gesetzmäßigkeiten der Strömungslehre.- 2.2 Stofftransport und Diffusion.- 2.2.1 Das Zusammenwirken von Strömung, Diffusion und Permeation in biologischen Prozessen.- 2.2.2 Einige Grundgesetze der Diffusion.- 2.2.3 Die Permeabilität von Membranen.- 2.2.4 Passiver und aktiver Transport.- 2.3 Stoffaustausch und Gleichgewichte an Grenzflächen.- 2.3.1 Verteilungsgleichgewichte und Austauschkinetik.- 2.3.2 Die Bedeutung der Gaslöslichkeit für den Gastransport.- 2.3.3 Donnan-Gleichgewichte.- 2.3.4 Ionenaustausch-Gleichgewichte.- 2.3.5 Grenzflächenkräfte und Adsorption.- 2.3.6 Biologisch wichtige Grenzflächenreaktionen; Modellversuche.- 3. Die Selbstorganisation molekularer Aggregate.- 3.1 Spreitung und Filmbildung.- 3.1.1 Molekulare Struktur und Eigenschaften amphiphiler Substanzen.- 3.1.2 Platzbedarf und Zustand der Moleküle im Film.- 3.1.3 Modellversuche mit molekularen Schichtsystemen.- 3.2 Mizellen, Doppelschichten und Vesikel.- 3.2.1 Charakteristika der Aggregationsgleichgewichte amphiphiler Moleküle.- 3.2.2 Ursachen der bevorzugten Bildung eines bestimmten Aggregattyps.- 3.2.3 Physikalisch-chemische Eigenschaften von Lipid-Doppelschichten.- 3.3 Einige Bemerkungen über strukturelle und dynamische Eigenschaften von biologischen Membranen.- 3.3.1 Die chemischen Bausteine von Biomembranen.- 3.3.2 Anisotropie der Molekülbeweglichkeit, Ordnungsgrad und Lipid-Phasen-Umwandlung.- 3.3.3 Ausscheidungsphänomene, transversale und laterale Phasentrennung in Membranen.- 3.3.4 Geometrische Dimensionen und Membranfluidität.- 3.3.5 Elektrische Eigenschaften von Membranen.- 3.3.6 Membranmodelle.- 4. Biopolymere.- 4.1 Der chemische Aufbau der wichtigsten makromolekularen Strukturbildner.- 4.1.1 Polysaccharide.- 4.1.2 Proteine.- 4.1.3 Nucleinsäuren.- 4.2 Wichtige Grundbegriffe zur physikalisch-chemischen Charakterisierung von Biopolymeren.- 4.2.1 Molekulargewichte.- 4.2.2 Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur.- 4.2.3 Rheologische Eigenschaften von Biopolymeren.- 4.2.4 Denaturierung, Konformationsumwandlung und Kooperativität.- 4.2.5 Biopolymere als Polyelektrolyte.- 4.2.6 Die Bindung kleiner Moleküle an Biopolymere.- 5. Biochemische Energetik.- 5.1 Der Energiefluß in der Welt der Lebewesen.- 5.1.1 Elementare energetische Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung der Lebensvorgänge.- 5.1.2 Fundamentalkomponenten der Lebensvorgänge, Grundumsatz und Leistungszuwachs, Ordnung und Informationsgehalt der Strukturen.- 5.1.3 Sonnenlicht als Quelle der biologischen Energie.- 5.1.4 Die Kopplung von Photosynthese und Atmung im Kreislauf der Materie zwischen Pflanzenwelt und Tierwelt.- 5.1.5 Chemische Energie und biologische Arbeit.- 5.1.6 Energiereiche Verbindungen als Speicher und Überträger von Energie.- 5.1.7 Arbeitsteilung und Kompartimentierung.- 5.2 Grundbegriffe der Thermodynamik.- 5.2.1 Haupsätze, Zustandsgrößen, Gleichgewichtsbedingungen und Standardzustände.- 5.2.2 Freie Enthalpie, maximale Nutzarbeit und chemisches Potential.- 5.2.3 Der Zusammenhang zwischen der freien Reaktionsenthalpie und der elektromotorischen Kraft einer galvanischen Kette.- 5.2.4 Das elektrochemische Potential.- 5.2.5 Der Gradient des elektrochemischen Potentials als schnell verfügbare Energiequelle für biochemische Synthesen und aktiven Transport.- 5.2.6 Molekularstatistik und freie Energie, Zustandssummen.- 5.2.7 Nichtgleichgewichts—Thermodynamik und Fließgleichgewichte als energetische Prinzipien aller biologischen Prozesse.- 5.3 Energetische Aspekte und Gesetzmäßigkeiten der Reaktionskinetik.- 5.3.1 Grundbegriffe der Formalkinetik.- 5.3.2 Die Kinetik enzymatisch katalysierter Reaktionen.- 5.3.3 Oszillatorische Phänomene und dissipative Strukturen.- 5.4 Photosynthese.- 5.4.1 Das grundlegende Konzept der Primär- und Sekundärprozesse und die Hintereinanderschaltung von Lichtreaktion und Dunkelreaktion.- 5.4.2 Energiewanderung in den Antennenpigmentsystemen.- 5.4.3 Photoreaktionen der Chlorophylle.- 5.4.4 Elektronentransfer und Aufbau eines elektrischen Feldes.- 5.4.5 Molekulare Organisation der funktionellen Strukturbestandteile in der Thylakoidmembran und in den angrenzenden Bereichen.- 5.4.6 Protonentranslokation, Protonenverschiebungswege und Phosphorylierung.- 5.4.7 Kriterien für die Unterscheidung zwischen den verschiedenen Hypothesen für die Deutung der photosynthetischen Phosphorylierungsmechanismen.- 5.4.8 Dunkelreaktion und Calvin-Zyklus.- 5.4.9 Einige ergänzende Bemerkungen über Stickstoff-Fixierung, bakterielle Photosynthese, Leistungs- und Regulationsfragen und über pflanzliche Biosynthesen.- 1. Einheiten und Umrechnungsfaktoren.- 2. Tabellen.