Verfügbarkeit: Lehrbuch der Biophysik

Lehrbuch der Biophysik:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Sackmann, Erich 1934-2024 (VerfasserIn), Merkel, Rudolf (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Weinheim, Germany Wiley-VCH 2025
Ausgabe:	Zweite Auflage
Schlagworte:	Biophysik Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	xxix, 1014 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783527412501

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT ZUR ERSTEN AUFLAGE XXI VORWORT ZUR ZWEITEN AUFLAGE XXIII HAEUFIG VERWENDETE SYMBOLE XXV ABKUERZUNGEN XXVII TEIL I EINLEITUNG 1 EINLEITUNG 3 ZU DIESEM BUCH 3 UEBER DEN INHALT 4 1 EINE EINFUEHRUNG IN DAS STUDIUM DER BIOPHYSIK 7 1.1 WOHER KOMMT UND WOZU TREIBEN WIR BIOPHYSIK 7 1.2 EINE KURZE GESCHICHTE DER BIOLOGISCHEN PHYSIK 9 1.3 LEBEN ALS ZUSAMMENSPIEL VON GENETIK UND PHYSIK 14 1.3.1 DIE ERFINDUNG DER MOLEKULAREN ELEKTRONENSPEICHER 15 1.3.2 SELBSTORGANISATION SMARTER MOLEKUELE DURCH RICHTUNGSABHAENGIGE ZWISCHENMOLEKULARE KRAEFTE 15 1.3.3 DER MUSKEL ALS MUSTERBEISPIEL DER HIERARCHISCHEN STRUKTUR BIOLOGISCHER MATERIE 17 1.3.4 BIOMINERALISIERUNG ALS PROTOTYP DER SELBSTORGANISATION BIOLOGISCHER MATERIE 18 1.3.5 SKALENGESETZE DER PHYSIK ALS KONSTRUKTIONSPRINZIP 20 1.3.6 DIE NATUR ALS KONSTRUKTEUR 21 LITERATUR 25 TEIL II EINFUEHRUNG IN DIE ZELLBIOPHYSIK 27 2 DIE ZELLE 29 2.1 DIE ZELLE ALS DICHT GEPACKTES, KOLLOIDALES SYSTEM AUS FUNKTIONELLEN UNTEREINHEITEN 29 2.2 DIE FUNKTIONELLEN KOMPARTIMENTE (ORGANELLEN) DER ZELLE 33 VI INHALTSVERZEICHNIS 2.3 2.4 WIE NEUE ZELLEN ENTSTEHEN 38 DER ZELLZYKLUS 40 LITERATUR 41 3 3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.2.1 3.2.2 EINFUEHRUNG IN DIE THERMODYNAMIK 43 PHAENOMENOLOGISCHE THERMODYNAMIK 44 THERMODYNAMISCHE POTENTIALE 47 THERMODYNAMISCHE GLEICHGEWICHTE 51 EIN STATISTISCHER ZUGANG ZUR WAERMELEHRE 55 DIE UNTERSCHEIDUNG ZWISCHEN MIKRO UND MAKROZUSTAENDEN 55 ABGESCHLOSSENE SYSTEME OHNE MATERIALAUSTAUSCH: DIE KANONISCHE GESAMTHEIT 56 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8 3.2.9 3.2.10 REALE GASE: DIE VAN-DER-WAALS-GLEICHUNG 60 DER ENTROPIEBEGRIFF FUER MIKROZUSTAENDE 61 SYSTEME MIT TEILCHENAUSTAUSCH: DIE GROSSKANONISCHE GESAMTHEIT 62 CHEMISCHE POTENTIALE IN VERDUENNTEN LOESUNGEN 65 DER OSMOTISCHE DRUCK 68 DIE VERTEILUNG EINER SUBSTANZ ZWISCHEN ZWEI PHASEN 70 CHEMISCHE REAKTIONEN 72 DIFFUSION 74 ANHANG 3A: DIE METHODE DER KREISPROZESSE ZUR HERLEITUNG DER ENTROPIE 75 ANHANG 3B: HERLEITUNG DER ZUSTANDSGLEICHUNG EINES IDEALEN GASES IM RAHMEN DER STATISTISCHEN MECHANIK 75 ANHANG 3C: HERLEITUNG DER GIBBS-DUHEM-BEZIEHUNG 78 LITERATUR 78 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 BIOLOGISCH ESSENTIELLE PHYSIKOCHEMISCHE REAKTIONEN 81 DAS SAEURE-BASE-GLEICHGEWICHT 81 DIE STAERKE VON SAEUREN UND BASEN: DER PH-WERT WAESSRIGER LOESUNGEN 84 DAS SAEURE-BASE-GLEICHGEWICHT IN GEGENWART VON SALZEN (PUFFERWIRKUNG) 86 REAKTIONEN MIT ELEKTRONENTRANSFER (REDOXREAKTIONEN) 88 ZWISCHENSPEICHERUNG FREIER ELEKTRONEN 88 REDOXREAKTIONEN 89 DAS REDOXPOTENTIAL 90 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 93 5 5.1 5.1.