Biophysik: 14 Tabellen
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Jena [u.a.]
Fischer
1996
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| Edition: | 4., völlig überarb. Aufl. |
| Series: | UTB für Wissenschaft : Biologie, Medizin, Physik
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1. Wesen und Inhalt der Biophysik................... 13
2. Das molekulare Gefüge biologischer Systeme............. 16
2.1. Bindungen im Molekül....................... 17
2.1.1. Das wellenmechanische Atommodell.................. 17
2.1.2. Die kovalente Bindung; Molekülorbitale................. 19
2.1.3. Die Ionenbindung.......................... 22
2.1.4. Die koordinative Bindung; metallorganische Komplexe.......... 24
2.1.5. Die Wasserstoffbrückenbindung.................... 26
2.2. Molekülanregung und Energieübertragung.............. 27
2.2.1. Mechanismen der Molekülanregung durch Photonen........... 27
2.2.2. Mechanismen molekularer Energieübertragung.............. 29
2.2.3 Die Photosynthese als Prozeß der Energie-Konvertierung und -Übertragung . . 32
2.3 Die thermische Molekülbewegung: Ordnung und Wahrscheinlichkeit. . . 35
2.3.1 Thermodynamische Wahrscheinlichkeit und Entropie........... 35
2.3.2. Information und Entropie....................... 37
2.3.3. Biologische Strukturen; generelle Aspekte................ 41
2.3.4. Energie und Geschwindigkeitsverteilung im Gleichgewicht......... 43
2.3.5. Die Aktivierungsenergie: Theorie der absoluten Reaktionsgeschwindigkeit . . 46
2.3.6. Thermische Molekülbewegung..................... 52
2.4. Molekulare und ionale Wechselwirkungen als Basis biologischer
Strukturbildung.......................... 58
2.4.1. Einige Grundlagen der Elektrostatik.................. 58
2.4.2. Die Struktur des Wassers; Hydratationseffekte.............. 63
2.4.3. Ionen in wäßriger Lösung; der Debye-Hückel-Radius........... 70
2.4.4. Intermolekulare Wechselwirkungen................... 73
2.4.5. Strukturbildung bei Biomakromolekülen................ 78
2.4.6. Ampholyte in wäßriger Lösung: Das Säure-Basen-Gleichgewicht...... 82
2.5. Grenzflächen und Membranen.................... 85
2.5.1. Die Grenzflächenspannung; Selbstorganisation von Membranen....... 85
2.5.2. Mechanische Eigenschaften der biologischen Membran.......... 89
2.5.3. Elektrische Doppelschichten und elektrokinetische Erscheinungen...... 93
2.5.4. Die elektrostatische Struktur der Membran................ 100
8 Inhaltsverzeichnis
3. Energie und Bewegung biologischer Systeme.............. 104
3.1. Einige Grundlagen der Thermodynamik............... 104
3.1.1. Systeme, Parameter, Zustandsfunktionen................ 105
3.1.2. Die Gibbssche Fundamentalgleichung.................. 107
3.1.3. Kraft und Bewegung......................... 113
3.1.4. Entropie und Stabilität........................ 118
3.1.5. Thermodynamische Grundlagen biochemischer Reaktionen......... 125
3.2. Das Wasser- und Ionengleichgewicht der Zelle............. 128
3.2.1. Der osmotische Druck........................ 128
3.2.2. Das elektrochemische Gleichgewicht - die Nernstsche Gleichung...... 136
3.2.3. Das Donnangleichgewicht....................... 139
3.3. Thermodynamische Berechnung von Fluxen.............. 144
3.3.1. Der
Flux
ungeladener Stoffe...................... 144
3.3.2. Der Elektrolytflux.......................... 151
3.3.3. Das Diffusionspotential........................ 155
3.4. Das Ionen-Ungleichgewicht von Zellen und Organellen......... 157
3.4.1. Ionenfluxe in biologischen Membranen................. 157
3.4.2. Das ionale Fließgleichgewicht der Zelle - Die Zelle als Akkumulator
elektrochemischer Energie...................... 161
3.4.3. Das Aktionspotential......................... 167
3.5. Elektrische Felder in Zelle und Organismus.............. 172
3.5.1. Die elektrische Struktur des lebenden Organismus............ 172
3.5.2. Biogene elektrische Felder außerhalb der Zelle.............. 173
3.5.3. Das passive elektrische Verhalten von Zellen und Geweben......... 177
3.5.4. Zellmanipulation durch elektrische Felder................ 183
3.6. Mechanische Eigenschaften von Biomaterialien............ 191
3.6.1. Die Viskosität von Lösungen und Suspensionen............. 192
3.6.2. Die Viskosität biologisch relevanter Flüssigkeiten............ 195
3.6.3. Viskoelastische Eigenschaften von Biomaterialien............ 197
3.6.4. Biomechanik des Körperbaues..................... 201
3.7. Biomechanik von Strömungserscheinungen.............. 205
3.7.1. Laminare und turbulente Strömung................... 205
3.7.2. Zur Biomechanik des Blutkreislaufes.................. 209
3.7.3. Schwimmen und Fliegen....................... 213
4. Physikalische Faktoren der Umwelt.................. 219
4.1. Temperatur............................ 220
4.2. Druck............................... 223
Inhaltsverzeichnis 9
4.3. Mechanische Schwingungen..................... 224
4.3.1. Vibrationen............................. 224
4.3.2. Schall............................... 226
4.3.3. Biophysik des Hörens........................ 229
4.3.4. Infraschall............................. 234
4.3.5. Biophysikalische Grundlagen des Sonarsystems............. 235
4.3.6. Ultraschallwirkung........ .................. 237
4.4. Elektromagnetische Felder...................... 239
4.4.1. Das statische Magnetfeld....................... 240
4.4.2. Das statische elektrische Feld..................... 245
4.4.3. Elektromagnetische Felder der Umwelt................. 248
4.4.4. Die biologische Wirkung elektromagnetischer Felder........... 252
4.5. Ionisierende Strahlung....................... 257
4.5.1. Natur, Eigenschaften und
Dosimetrie
der Strahlen............. 257
4.5.2. Strahlenchemische Primärprozesse................... 259
4.5.3. Strahlenbiologische Folgereaktionen.................. 263
4.5.4. Einige Aspekte des Strahlenschutzes.................. 266
4.5.5. Formale Theorien zum strahlenbiologischen Primäreffekt......... 268
5. Die Kinetik biologischer Systeme................... 271
5.1. Einige Grundlagen der Systemtheorie................. 271
5.1.1. Aufgaben und Ansätze der Systemanalyse................ 271
5.1.2. Allgemeine Darstellung des Systemverhaltens.............. 273
5.1.3. Kybernetische Ansätze der Systemanalyse................ 279
5.2. Stoffwechsel- und Austauschsysteme................. 283
5.2.1. Einführung in die Kompartmentanalyse................. 283
5.2.2. Modellierung biologischer Reaktionssysteme............... 290
5.2.3. Pharmakokinetische Modelle..................... 295
5.3. Die Modellierung einiger komplexer biologischer Vorgänge....... 297
5.3.1. Modelle der Vermehrung und Ökologischen Wechselwirkung........ 297
5.3.2. Modelle von Wachstum und Differenzierung............... 302
5.3.
з!
Evolutionsmodelle.......................... 305
5.3.4. Neuronale Modelle......................... 307
Literatur................................ 312
Sachregister............................... 321
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