Die Entstehung des Lebens aus biophysikalischer Sicht:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Jena
Fischer
1983
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung: Physikalische Aspekte der Biogenese 13
Die präbiotische Evolution der organischen Materie 19
2. Der physikochemische Zustand des Urozeans 19
2.1. Die Temperatur des Urozeans 19
2.1.1. Geographische Befunde 20
2.1.2. Thermodynamlsche Gesichtspunkte 21
2.1.3. Argumente aus der Biologie 23
2.2. Der Salzgehalt des Urozeans 27
2.2.1. Die biologische Bedeutung des Problems 27
2.2.2. Geophysikalische Informationen 28
2.2.3. Paläontologische Informationen 29
3. Chaos oder Determinismus in der chemischen Evolution 32
3.1. Die Modellierung der chemischen Evolution 32
3.2. Die Chiralität der Aminosäuren 35
3.2.1. Die Selektionshypomese der Chiralität 36
3.2.2. Die Eliminattonshypothese der Chiralität 36
3.2.3. Die Hypothese der direkten chiralischen Synthese 38
3.2.4. Die Thermodynamik der chiralischen Synthese 39
3.3. Die chemische Evolution in der Uratmosphäre und im Urozean 44
3.3.1. Die Geschwindigkeit der chemischen Evolution 48
3.3.2. Die Konzentration organischer Stoffe zu Beginn der Biogenese 48
4. Der Ursprung der Proteine 50
4.1. Die Rolle der Sphäroproteine bei der Entstehung des Lebens 50
4.2. Der Aufbau des Sphäroproteinmoleküls 51
4.3. Die Gesetzmäßigkeiten des spontanen Zusammenbaus 57
von Sphäroproteinen
4.3.1. Die Sequenz der Aminosäurereste 57
4.3.2. Die Konformation der Peptidkette 59
4.3.3. Die Proteinoide 66
5. Die Nutzung chemischer Energie 74
5.1. Das organisierte chemische Verhalten primitiver Systeme 74
5.2.1. Der Mechanismus der Fermentaktivität 76
5.2.2. Die Fermentaktivitat der Proteinoide 8 0
5.3. Die ErschlieBung chemischer Energlequellen 82
Der Ursprung der blologischen Grundfunktionen 87
6. Die Physikochemie der Koazervation 87
6.1. Das Verhalten der ProteinmolekUle in Losung 88
6.1.1. Die Formen der Wechselwirkung geloster EiweiBmolekUle 88
6.1.2. Die Wechselwirkung zwischen Proteinen und Elektrolyten 92
in wafirigen Me die n
6.1.3. Die Ionenselektivitat von E iweiBlosungen 97
6.2. Das Verhalten von Proteinmolektilen im Koazervatzustand 99
6.2.1. Prazisierung des Begriffs Koazervat 99
6.2.2. Die Struktur des Koazervats 100
6.2.3. Die Koazervationsentropie 104
6.2.4. Die Ionenspeziflzitat der Koazervate 107
6.2.5. Koazervate und MikrosphSren 110
7. Die Koazervatnatur des rezenten Zytoplasmas 114
7.1. Der Zustand des Zytoplasmas im Spiegel der 116
Me mbr antheorie
7.1.1. Die Semipermeabilitat der Membran 116
7.1.2. Der aktive Ionentransport 119
7.1.3. Das Problem der frelen Kaliumlonen 121
7.2. Das Zytoplasma als Koazervat - 123
7.3. Der Koazervatzustand des Karyoplasmas 126
7.4. Die zwei Komponenten der GrenzQachenpotentiale 128
7.5. Me mbr antheorie versus Koazervattheorie 130
8. Der physikochemische Determinismus der Membranbildung 131
8.1. Die Membranbildung am Koazervat 131
8.2. Befunde an biogenen Me mbranen 137
8.3. Die elementaren Membranfunktlonen 141
8.4. Der spontane Zusammenbau biologischer Strukturen 146
9. Die Entatehung erregbarer Systeme 148
9.1. Die Me mbr antheorie der Erregung 1^9
9.1.1. Elnlge prinzipielle Bemerkungen 149
9.1.2. Die VerHnderungen der Membranstruktur im ErregungsprozeB 150
9.1.3. Die Ionenfluxe im ErregungsprozeB 153
9.2. Die Rolle der EiweiBe im Erregungsmechanismus 157
9.2.1. Paasiv elektrische Erscheinungen in stromdurchflossenen 157
Proteins yste men
9.2.2. Die Wirkung der pH-Senkung auf EiweiBlosungen 159