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.3 WICHTIGE BAUSTEINE LEBENDER SYSTEME UND DEREN POLYMERISATION 95 DIE AMINOSAEUREN UND IHRE POLYMERE 96 DIE POLYAMINOSAEUREN (PROTEINE) 98 DIE PURIN UND PYRIMIDINBASEN 100 NUKLEOSIDE UND NUKLEOTIDE 101 POLYNUKLEOTIDE 102 ZUCKER ALS ENERGIESPEICHER, STRUKTURELEMENTE UND MOLEKULARE ERKENNUNGSGRUPPEN 104 5.4 DER TRAEGER DER BIOLOGISCHEN ENERGIE: ATP 108 INHALTSVERZEICHNIS VI 5.5 LIPIDE SIND GRUNDBAUSTEINE DER BIOMEMBRANEN UND LANGZEITSPEICHER FUER ENERGIE 109 ANHANG 5A: CHEMISCHE STRUKTURFORMELN 115 LITERATUR 116 6 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON PROTEINEN 117 6.1 GRUNDLEGENDES ZUR STRUKTUR DER PROTEINE 117 6.2 PHYSIKALISCHE WECHSELWIRKUNGEN IN UND ZWISCHEN PROTEINEN 122 6.2.1 KOVALENTE BINDUNGEN 122 6.2.2 VERAENDERUNG DER BINDUNGSWINKEL 123 6.2.3 ROTATION UM KOVALENTE BINDUNGEN 123 6.2.4 STERISCHE ABSTOSSUNG 124 6.2.5 DIE GEOMETRIE DER PEPTIDBINDUNG UND DAS RAMACHANDRAN-DIAGRAMM 125 6.3 ELEKTROSTATISCHE WECHSELWIRKUNGEN 127 6.3.1 PUNKTLADUNGEN IN DIELEKTRIKA 127 6.3.2 BORNSCHE SELBSTENERGIE 128 6.3.3 PUNKTLADUNGEN IN ELEKTROLYTLOESUNGEN 129 6.3.4 DIPOLARE ODER VAN-DER-WAALS-WECHSELWIRKUNGEN 135 6.4 WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNGEN 139 6.5 DIE HYDROPHOBE WECHSELWIRKUNG 140 6.6 DEHYDRATISIERUNGSKRAEFTE 145 6.7 DEPLETION FORCES: EINE DURCH MAKROMOLEKUELE VERMITTELTE WECHSELWIRKUNG 146 6.8 FREIE-VOLUMEN-EFFEKTE IN LOESUNGEN VIELER KOMPONENTEN (MOLECULAR CROWDING) 148 6.8.1 GELPERMEATIONSCHROMATOGRAPHIE ALS BEWEGUNG IN EINEM YYGEFUELLTEN " VOLUMEN 150 6.8.2 CHEMISCHE REAKTIONEN UND AKTIVITAETSKOEFFIZIENTEN IN LOESUNGEN MIT GERINGEM FREIEM VOLUMEN 152 ANHANG 6A: VISUALISIERUNG VON MOLEKUELSTRUKTUREN 155 ANHANG 6B: DIE THEORIE DER SKALIERTEN PARTIKEL - EIN ANALYTISCHES MODELL ZUR BERECHNUNG DES ZUGAENGLICHEN VOLUMENS IN GEFUELLTEN LOESUNGEN 155 LITERATUR 157 7 FALTUNG, KONFORMATIONSUMWANDLUNGEN UND -FLUKTUATIONEN VON PROTEINEN 161 7.1 PROTEINFALTUNG 161 7.1.1 DER PHASENRAUM DER PROTEINFALTUNG 164 7.1.2 THERMISCH GETRIEBENE PASSAGE UEBER ENERGETISCHE BARRIEREN 165 7.1.3 THEORIE DES UEBERGANGSZUSTANDS 166 7.1.4 THEORIE VON KRAMERS 167 7.1.5 DIE PROTEINFALTUNG WIRD DURCH LOKALE UND NICHTLOKALE WECHSELWIRKUNGEN BESTIMMT 171 7.1.6 MEHRERE KINETISCH VERKNUEPFTE MINIMA IM TRICHTER 177 7.1.7 TIEFE KINETISCHE FALLEN 179 7.2 ELEMENTE DER SEKUNDAERSTRUKTUR, FALTUNG