Biopolymere: Struktur und Eigenschaften
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| Published: |
Stuttgart
Teubner
1993
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| Series: | Teubner-Studienbücher : Chemie
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| Item Description: | Litraturverz. S. 470 - 525 |
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| adam_text | 1. Einleitung - Was sind Biopolymere?..............1
2. Polynucleotide (Nucleinsäuren)..................4
2.1 Basenzusammensetzung der Polynucleotide.........6
2.1.1
Chargaf f
sehe Regel..............................8
2*2 Konformation der DNA im aggregierten Zustand..* 11
2.2.1 Die Polynucleotid-Doppelhelix..................11
2.2.2 Die Doppelhelix-Familien...............♦.......12
2.2.3 Die Doppe
lhe
1 ix-Furchung.......................14
2.2.4 Zuckerwellung..................................16
2.2.5 Orientierungs-Parameter von Basen und Pentosen. 18
2.2.6 Struktur-Parameter der verschiedenen DNA-
Doppelhelix-Familien...........................21
2.2.7 Die DNA-Z-Doppel-Helix.........................24
2.2.8 Weitere Ergebnisse von Röntgen-Untersuchungen
an Einkristallen von Oligonucleotiden..........27
2.2.9 Die Hydratation der DNA-Doppelhelix............29
2.2.9.1 Unterschiedliche Hydratationszustände von A-,
B-, C- und Z-DNA...............................32
2.2.10 Die Stabilisierung der Doppelhelix.............36
2.3 Physikalisch-chemische Eigenschaften der DNA
und ihre Konformation in Lösung..........*.....37
2.3.1 Untersuchung mittels UV-Absorption.............37
2.3.2
Hypo
bzw. Hyperchromie und Stapeleffekt........39
2.3.3 Stapeleffekt und zwischenmolekulare Wechsel¬
wirkungen ......................................40
2.3.4 Optische Aktivität der DNA.....................41
2.3.5 Konformation und Konformations-Umwandlung der
DNA in Lösung..................................41
2.3.5.1 Thermisch induzierte Konformations-Umwandlungen 42
2.3.5.2 pH-induzierte Konformations-Umwandlungen....... 43
2.3.5.3 Einfluß von Elektrolyten auf die DNA-Konforma¬
tion in Lösung.................................46
2.3.5.4 Konformations-Umwandlungen bei hohen Salz¬
konzentrationen und bei Zugabe von organischen
Lösungsmitteln.................................48
2.3.5*5
Intercalation
von kondensierten aromatischen
Ringsystemen und DNA-Konformatiön..............49
2.3.5.6 Reversibilität der DNA-Doppelhelix-Knäuelum-
wandlung .......................................51
IX
2.4 Ronformation und Funktion der Ribonuclein-
säuren
(RNA)
................................... 53
2.4Л
Die t-RNA......................................53
2.4.2 Die
r
ibosomalen (
r
)
^RNA
........................ 59
2.4.3 Struktur und Funktion von Viroiden.............60
2.4.4
Virale RNA
.....................................62
2.4.5 Konformationsumwandlungen von
RNA
.............. 63
2.4.6 Konformation und Konformationsumwandlungen von
synthetischen
RNA
............,.................66
2.4.6.1 Die Z-RNA......................................72
2.5 Die Proteinbiosynthese (PBS) ................... 72
2.5.1 Die Transkription..............................73
2.5.1 Unterschiede der Transkription bei Pro- und
Eukaryonten....................................73
2.5.2 Die Translation bei der Proteinbiosynthese..... 80
2.5.3 Die Regulation der Gen-Expression..............86
2.5.3.1 Regulator-Gene, Struktur-Gene und Repressoren .. 87
2.5.3.2 Das Operon-Modell..............................88
2.5.4 Der genetische Code............................90
2.5*4.1 Die Zuordnung der
Codons
.......................91
2.5.4.2 Universalität des genetischen Codes............95
3 Polypeptide und Proteine.......................96
3.1 Konformation von Polypeptiden und Proteinen.... 99
3.1.1 Sterische Grundlagen der Konformation von
Polypeptiden und Proteinen....................100
3.1.1.1 Die Pauling-Corey sche Peptideinheit..........100
3.1.1.2 Die Rotationswinkel
Φ, Ψ
und
ω
...............102
3.1.1.3 Erlaubte, partiell erlaubte und verbotene
Rotationswinkel ............................... 104
3.1.1.4 Einfluß der Seitenketten auf die Konformation. 104
3.1.2 Helicale Konformationen.....................·♦ 107
3.1.2.1 Die
α
-Helix