9.2.3. Der Ursprung des E regungsmechanismus 165
9.3. Die Alles-oder-Nichts-Erregung 166
9.3.1. Die Auslosung der AON-Erregung 166
9.3.2. Die Folgeerscheinungen eines Zusammenbruchs 167
des Koazervats
9.3.3. Die Rückkehr zum Ruhezustand 168
10. Die Regulation biochemischer Prozesse 171
10.1. Die Fermente des Hyaloplasmas 171
10.2. Die membranintegrierten Fermente 174
10.3. Die Ionenpumpen 175
11. Primitive Formen der mechanischen Arbeitsleistung 179
von Zellen
11.1. Die aktinähnlichen Proteine 179
11.2. Ursprung und Wirkungsweise der Aktine 182
11.3. Die Formen der mechanischen Arbeitsleistung 187
im Zytoplasma
11.3.1. Die amöboide Bewegung 187
11.3.2. Die Protoplasmaströmung 188
11.3.3. Die Pinozytose 189
11.4. Die Erregungsleitung der Mikrotubuli 191
11.5. Der Mechanismus des Geißelschlags 194
12. Die Ausbildung des Muskelapparates 196
12.1. Das Myosin in der plasmatischen Bewegung 197
12.2. Die glatte Muskelfaser 198
12.3. Die quergestreifte Muskelfaser 200
12.3.1. Der Bau der Myofibrille 200
12.3.2. Die Struktur des Aktinfadens 202
12.3.3. Die Feinstruktur des Myosinfadens 202
12.3.4. Die Gleitfasertheorie der Muskelkontraktion 206
12.3.5. Der Arbeitsmechanismus der quergestreiften Muskelfaser 209
13. Der Ursprung der Photosynthese 212
13.1. Die Grundprozesse der Gewinnung chemischer Energie 212
aus dem Licht
13.2. Der primitive Apparat zur Gewinnung der Lichtenergie 218
13.3. Die photochemische Primärreaktion 220
13.4. Photohydrolyse und Photosynthese
14. Die genetische Funktion 225
14.1. Vermehrung und identische Reproduktion 225
14.2. ... das Ei oder das Huhn ... 228
14.3. Die fiinktionelle Kopplung zwischen Proteinen und 231
Nukleinsäuren
14.4. Primitive Formen der genetischen Kodierung 237
14.4.1. Kodierung Eiweiß durch Eiweiß 237
14.4.2. Selektive Beziehungen zwischen Nukleotiden und 238
Aminosäuren
14.4.3. Stereochemische Aspekte der selektiven Affinität 243
zwischen Aminosäuren und Nukleotiden
14.5. Singulett- und Triplett-Kodierung der genetischen 250
Information
15. Der Mechanismus der Zellteilung 251
15.1. Die prämitotische Teilung 252
15.2. Der Mechanismus der mitotischen Teilung bei rezenten 253
Organismen
15.2.1. Die Grundmechanismen des Mitosevorgangs 253
15.2.2. Die Auslösung der Mitose 255
15.2.3. Das Verhalten des Zytoplasmas während der Mitose 257
15.2.4. Die Zustandeänderangen des Kerns 259
15.2.5. Die mechanische Funktion der Aktinstrukturen 260
15.2.6. Die Polarisierung der Mitoseaktivität 263
15.3. Der Ursprung der Mitose 265
15.3.1. Die zytoplasmatlschenAusgangsbedingungen
15.3.2. Die Kernprozesse 266
15.3.3. Der Ursprung der Teilungspolarität 269
16. Schlußbetrachtung: Die Entstehung des Lebens aus 270
biologischer Sicht
Annexe
Anoex 1. Die Struktur des Wassers 273
Segal, J. und Leiterer, Kate, P.
1.1. Die komplexe Struktur des Wassers 273
1.2. Experimente zur Brownschen Bewegung 276
1.3. Die Dualität in der Struktur des Wassermoleküls 277
1.3.1. Direkte Messung der beiden Wasserkomponenten 278
1.3.2. Eis H, Vm undDC 278
1.3.3. Das Dipolmoment von T-und L-Molekülen 280
1.3.4. Die Dielektrizitätskonstante des Wassers 280
1.3.5. Die spezifische Wärme 281
1.3.6. Die Oberflächenspannung 282
1.3.7. Die Wärmeleitfähigkeit 282
1.3.8. Die Komprimierbarkeit 283
1.3.9. Die Thermodilatation 284
1.4. Der Mechanismus des T-L-Übergangs 284
1.5. Das Wasser als Lösungsmittel 285
1.6. Die Struktur des Wassers und biologische Grundfunktionen 289
Annex 2. Die Struktur der Sphäroproteine 291
Segal, J.