AUFGRUND LOKALER WECHSELWIRKUNGEN UND KONFORMATIONSUMWANDLUNGEN 181 7.2.1 KOOPERATIVE KONFORMATIONSUMWANDLUNGEN: DAS REISSVERSCHLUSSMODELL 182 VIII INHALTSVERZEICHNIS 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.3 7.3.1 7.3.2 SCHMELZEN VON DNA 187 DIE KOOPERATIVITAET VON UMWANDLUNGEN ALS CHEMISCHES GLEICHGEWICHT 191 KOOPERATIVITAET BEI DER LIGANDENBINDUNG: DER HILL-KOEFFIZIENT 193 VORHERSAGE DER SEKUNDAERSTRUKTUREN VON PROTEINEN 198 DIE DYNAMIK VON BIOMAKROMOLEKUELEN 200 DIE SIMULATION VON PROTEINSTRUKTUREN 200 DIE DYNAMIK VON PROTEINEN BEI TIEFEN TEMPERATUREN 206 ANHANG 7A: EINE GENAUERE BETRACHTUNG DER THEORIE DES UEBERGANGSZUSTANDS 211 ANHANG 7B: ERGAENZUNG ZUR KRAMERS-THEORIE DER REAKTIONSRATE 214 ANHANG 7C: DER VERLET-ALGORITHMUS ZUR INTEGRATION DER ZEITSCHRITTE IN KLASSISCHEN MOLEKULARDYNAMIKSIMULATIONEN 215 LITERATUR 216 8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.2 8.2.1 8.2.2 8.3 MOLEKULARE ERKENNUNG 221 DAS KONZEPT DER SPEZIFISCHEN BINDUNG 221 STRATEGIEN ZUR ERZIELUNG HOHER SPEZIFITAET 223 BEISPIELE FUER SPEZIFISCHE BINDUNGEN 225 MECHANISCHES BRECHEN SPEZIFISCHER BINDUNGEN 229 EXKURS: DIE MECHANISCHE STABILITAET DER PROTEINFALTUNG 237 MECHANISCHES BRECHEN DER BASENPAARUNG IN DNA 241 THERMISCH FLUKTUIERENDE FEDERN: DER BROWNSCHE OSZILLATOR 243 LITERATURS 249 TEIL III BIOLOGISCHE MEMBRANEN 253 9 MOLEKULARE ARCHITEKTUR UND FUNKTIONEN BIOLOGISCHER MEMBRANEN 255 9.1 9.2 9.3 9.3.1 9.3.2 WESHALB PHYSIKER SICH FUER BIOLOGISCHE MEMBRANEN INTERESSIEREN SOLLTEN 255 MIKROANATOMIE BIOLOGISCHER VERBUNDMEMBRANEN: ERYTHROZYTEN 256 DIE MOLEKULARE ARCHITEKTUR BIOLOGISCHER MEMBRANEN 261 MEMBRANEN ALS MULTIKOMPONENTEN-LIPIDLEGIERUNGEN: DAS LIPIDOM 261 ZUR VERTEILUNG DER LIPIDE ZWISCHEN DEN KOMPARTIMENTEN: EIN WEG ZUR SPEZIALISIERUNG BIOLOGISCHER MEMBRANEN 263 9.3.3 9.4 DIE VIER KLASSEN DER MEMBRANPROTEINE: EIN UEBERBLICK 265 DER AUFBAU ELEKTRISCHER POTENTIALE DURCH MOLEKULARE PUMPEN UND LONENTRANSPORTER 268 9.4.1 9.4.2 9.5 9.5.1 9.6 9.7 9.8 MECHANISMUS DES LONENTRANSPORTS DURCH P-TYP-ATPASEN 270 ZUR ENERGETIK DER PUMPEN 271 EIN KURZES INTERMEZZO UEBER DIE BIOSYNTHESE DER MEMBRANEN 272 PROTEINTRANSFER IN MITOCHONDRIEN 274 INTRAZELLULAERER TRANSPORT DURCH VESIKEL SCHAFFT ORDNUNG IN DEN ZELLEN 276 EISENIMPORT DURCH CLATHRINUMMANTELTE VESIKEL 278 SIGNALUEBERTRAGUNG UND SIGNALVERSTAERKUNG AN MEMBRANEN 279 INHALTSVERZEICHNIS \| IX 9.9 DIE PHOTONENEMPFAENGER DER AUGEN FUNKTIONIEREN NACH DEM PRINZIP DER HORMONVERSTAERKER 281 9.10 SIGNALUEBERTRAGUNG UND SIGNALVERSTAERKUNG DURCH REZEPTOR-TYROSINKINASEN 287 9.11 DIE MOLEKULAREN GTPASE-SCHALTER UND IHRE HELFERPROTEINE (GEF, GDI, GAP) 289 9.12 UEBER EIN HYPERBOLISCHES GESETZ DER HORMONWIRKUNG UND DIE EFFIZIENZ DIFFUSIONSBESTIMMTER REAKTIONEN IN ZWEI