...................................107
3.1.2.2 Die ß-Faltblattstruktur.......................110
3.1.2.3 Polyglycin-II und Polyprolin-Helices..........113
3.1.2.4 Die
ω
-Helix
...................................115
3.1.2.5 Die
Зю-Неііх
.................................118
3.1.2.6 Die
π-
oder ß-Helices.........................119
3*1*3 Nichtperiodische Konformationen...............120
3.1.3.1 Die ß-turn-Konformat
ionen
.....................120
3.1.3.2 Der
Ύ
-turn
....................................123
3.1.4 Supersekundärstrukturen und Domänen...........124
3*1.5 Das Ramachandran-Diagramm.....................124
3.1.6 Arten zwischenmolekularer Wechselwirkungen.... 129
3.1.6.1 Polkräfte.....................................129
3.1.6.2 Dispersionkräfte..............................131
3.1.6.3 Wasserstoffbrückenbindungen (HBB).............133
3.1.6.4 Die Struktur des flüssigen Wassers............135
3.1.6.5 Die hydrophoben Wechselwirkungen..............142
3.1.6.6 Beeinflussung hydrophober Wechselwirkungen
durch niedermolekulare Substanzen.............153
3.1.7 Konformationsanalyse von Polypeptiden und
Proteinen.....................................156
3.1.8 Proteinkonformation und Krebs.................158
3.2 Nucleoproteine................................159
3.2.1 Histone.......................................159
3.2.1.1 Primärstruktur der Histone....................161
3.2.1.2 Konformation und Überstruktur der Histone..... 162
3.2.2 Protamine.....................................167
3.2.2.1 Primärstruktur der Knochenfisch-Protamine..... 167
3.2.2.2 Konformation der Knochenfisch-Protamine....... 168
3.2.3 Säugetier-Protamine...........................169
3.2.3.1 Primärstruktur und Konformation der Säugetier-
Protamine .....................................170
3.3
Kératine
...................................... 173
3.3.1 Chemie der Keratinfasern......................178
3.3.2 Primärstruktur, Konformation und Überstruktur
von a-Keratinen...............................182
3.3.3 Mechanische Eigenschaften von Keratinfasern... 189
3.3.4
α-
^-Umwandlung von Faserkeratinen............194
3.3.5 Die Glastemperatur Tc von Wolle...............196
3.3.6 Physiologische Eigenschaften von Textilien
aus Keratinfasern.............................197
3.4 Die ß-Keratine................................200
3.4.1 Überstruktur und Eigenschaften von ß-Keratinen 202
3.4.2 Chemie der ß-Keratine aus Vogelfedern.........205
3.4.3 Primärstruktur und Konformation einiger Feder-
und Haut schuppen-ß-Kerat ine...................208
3.5 Seiden - extrakorporale
biogene
Werkstoffe.... 211
3.5.1 Klassifizierung der Seiden....................214
3.5.2 Zur Geschichte der Seiden-Nutzung.............214
3.5.3 Lebensweise des Maulbeer-Seidenspinners
Bombyx
mori..........................................
216
3.5.4 Wildseiden....................................220
3.5.5 Chemische Zusammensetzung und Primärstruktur
der Seidenfibroine............................221
XI
3.5.6
Primärstruktur von
Sericin
....................224
3.5.7 Konformation und Überstruktur von
Bombyx
mori
Fibroin
...........................♦...........225
3.5.8 Primärstruktur und mechanische Eigenschaften
von Seidenfibroin.............................228
3.5.9 Spinnenseiden.................................229
3.5.10 Muschelseiden................................. 231
3.6 Kollagen......................................233
3.6.1 Vorkommen und Bedeutung von Kollagen..........233
3.6.2 Primärstruktur von
Kollagenen
.................234
3.6.3 Konformation
f
ibrillenbildender
Kollagéné
..... 236
3.6.4 Biosynthese von Kollagen..................... . 238
3.6.5 Gestalt der Tropokollagen-Moleküle in Losung.. 242
3.6.6 Thermische Stabilität der Konformation von
Tropokollagen.................................243
3.6.7 Denaturierung von unlöslichem Kollagen........ 245
3.6.8 Rekonstitution und Morphologie von Kollagen-
f ibrillen.....................................246
3.6.9 Übersicht über die bisher bekannten Kollagen¬
typen .........................................252
3.6.9.1 Fibrillenbildende
Kollagéné
...................252
3.6.9.2
Kollagéné,
die keine Fibrillen bilden.........252
3.6.9.3 Die
Kollagéné
der
Basal
membranen..............
