Allgemeine Photobiologie:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
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Stuttgart [u.a.]
Thieme
1985
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| Schriftenreihe: | Flexible Taschenbücher / Bio
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Tabelle der SI-Einheiten....................... XII
Einleitung............................... XIV
Teil I Allgemeine Photophysik............. 1
1 Physikalische Grundlagen................. 2
1.1 Das elektromagnetische Spektrum............ 2
1.2 Die Wellennatur des Lichtes................ 4
1.3 Quanteneigenschaften des Lichtes............ 5
1.4 Die physikalischen Eigenschaften des Lichtes...... 6
1.4.1 Strahlungsenergetische Größen.............. 6
1.4.2 Photometrische Größen.................. 9
1.5 Gesetze der Optik..................... 12
1.5.1 Geometrische Optik.................... 12
1.5.2 Die physikalische Optik.................. 17
1.6 Literatur........................... 21
2 Strahlungsquellen...................... 23
2.1 Natürliche Strahlung.................... 24
2.1.1 Strahlenklima........................ 26
2.1.1.1 Globalstrahlung und ihre Komponenten......... 26
2.1.1.2 Ozongefuge und UV-Strahlung.............. 28
2.2 Künstliche Strahlung.................... 30
2.2.1 Temperaturstrahler..................... 30
22.2 Entladungslampen..................... 31
2.2.2.1 Niederdruck-Entladungslampen............. 31
2.2.2.2 Hochdruck-Entladungslampen.............. 32
23 Literatur........................... 34
3 Absorption and WellenlängenselektioB .......... 35
3.1 Strahlenabsorption..................... 35
3.2 Quantenausbeute...................... 37
33 Aktionsspektren...................... 39
3.4 Filtertypen......................... 41
3.4.1 Wellenlängenneutrale Filter................ 42
3.42 Wellenlängenselektive Filter................ 42
VIII Inhaltsverzeichnis____________
3.43 Polarisationsfilter..................... 47
3.5 Monochromatoren..................... 49
3.6 Literatur........................... 51
4 Strahlungsmessung..................... 53
4.1 Selektive Strahlungsempfänger.............. 53
4.1.1 Äußerer Photoeffekt.................... 54
4.1.2 Innerer Photoeffekt .................... 57
4.2 Strahlungsmessung durch Energiewandlung....... 60
4.3 Quantenzähler und Aktinometer............. 61
4.4 Spektralphotometer.................... 62
4.5 Literatur........................... 68
Teil II Allgemeine Photochemie............ 71
5 Angeregte Zustände und deren Relaxation......... 72
5.1 Anregung von Atomen................... 72
5.2 Absorption durch Moleküle................ 75
5.2.1 Molekülorbitale...................... 75
522 Angeregte Zustände.................... 76
5.23 Photochemisch wichtige Elektronenübergänge..... 79
5.3 Schwingungsenergie der Atomkerne........... 82
5.4 Literatur........................... 85
6 Photodiemische Reaktionen und Energieübertragung ... 86
6.1 Photodissoziation..................... 86
6.2 Isomerisation und Konformationsänderung....... 86
6.3 Energieübertragung zwischen Molekülen........ 87
6.3.1 Fluoreszenzlöschung.................... 88
6.3.2 Energieübertragung durch Strahlung........... 88
63.3 Strahlungslose Energieübertragung............ 89
6.3.3.1 Elektronenaustausch.................... 89
633.2 Energieübertragung durch Resonanz........... 90
63.3.3 Excitonen-und Ladungswanderung........... 90
6.4 Bimolekulare photochemische Reaktionen........ 92
6.4.1 Photoreduktion....................... 93
6.4.2 Photodynamische Reaktionen............... 93
6.5 Folgeprozesse ....................... 94
6.5.1 Protonengradient und Membranpotential........ 94
6.6 Literatur........................... 97
7 Bio-nndChemilumineszenz................ 98
7.1 Chemilumineszenz..................... 98
12 Biolumineszenz.......................100
7.2.1 Bakterien....................... . . . 0
122 Eukaryonten.................... . . . . 102
73 Literatur.......................• • ¦ • ^^
Inhaltsverzeichnis IX
Teil III Photobiologische Prozesse.......... 107
A Lichtabsorption zur Energiegewinnung...... 109
8 Halobacterium....................... 110
8.1 Literatur........................... 116
9 Photosynthese........................ 118
9.1 Einführung......................... 118
9.2 Zusammensetzung und Struktur der Chloroplasten . . . 122
9.3 Photosynthetisch aktive Pigmente und ihre Funktion . . 127
9.3.1 Chlorophylle........................ 129
9.3.1.1 Chlorophyll-Protein-Komplexe.............. 132
9.3.1.2 Chlorophyll-Fluoreszenz................. 133
9.3.1.3 Chlorophyll-Fluoreszenz und Energietransfer...... 136
9.3.2 Carotinoide......................... 137
9.3.2.1 Funktion.......................... 140
9.3.3 Phycobiliproteine ..................... 141
9.4 Photosynthetischer Elektronentransport......... 143
9.4.1 Elektronentransport und Primärreaktionen der
Photosysteme........................ 145
9.4.1.1 Photosystem II....................... 146