DIMENSIONEN 290 LITERATUR 292 10 SELBSTORGANISATION, PHASENUMWANDLUNGEN UND DYNAMIK BIOLOGISCHER MEMBRANEN 295 10.1 SELBSTORGANISATION UND LYOTROPER POLYMORPHISMUS VON LIPIDEN IN WASSER: EINSCHALIGE VESIKEL ALS NULLMODELL BIOLOGISCHER MEMBRANEN 296 10.1.1 DER HYDROPHOBE EFFEKT BESTIMMT DIE SELBSTORGANISATION UND STABILITAET DER ZELLMEMBRANEN 298 10.2 THERMISCH UND ELEKTRISCH INDUZIERTE STRUKTURELLE PHASENUMWANDLUNGEN VON MEMBRANEN 300 10.2.1 THERMOTROPE PHASENUMWANDLUNGEN VON MEMBRANEN 300 10.2.2 ZUR KONTROLLE DER PHASENUMWANDLUNG UND DEREN BEDEUTUNG FUER DAS UEBERLEBEN DER ZELLEN 302 10.2.3 MEMBRANEN ALS GELADENE GRENZFLAECHEN: LADUNGSINDUZIERTE PHASENUMWANDLUNGEN 304 10.3 MOLEKULARSTATISTISCHE MODELLE DER THERMOTROPEN PHASENUMWANDLUNG 306 10.3.1 DAS KINKENMODELL DES KETTENSCHMELZENS 306 10.3.2 CHARAKTERISIERUNG DER FLUESSIGKRISTALLINEN ORDNUNG DER MEMBRANEN 307 10.3.3 THEORETISCHE MODELLE DER PHASENUMWANDLUNG 309 10.4 DIE HIERARCHIE DYNAMISCHER MEMBRANPROZESSE 310 10.5 MEMBRANEN ALS FLUESSIGKEITEN ZWISCHEN ZWEI UND DREI DIMENSIONEN 312 10.6 DYNAMISCHE SCHALTUNG FUNKTIONELLER PROTEINE DURCH ELEKTROSTATISCH-HYDROPHOBE REKRUTIERUNG AN MEMBRANEN 318 10.7 MARCKS: EIN BEISPIEL FUER DIE ELEKTROSTATISCH HYDROPHOBE MEMBRANBINDUNG VON PROTEINEN 319 10.8 DURCH SELEKTIVE LIPIDANKER VERMITTELTE MEMBRANKOPPLUNG UND INTERAKTIVE KOPPLUNG DER ENZYME 322 ANHANG 10A: DIE ABSCHAETZUNG VON BINDUNGSENERGIEN AUS ABSOLUTEN GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN 325 LITERATUR 326 11 MEMBRANEN ALS SEMIFLEXIBLE ELASTISCHE SCHALEN 331 11.1 EINFUEHRUNG IN DIE GRUNDLAGEN DER ELASTIZITAET WEICHER SCHALEN 331 11.2 DIE FORMENVIELFALT BIOLOGISCHER SCHALEN ALS MINIMALFLAECHEN DER ELASTISCHEN ENERGIE 337 11.3 LOKALE MODULATION UND STABILISIERUNG DER FORMEN DURCH KOPPLUNG ZWISCHEN ZYTOSKELETT UND MEMBRAN 340 11.3.1 ERYTHROZYTEN: WUNDERWERKE DER MECHANISCHEN KONSTRUKTION 342 INHALTSVERZEICHNIS 11.4 MEMBRANEN ALS STATISTISCHE FLAECHEN, MEMBRANFLACKERN UND ONDULATIONSKRAEFTE 343 11.4.1 11.4.2 FOURIER-SPEKTROSKOPIE DER BIEGEFLUKTUATIONEN 344 ENTROPISCHE SPANNUNGEN UND DURCH ONDULATIONSKRAEFTE SPANNUNGSINDUZIERTE ZELLADHAESION 345 11.4.3 11.5 11.5.1 DIE PERSISTENZLAENGE SEMIFLEXIBLER MEMBRANEN 349 DIE AKTIV GETRIEBENE OBERFLAECHENRAUIGKEIT DER ZELLEN 350 ZUR BIOLOGISCHEN BEDEUTUNG DER ONDULATIONEN 351 LITERATUR 352 12 THERMOMECHANISCHE PRINZIPIEN DER STRUKTURIERUNG UND FUNKTION BIOLOGISCHER MEMBRANEN 355 12.1 EINLEITUNG: WARUM MUESSEN WIR UNS MIT PHASENDIAGRAMMEN VON LIPIDLEGIERUNGEN BEFASSEN? 