2.1. Die Haupttypen der E iweiße 291
2.1.1. Die Faserproteine 291
2.1.2. Protamine und Histone 293
10
2.1.3. Die globulären Eiweiße 293
2.2. Das Strukturmodell des Sphäroproteinmoleküls 295
2.2.1. Das Grundmodell: die Faltentrommelstruktur 295
2.2.2. Die Diversität der Faltentrommelstrukturen 299
2.3. Die Röntgenstrukturanalyse 302
2.4. Die Diketopiperazine 311
2.4.1. Direkter chemischer Nachweis der Diketopiperazine 312
2.4.2. Der Nachweis von nicht- x-Bindungen in der Pepüdkette 313
2.5. Elektronenmikroskopische Befunde 315
2.5.1. Direkte Elektronenmikroskopie 315
2.5.2. Indirekte Elektronenmikroskopie 316
2.5.3. Sonstige Nachweise der Hohlkörperstruktur des 318
Sphäroproteinmoleküls
2.6. Die optische Rotationsdispersion (ORD) und der 318
Zirkulardichroismus (CD)
2.6.1. Die physikalische Aussage der ORD-und CD-Messungen 319
2.6.2. Die Messung der ORD 321
2.6.3. Die Konfigurationskomponente der ORD 323
2.6.4. Die Konformationskomponente der ORD 327
2.6.5. Die Auswertung von ORD-Befunden 330
2.7. Die Proteinmodelle und die wissenschaftliche Praxis 331
Annex 3. Die dynamischen Funktionen der Proteinmoleküls:
Denaturation und Allosterie 332
Segal, J.
3.1. Die funktionelle Denaturation 332
3.1.1. Die intramolekularen Bindungen 332
3.1.2. Die selektive Denaturation 334
3.1.3. Die Reversibilität der Denaturation 335
3.1.4. Die Rolle der Denaturation in biologischen Funktionen 338
3.2. Funktionelle Konfigurationsänderungen - die Allosterie 341
3.2.1. Die Peptidbindung im Keto- und im Endzustand 341
3.2.2. Die allosterische Steuerung der Fermentaktivität 344
3.2.3. Der erweiterte Begriff der Allosterie 348
3.2.3.1. Membrangebundene Fermente 348
3.2.3.2. Die Ko mple mentbindung durch Antikörper 349
3.2.3.3. Die Permeabilitätsänderungen der Zellmembran 350
3.2.3.4. Allosterieerscheinungen in Molekülketten 351
3.2.3.5. Die Energieleitung in Molekülketten 351
Annex 4. Topologische Aspekte des genetischen Apparats - 352
tertiäre Struktur der DNS
Segal, J.
4.1. Die Widerspiegelung der Proteinstruktur in der DNS 352
4.2. Die Topologie der Aufspaltung der DNS in Einzelstränge 353
4.2.1. Die Rotationsmodelle 353
4.2.2. Die nicking-Modelle 355
4.2.3. Das Faltenbandmodell der DNS-Aufspaltung 356
11
4.3. Die Topologie der semi-konservativen Komplettierung 359
des DNS-Doppelstranges
4.4. Die periodische Struktur der RNS 362
4.5. Elektronenmikroskopische Befunde 365
4.6. Die Sequenz der Stickstoffbasen in der DNS 367
Annex 5. Zum Verhältnis von Membrantheorie und Phasentheorie 369
Dehmlow, R.
5.1. Grundsätze der Membrantheorie 369
5.2. Grundsätze der Phasentheorie 370
5.3. Zur Thermodynamik der Membran- und Phasensysteme 370
5.4. Literatur zum Annex 5 373
Annex 6. Vorschlage für zusätzliche Experimente 374
Segal, J.
6.1. Das Temperaturoptimum von Proteinen 374
6.2. Die Direktsynthese chiraler Aminosäuren 375
6.3. Die selektive Bildung biologisch relevanter Substanzen 376
bei der abiogenen Chemosynthese
6.4. Die Struktur der Proteinoide und der globulären Proteine 377
6.4.1. Die Struktur der Proteinoide 377
6.4.2. Die Struktur der Proteine 379
6.4.3. Die Chiralität der Proteine 382
6.5. Der Mechanismus der Fermentaktivität 382
6.5.1. Die katalytische Wirkung der Peptidbindungan 382
6.5.2. Der allosterische Effekt 383
6.5.2.1. Die Ionenzusammensetzung des Milieus 383
6.5.2.2. Äußere elektrostatische Felder 384
6.5.2.3. Anlagerung allosterischer Liganden mit elektrischer 385
Bloballadung
6.6. Die Koazervation 386
6.6.1. Protein-Kalium -Koazervate 386
6.6.2. Die Koazervatnatur des Zytoplasmas 387
6.6.3. Die Phasenwechsel des Zytoplasmas bei der Mitose 388
6.7. Der enhancement-Effekt bei der Photosynthese 389
Bildanhang 393
Literatur 417
Sachwortverzeichnis 440
Namenverzeichnis 449
12
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