9.4.1.2 Photosystemi........................ 150
9.4.2 Künstlicher Elektronentransport und Hemmstoffe . . . 151
9.4.3 Das Zusammenwirken der Photosysteme......... 153
9.4.4 Elektronentransport, pH-Gradient und
Photophosphorylierung.................. 154
9.4.4.1 Mechanismus der ATP-Bildung.............. 155
9.5 Bakterienphotosynthese.................. 157
9.5.1 Purpurbakterien...................... 157
9.5.2 Grüne Bakterien...................... 159
9.6 Photosynthetische CO2-Assimilation........... 160
9.6.1 CO2-Fixierung und Reduktion in C3-Pflanzen...... 161
9.6.2 CO2-Fixierung und Reduktion in C4-Pflanzen...... 161
9.6.3 CAM-Pflanzen....................... 165
9.6.4 Photorespiration...................... 166
9.6.5 Lichtaktivierung von Photosynthese-Enzymen...... 168
9.7 Physiologie der Photosynthese.............. 169
9.7.1 Photosynthese und Bestrahlungsstärke.......... 171
9.7.1.1 Photoinhibition....................... 173
9.7.2 Strahlungsqualität..................... 173
9.8 Literatur........................... 176
X Inhaltsverzeichnis________________________________
B Lichtsteuerung......................179
10 Photomorphogenese ....................]80
10.1 Einführung.........................j°?
10.2 Phytochromsystem.....................182
10.2.1 Biochemische, photophysikalische und
photobiologische Eigenschaften in vitro.........185
10.2.2 Vorkommen und Lokalisation...............190
10.2.3 Phytochromsystem in vivo.................190
10.2.3.1 Induktive Photomorphosen................195
10.2.3.2 Dauerlicht-Morphosen ..................200
10.2.4 Wirkungsweise des Phytochromsystems.........206
10.3 Blaulichtabhängige photomorphogenetische
Reaktionen.........................210
10.4 Photomorphosen bei Pflanzen...............215
10.4.1 Keimung..........................216
10.4.2 Vegetatives Wachstum...................219
10.4.3 Organellen-Entwicklung..................227
10.4.3.1 Piastiden.......................... 227
10.4.3.2 Mitochondrien....................... 233
10.4.3.3 Peroxisomen........................ 233
10.5 Photomorphogenese bei Tieren.............. 234
10.6 Literatur........................... 234
11 Lichtabhängige Rhythmik................. 239
11.1 Einführung......................... 239
11.2 Exogen induzierte Rhythmen............... 241
113 Endogene Rhythmen.................... 242
113.1 Synchronisation der endogenen Rhythmik........243
113.2 Molekulare Mechanismen der circadianen Rhythmen . 248
11.4 Photoperiodismus.....................251
11.4.1 Photoperiodismus des Blühens..............252
11.4.2 Photoperiodismus bei Tieren...............261
11.5 Literatur...........................263
12 IichtabhäBgigeBewegnngsreaktioDeii...........266
12.1 Freibewegliche Organismen................266
12.1.1 Phototaxis .........................269
12.1.1.1 Mechanismen der phototaktischen Orientierung.....269
12.1.1.2 Photorezeptorpigmente..................276
12.1.2. Photokinesis........................278
12.13 Photophobische Reaktionen................279
12.2 Bewegungen sessiler Organismen.............283
122.1 Phototropismus.......................283
12.2.1.1 Phycomyces ................ 283
12.2.1.2 Avena................ .........288
Inhaltsverzeichnis XI
12.2.2 Photonastien........................ 29t
12.3 Intrazelluläre Bewegungen ................ 294
12.4 Literatur........................... 297
13 Molekulare Grundlagen des Sehvorganges ........ 300
13.1 Struktur des Auges und der Sehzellen........... 300
13.2 Photochemische Primärreaktionen............ 304
13.3 Elektrochemische Folgeprozesse............. 305
13.3.1 Wirbellose ......................... 306
13.3.2 Wirbeltiere......................... 309
13.4 Literatur........................... 312
14 Biologische Wirkungen ultravioletter Strahlung...... 315
14.1 Interaktionen der UV-Strahlung mit
molekularen Systemen................... 315
14.1.1 Absorption und Wirkung................. 315
14.1.2 Photoreaktionen in Nukleinsäuren............ 318
14.1.3 Photoreaktionen in Proteinen, Lipiden und
Membranen......................... 319
14.2 Interaktionen der UV-Strahlung mit zellulären
Systemen.......................... 320
14.2.1 Überlebensverhalten.................... 321
14.2.2 Reparaturmechanismen.................. 322
14.2.2.1 Exzisionsreparatur..................... 322
14.2.2.2 Photoreaktivierung..................... 323
14.2.2.3 Postreplikationsreparatur................. 325
14.2.3 UV-Effekte auf Mikroorganismen, Invertebraten,
Säugerzellen........................ 325
14.2.4 UV-Wirkungen auf Vertebraten.............. 326
14.2.4.1 Erythemwirksamkeit.................... 326
14.2.4.2 Mutagenese und Karzinogenese ............. 327
14.2.5 UV-Effekte bei Pflanzen.................. 329
14.3 UV-Strahlung und Evolution............... 330
14.4 Literatur........................... 331
Sachverzeichnis............................ 333
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