355 12.2 12.3 DIE THERMODYNAMIK VON LIPIDMISCHUNGEN 357 DIE VERTEILUNG VON LIPIDEN UND PROTEINEN DURCH DAS PRINZIP DER HYDROPHOBEN LAENGENADAPTION 363 12.3.1 12.4 12.5 DURCH LIPIDE VERMITTELTE PROTEIN-PROTEIN-WECHSELWIRKUNGEN 365 MEMBRANDEFEKTE ALS MODULATOREN BIOCHEMISCHER REAKTIONEN 368 MATERIALIMPORT (ENDOZYTOSE) UND INTRAZELLULAERE VERTEILUNG DURCH TRANSPORTVESIKEL (ENDOSOMEN) 370 12.5.1 12.5.2 12.5.3 DIE CLATHRINGESTEUERTE ENDOZYTOSE 371 DIE CAVEOLINVERMITTELTE ENDOZYTOSE 373 KNOSPUNG UND VERARBEITUNG DER VOM TRANS GOLGI-APPARAT ABSPALTENDEN ENDOSOMEN 373 12.6 VESIKELFISSION DURCH ZUSAMMENSPIEL VON MECHANOENZYMEN MIT REGULATOREN DER LIPIDGESTEUERTEN MEMBRANDESTABILISIERUNG 377 12.6.1 12.6.2 12.7 VORBEMERKUNG 377 ZWEI MECHANISMEN DER VESIKELFISSION 378 MEMBRANFUSION ALS SPANNUNGSGETRIEBENE MEMBRANINSTABILITAET 380 ANHANG 12A: DIE GEOMETRISCHE KONSTRUKTION VON PHASENDIAGRAMMEN 384 ANHANG 12B: ENDOZYTOSE UND INTRAZELLULAERE SORTIERUNG UND UMVERTEILUNG DER LIPIDE UND PROTEINE 387 ANHANG 12C: RAB-VERMITTELTER VESIKELTRANSFER ZWISCHEN INTRAZELLULAEREN KOMPARTIMENTEN: EIN BEISPIEL 389 LITERATUR 390 13 ZELLADHAESION ALS WECHSELSPIEL SPEZIFISCHER, UNIVERSELLER UND ELASTISCHER KRAEFTE 395 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 EINLEITUNG 395 MODELLSYSTEME LIEFERN EINBLICKE IN DIE PHYSIK DER ADHAESION 398 DIE ZELLADHAESION ALS BENETZUNGSUEBERGANG ERSTER ORDNUNG 402 MODULATION DER ZELLADHAESION DURCH EXTERNE KRAEFTE 405 ZELLADHAESION IN EXTRAZELLULAEREN POLYMERNETZWERKEN 406 STIMULATION DER T-LYMPHOZYTEN DURCH ADHAESION AUF ANTIGENPRAESENTIERENDEN ZELLEN (APZ) 409 INHALTSVERZEICHNIS 13.7 13.8 ADHAESIONSDOMAENEN ALS REAKTIONSZENTREN DER LYMPHOZYTEN-STIMULATION 411 UEBER DIE DURCH ADHAESION VERMITTELTE GLOBALE POLARISIERUNG DER T-ZELLEN 413 ANHANG 13A: KLASSIFIZIERUNG DER ZELLREZEPTOREN 415 LITERATUR 418 TEIL IV BIOPHYSIK DER NERVENLEITUNG 421 14 14.1 14.1.1 14.2 14.2.1 14.2.2 PHYSIOLOGIE UND ELEKTROSTATIK DER NERVENLEITUNG 423 DAS NERVENSYSTEM UND DIE PHAENOMENOLOGIE DER NERVENLEITUNG 423 SIGNALUEBERTRAGUNG AN DEN SYNAPSEN DURCH SIGNALMOLEKUELE 426 ELEKTROSTATIK DER NERVENLEITUNG 428 DAS ELEKTRISCHE MEMBRANPOTENTIAL: EIN UEBERBLICK 428 WIE ELEKTROCHEMISCHE POTENTIALE LONENSTROEME DURCH PASSIVE MEMBRANEN TREIBEN 431 14.2.3 14.2.4 14.2.5 DAS PLANCKSCHE DIFFUSIONSPOTENTIAL 433 DAS DONNAN-POTENTIAL 433 DIE GOLDMAN-GLEICHUNG DES STATIONAEREN MEMBRANPOTENTIALS (RUHEPOTENTIALS) 434 14.2.6 14.2.7 DAS STATIONAERE POTENTIAL VSS 436 DAS RUHEPOTENTIAL DES TINTENFISCH-AXONS BESTAETIGT DIE GOLDMAN-GLEICHUNG 437 14.2.8 14.3 14.4 ZUR STROMBILANZ: DIE BALANCE ZWISCHEN AKTIVEN UND PASSIVEN STROEMEN 439 MYELINBILDUNG DURCH KONTROLLE DER ZELLADHAESION 439 STEUERUNG DES GERICHTETEN WACHSTUMS DER AXONE DURCH ZELL-ZELL-KONTAKTE 442 APPENDIX 14A: ADHAESIONSKONTROLLIERTE WEGFINDUNG VON AXONEN 444 LITERATUR 446 15 15.1 15.1.1 ELEKTRODYNAMIK DER NERVENERREGUNG 449 DIE ERREGUNG DER NERVENMEMBRAN: DAS AKTIONSPOTENTIAL 449 BEOBACHTUNG DER