253
3.6.10
Kollagéné
von Invertebraten (Wirbellosen)..... 258
3.7 Elastin.......................................259
3.7.1 Vorkommen und Eigenschaften von Elastin ....... 259
3.7.2 Primärstruktur von Elastin....................261
3.7.3 Gummielastischer- und Glaszustand von Elastin. 265
3.8 Kontraktile Proteinsysterae....................266
3.8.1 Mikrotubuli,
Cilién,
Geißeln..................266
3.8.2 Muskelproteine................................270
3.8.2.1 Das Myosinmolekül.............................273
3.8.2.2 Primärstruktur des Myosins....................274
3.8.2.3 Konformation und Überstruktur von Myosin...... 276
3.8.2.4 Die Proteine der dünnen
Filamente (Actin,
Troponin, Tropomyosin) ........................ 278
3.8.3 Die Muskelkontraktion.........................283
3.8.3.1 Kontraktion der quergestreiften Muskulatur und
Konformation der Muskelproteine...............283
3.8.3.2 Untersuchungen an Modellsystemen.............. 285
3.9 Fibrinogen und Fibrin.........................286
3.9.1 Primärstruktur des Fibrinogens................ 286
3.9.2 Konformation und Morphologie des Fibrinogens.. 290
XII
3.9.3
Die Polymerisation
des Fibrinogens
zum
Fibrin.
290
3.9.4 Der Abbau von Fibrin..........................293
3.10 Theoretische Grundlagen kooperativer Konforma¬
tionsumwandlungen .............................296
3.10.1 Helix-Knäuel-Umwandlungen.....................297
3.10.2 Helix-Helix-Umwandlungen......................304
3.10.3 Doppelhelix-Knäuel-Umwandlung von Nuclein-
säuren........................................308
3.11
Poly-(a-aminosäuren)
.......................... 310
3.11.1 Darstellung von Poly-(a-aminosäuren) .......... 310
3.11.2 Poly-a-alanin)...............................315
3.11.3
Poly-(Y-methyl-L-glutamat)
.................... 316
3.11.4 Poly-a-leucin)...............................317
3.11.5
Poly-(L-glutaminsäure)
........................ 321
3.11.6 Poly-lL-lysin) ................................ 324
3.11.7
Poly-(L-arginin)
..............................325
3.11.8 Copolymere
Poly-(a-aminosäuren)
............... 326
4 Polysaccharide................................330
4.1
Cellulose
.....................................330
4*1.1 Primärstruktur der
Cellulose
..................332
4.1.2 Konformation und Überstruktur der
Cellulose...
333
4.1.3
Cel
lulosegew innung............................345
4.1.4 Fasern aus regenerierter
Cellulose.
...........346
4.2 Hemicellulosen, Pektine, Algen-, und mikro-
bielle-Polysaccharide.........................354
4.2.1 Hemicellulosen................................354
4.2.1.1 Mannane.......................................354
4.2.1.2 Xylane........................................355
4.2.2 Pektine.......................................357
4.2.3 Polysaccharide aus Algen und Seetangen........ 359
4.2.3.1 Alginsäuren...................................359
4.2.3.2 Alginsäureester...............................362
4.2.4 Alternierende LA(1,3)-B(l,4)]n Polysaccharide
mariner pflanzlicher Lebewesen................362
4.2.4.1 Agar-Agar.....................................363
4.2.4.2
Саг
rag
een
an...................................364
4.2.5 Mikrobielle Polysaccharide....................367
4.2.5.1 Gellan........................................368
4.2.5.2 Schizophyllan.................................369
4.2.5.3 Emulsan.......................................370
4.2.5.4 Xanthan.......................................371
4.2.5.5
Acetan
........................................373
4.
2.5.6
4.
2.5.7
4.
3
4.
3.1
4.
3.1.1
4.
3.1.2
4.
3.1.3
4.
3.1.4
4.
3.1.5
4.
3.1.6
4.
3.2
4.
3.2.1
4.
3.2.2
4.
3.2.3
4.
3.2.4
4 .