AKTIONSPOTENTIALE MIT FLUORESZENZSONDEN UND TRANSISTOREN 450 15.2 15.3 15.3.1 15.3.2 15.3.3 15.3.4 15.3.5 DER AEQUIVALENZSCHALTKREIS ERREGBARER MEMBRANEN 452 FUNDAMENTALE EXPERIMENTE DER NEUROPHYSIK 454 ANALYSE DER LONENSTROEME DURCH VARIATION DER ELEKTROLYTKONZENTRATION 454 TRENNUNG DER LONENSTROEME DURCH ANWENDUNG VON KANALBLOCKERN 455 EINZELKANALMESSUNGEN MIT PATCH-CLAMP-TECHNIK 456 NEURONEN KOENNEN NICHT BELIEBIG SCHNELL FEUERN: DIE REFRAKTAERPHASE 456 EINSCHALTEN DES AKTIONSPOTENTIALS DURCH EINEN VERSCHIEBUNGSSTROM: ELEKTRO-ELASTISCHE SCHALTPROZESSE 456 15.4 15.5 15.6 DIE HUXLEY-HODGKIN GLEICHUNGEN 458 MOLEKULARE MECHANISMEN DES LONENTRANSPORTS DURCH KATIONENKANAELE 462 DER MOLEKULARE MECHANISMUS DER SIGNALUEBERTRAGUNG AN SYNAPSEN UND AXONHUEGELN 464 XII INHALTSVERZEICHNIS 15.7 15.7.1 KINETIK UND STATISTIK DES LONENTRANSPORTS DURCH MEMBRANEN 469 DER MECHANISMUS DES LONENTRANSPORTS DURCH LONOPHORE UND ANTIBIOTIKA 469 15.7.2 15.7.3 SPANNUNGSSPRUNGEXPERIMENTE 471 FOURIER-SPEKTROSKOPIE DER STROMFLUKTUATION 473 ANHANG 15A: EIN THERMODYNAMISCHES MODELL ELEKTRISCH UND CHEMISCH GESTEUERTER KOOPERATIVER PROZESSE 476 LITERATUR 480 16 16.1 16.2 AXONMODELLE UND DIE SIGNALFORTPFLANZUNG IN AXONEN 481 NERVENLEITER ALS KOAXIALKABEL MIT DIFFUSIVEM SIGNALTRANSPORT 481 DIE HUXLEY-HODGKIN-GLEICHUNG UND DIE AUSBREITUNG AKTIVER AKTIONSPOTENTIALE 484 16.3 ZUR BESCHLEUNIGUNG DER SIGNALFORTPFLANZUNG ERFAND DIE NATUR DIE MYELINHUELLE 485 16.4 16.5 16.6 DAS FITZHUGH-NAGUMO-MODELL DER NERVENERREGUNG 487 DIE BEZIEHUNG DER NERVENLEITUNG ZUM VAN-DER-POL-OSZILLATOR 491 REALISIERUNG DES FITZHUGH-MODELLS DURCH TUNNELDIODEN 493 LITERATUR 497 TEIL V BIOPHYSIK DER ZELLEN UND MAKROMOLEKUELE 499 17 BIORHYTHMIK DURCH SYNCHRONISATION SELBSTERREGENDER OSZILLATOREN 501 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 EIN LEBENSWICHTIGES BEISPIEL: DIE STEUERUNG DER HERZKONTRAKTION 502 ABNORMALE RHYTHMEN: HERZRHYTHMUSSTOERUNG UND HERZBLOCK 504 ZELLKULTUREN ALS HERZMODELLE 505 MECHANISCHE SYNCHRONISATION RHYTHMISCH SCHLAGENDER MUSKELZELLEN 507 PERIODISCHE ERREGUNG UND SYNCHRONISATION DES VAN-DER-POL-GENERATORS 510 LITERATUR 512 18 18.1 18.1.1 18.1.2 18.1.3 18.2 MIKROANATOMIE UND FUNKTION DES ZYTOSKELETTS 513 ZUR STRUKTUR UND BIOCHEMIE DER GRUNDBAUSTEINE 513 AKTINFILAMENTE SIND REVERSIBEL POLYMERISIERBARE POLYMERE 513 MIKROTUBULI ALS REVERSIBEL WACHSENDE UND SCHRUMPFENDE NANOROEHREN 516 DIE INTERMEDIAERFILAMENTE 518 AKTINBINDEPROTEINE REGULIEREN DEN DYNAMISCHEN UMBAU DER AKTINNETZWERKE 519 18.3 18.4 AKTINBINDEPROTEINE ALS REGULATOREN DES AKTINBASIERTEN ZYTOSKELETTS 520 REGULATION DER DYNAMISCHEN INSTABILITAET DER MIKROTUBULI UEBER DIE MECHANISCHE VERSPANNUNG DER PROTOFILAMENTE 523 18.5 ANTRIEB DER ZELLMIGRATION DURCH SEQUENTIELLE SOLITAERE AKTIN-POLYMERISATIONSWELLEN 525 18.5.1 18.5.2 PHAENOMENOLOGIE DER ZELLBEWEGUNG 525 DAS TRETMUEHLENMODELL DES SEQUENTIELLEN VORSCHUBS DER PSEUDOPODIEN 527 INHALTSVERZEICHNIS XIII 18.6 18.6.1 FILOPODIEN UND CILIEN: KUNDSCHAFTER UND FANGARME DER ZELLEN 530 DYNAMISCHES WACHSTUM UND STATIONAERER ZUSTAND DER KRAFTERZEUGENDEN FILOPODIEN 532 18.6.2 18.6.3 DIE MIKROMECHANIK DES BEUTEFANGS UND DAS EINFANGEN VON PATHOGENEN 535 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 537 ANHANG 18A: KONTROLLE DER SCHRITTWEITE DER SOLITAEREN POLYMERISATIONSIMPULSE: PI-3K ALS HAUPTSCHALTER 538 ANHANG 18B: DIE BEWEGUNG VON LISTERIA MONOCYTOGENES DURCH WIRTSZELLEN 539 LITERATUR 540 19 19.1 19.2 MOLEKULARE LINEARMOTOREN DER ZELLEN 543 DIE MOTOREN DER MYOSINFAMILIE 543 DER MOLEKULARE MECHANISMUS DER KRAFTERZEUGUNG: PROZESSIVITAET UND TASTVERHAELTNIS 545 19.3 19.3.1 19.3.2 19.3.3 19.3.4 19.4 19.5 19.6 MIKROTUBULIASSOZIIERTE MOTOREN DER KINESIN UND DYNEINFAMILIEN 548 DIE KINESINFAMILIE: FUNKTIONELLE VIELFALT DURCH ISOMERENBILDUNG 548 DER DYNEINMOTOR: FUNKTIONELLE VIELFALT DURCH REGULATOREN 550 KONDITIONIERUNG DER DYNEINMOTOREN 551 DAS TAUZIEHEN ZWISCHEN KINESIN UND DYNEIN 552 KRAFTSPEKTROSKOPIE DER MYOSINMOTOREN MIT OPTISCHEN PINZETTEN 553 THEORETISCHE BESCHREIBUNGEN DER LINEARMOTOREN 556 MYOSIN X: EIN MOTORKOMPLEX, DER AKTIN UND MIKROTUBULI KOPPELT 558 LITERATUR 559 20 20.1 DER MUSKEL: ANATOMIE UND PHAENOMENOLOGIE DER FUNKTION 561 MORPHOLOGIE DES MUSKELS: DER MUSKEL ALS ANORDNUNG PARALLEL GESCHALTETER LINEARMOTOREN 561 20.2 20.3 20.4 20.5 20.6 DAS QUERBRUECKENMODELL DER MUSKELKONTRAKTION 562 THERMOMECHANIK DER MUSKELKONTRAKTION: DIE HILL-GLEICHUNG 563 ZUR ENERGIEVERSORGUNG DER MUSKELN 568 CA 2+ -IMPULSE TRIGGERN DIE MUSKELKONTRAKTION 568 COSTAMERE: ZENTREN DER FILAMINVERMITTELTEN KRAFTUEBERTRAGUNG ZWISCHEN MUSKELN UND GEWEBE 569 LITERATUR 574 21 21.1 21.2 21.2.1 21.2.2 21.2.3 21.3 21.4 21.5 PROTONENGETRIEBENE ROTATIONSMOTOREN 577 MIKROANATOMIE DES ROTATIONSMOTORS 579 PHAENOMENOLOGIE UND EFFIZIENZ PROTONENGETRIEBENER MOTOREN 580 DIE NANOSTRUKTUREN VON ROTOR UND STATOR 581 MESSUNG DER DREHMOMENTE 583 MESSUNG DES ARBEITSVERHAELTNISSES 583 MOLEKULARE MODELLE DES BAKTERIELLEN ROTATIONSMOTORS 584 BAKTERIEN BESITZEN SENSOREN FUER CHEMOTAKTISCHE GRADIENTEN 586 UMSCHLAG DER DREHRICHTUNG DURCH FESTKOERPERUMWANDLUNG DER FLAGELLEN 590 LITERATUR 593 XIV INHALTSVERZEICHNIS 22 LEBEN BEI KLEINEN REYNOLDS-ZAHLEN: KRAFTERZEUGUNG DURCH FLAGELLEN UND CILIEN 595 22.1 22.2 DAS GLEITMODELL DER CILIENBEWEGUNG 596 DIE BEWEGUNGSMODEN DER FLAGELLEN UND CILIEN BESTIMMEN DIE FUNKTION DER ANTRIEBSELEMENTE 597 22.3 WIE BAKTERIEN UND SPERMIEN SICH DURCHS WASSER SCHRAUBEN UND CILIEN IHRE BEWEGUNG KOORDINIEREN 599 22.3.1 MECHANISMEN DES MATERIALTRANSPORTS