3.3
4 *
4
4 *
4.1
4 .
4.1.1
4 .
4.1.2
4.
4.1.3
4.
4.1.4
4.
4.2
4.
4.2.1
4.
4.2.2
4.
4.2.3
4.
4.3
4.
4.4
4.
4.5
4.
4.5.1
4.
4.5.2
б
5.
1
5.
.2
XIII
Welan
.........................................374
Pullulan......................................374
Aminoglucane..................................375
Mucopolysaccharide............................375
Die Hyaluronsäure.............................376
Die Chondroitinsulfate........................379
Dermatansulfat................................381
Keratansulfat.................................381
Heparansulfat und Heparin.....................382
Modell-Untersuchungen der Wechselwirkungen von
Mucopolysacchariden (Glycosaminoglycanen) IMp)
mit Polypeptiden (Pp).........................386
Chitin........................................390
Chemische Eigenschaften des Chitins...........391
Konformation, Überstruktur und physikalische
Eigenschaften von Chitin......................393
Anwendungsmöglichkeiten von Chitin für bio¬
medizinische Zwecke...........................397
Herstellung und Eigenschaften von Chitinfasern
und
-folien
...................................398
Mureine.......................................402
Speicherpolysaccharide........................404
Stärke........................................404
Primärstruktur von Amylose und Amylopektin .... 405
Cyclodextrine.................................407
Konformation und Kristallstruktur der nativen
Stärkepolysaccharide..........................408
Konformation und Kristallstruktur der V-Amy-
losen.........................................414
Galactomannane................................419
Chemische Struktur der Galactomannane.........419
Eigenschaften der Galactomannane..............421
Derivate der Galactomannane...................421
Glykogen......................................423
Dextrane......................................424
Fructane......................................424
Primärstruktur der Fructane................... 425
Konformation von Fructanen....................427
Biogene
Polyester mikrobieller Herkunft ...... 428
Poly-(ß-hydroxybutyrat) (PHB).................429
Copolymere von 3-Hydroxybutyrat und 3-Hydroxy
valerat.......................................430
XIV
5. 3
Poly-
(
S-hydroxybutyrat-co^-hydroxybutyrat
)
РСЗНВ-со-ЧНВ).................................
431
5.4 Poly-ß-hydroxyalkanoate mit Alkanseitenketten
von vier bis acht C-Atomen....................432
5.5 Cß-ungesättigte und verzweigte
biogene
Poly¬
ester .........................................433
6 Netzwerke bildende
Віороіушеге:
Lignin, Poly-
isoprene, Japanlack...........................434
6.1
Lignin
........................................434
6.1.1 Gewinnung von Nativem
Lignin
................ 434
6.1.2 Die chemische Struktur des Lignins............435
6.1.2.1 Biogenese des Lignins.........................436
6.1.2.3 Strukturaufklärung des Lignins durch
chemischen Abbau..............................437
6.1.5 Abbau des Lignins.............................442
6.1.6 Die technische Bedeutung des Lignins.......... 443
6.2 Polyisoprene : Kautschuk, Guttapercha,
Balata.
446
6.2.1 Das Vorkommen von Kautschuk...................446
6.2.2 Die Gewinnung von Kautschuk-Latex............. 448
6.2.3 Die Zusammensetzung des Kautschuk-Latex ....... 449
6.2.4 Aufarbeitung des Latex........................449
6.2.4.1 Konzentrieren des Latex.......................449
6.2.4.2 Herstellung von festem Kautschuk aus Latex.... 451
6.2.5 Die Kautschuk-Biosynthese.....................453
6.2.6 Zusammensetzung und chemische Eigenschaften von
Kautschuk.....................................455
6.2.7 Die Kautschuk-
Vulkani sat ion...................
457
6.2.8 Die Anwendung von Naturkautschuk..............458
6.3 Japanlack (Urushi) ............................ 459
6.3.1 Vorkommen und Gewinnung des Ausgangsraaterials . 460
6.3.2 Zusammensetzung des Saftes von
Rhus vernici-
f
era etc
......................................461
6.3.3 Die
oxidat
ive
Vernetzung des Urushiols bei der
Lackhärtung...................................463
6.3.4 Herstellung von Japanlack.....................465
6.3.5 Mechanische Eigenschaften von Japan
lack-Filmen
467
7 Literaturverzeichnis..........................470
8 Sachverzeichnis..................·............526
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