DURCH SYNCHRONISIERTE SCHLAGBEWEGUNGEN DER CILIEN 601 LITERATUR 603 23 23.1 23.2 23.3 MAKROMOLEKUELE DES EXTRAZELLULAEREN RAUMS 605 GEWEBE ALS VERBUNDMATERIAL AUS ZELLEN UND MAKROMOLEKUELEN 605 CELLULOSE ALS SCHUTZHUELLE DER PFLANZENZELLEN 608 DER GLASKOERPER DES AUGES ALS LEBENSWICHTIGES BEISPIEL EINER GEL-SOL-KOEXISTENZ 608 23.4 VERBINDUNGEN ZWISCHEN ZELLEN: DIE GRENZEN DER ORGANE UND DIE BLUT-HIRN-SCHRANKE 609 23.5 23.6 STABILISIERUNG VON PFLANZEN UND BAEUMEN DURCH FASERVERSTAERKUNG 610 MECHANISCHE STABILITAET BIOLOGISCHER NANOKOMPOSITE: DAS GRIFFITH-KRITERIUM 613 23.7 EPILOG UND PERSPEKTIVEN 615 LITERATUR 616 24 PHYSIK FLEXIBLER MAKROMOLEKUELE: VOM EINZELMOLEKUEL ZUR LOESUNG 617 24.1 VON DER GAUSSSCHEN KETTE ZU WURMARTIGEN POLYMEREN ODER: VON UNIVERSELLEN ZU SPEZIFISCHEN EIGENSCHAFTEN 618 24.2 24.3 DAS FLORY-MODELL DES AUSGESCHLOSSENEN VOLUMENS 621 DIE PERSISTENZLAENGE ALS MASS FUER DIE KETTENSTEIFIGKEIT SEMIFLEXIBLER POLYMERE 622 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 24.9 DIE STRUKTUR MAKROMOLEKULARER LOESUNGEN 624 THERMODYNAMIK VON MAKROMOLEKULAREN LOESUNGEN UND POLYELEKTROLYTEN 626 PHASENTRENNUNG IN POLYMERLOESUNGEN 628 DER OSMOTISCHE DRUCK UND DER DAMPFDRUCK MAKROMOLEKULARER LOESUNGEN 629 LADUNGSKONDENSATION UND KETTENVERSTEIFUNG GELADENER POLYMERE 631 DER ELEKTRO-OSMOTISCHE ZUSATZDRUCK VON GELADENEN POLYMEREN 633 ANHANG 24A: DER ELEKTROSTATISCHE BEITRAG ZUM VIRIALKOEFFIZIENTEN GELADENER MAKROMOLEKUELE 634 ANHANG 24B: HAEUFIG BENUTZTE SYMBOLE 635 LITERATUR 635 25 25.1 25.2 MOLEKULARE DYNAMIK UND ELASTIZITAET SEMIFLEXIBLER FILAMENTE 637 EINZELFILAMENTDYNAMIK UND ELASTIZITAET SEMIFLEXIBLER FILAMENTE 638 MESSUNG DER BIEGESTEIFIGKEIT, DER RAUIGKEIT UND DER VERHEDDERUNGSLAENGE SEMIFLEXIBLER FILAMENTE 639 INHALTSVERZEICHNIS \| XV 25.3 DIE ANISOTROPE FEDERKONSTANTE SEMIFLEXIBLER FILAMENTE 641 25.4 RELAXATIONSZEITEN DER THERMISCHEN ANREGUNGEN 642 LITERATUR 643 26 VISKOELASTIZITAET HOMOGENER NETZWERKE UND GELE 645 26.1 DAS PRINZIP DER VISKOELASTIZITAET UND WAS WIR DARAUS LERNEN KOENNEN 645 26.1.1 KONTINUUMSMECHANISCHE KONZEPTE UND METHODEN DER RHEOMETRIE 647 26.1.2 GRUNDLAGEN DER RELAXATIONSEXPERIMENTE 648 26.1.3 GRUNDLAGEN DER IMPEDANZSPEKTROSKOPIE 649 26.2 KONZEPTE UND METHODEN DER NANORHEOMETRIE 651 26.3 DIE VISKOELASTISCHE IMPEDANZ VERSCHLAUFTER UND SCHWACH VERKNOTETER NETZWERKE DES AKTINS 653 ANHANG 26A: QUANTIFIZIERUNG DER MECHANISCHEN BELASTBARKEIT BIOLOGISCHER UND BIOTECHNISCHER MATERIALIEN 656 LITERATUR 661 27 PHYSIK UND FUNKTION VON GELEN: ZWISCHEN FESTKOERPER UND FLUESSIGKEIT 663 27.1 HOMOGENE GELE: MUSTERBEISPIELE FUER GUMMIELASTISCHE NETZWERKE 664 27.2 DIE GUMMIELASTIZITAET VERKNOTETER SEMIFLEXIBLER NETZWERKE 665 27.3 KONTROLLE DER FILAMENTSTEIFIGKEIT DURCH BUENDELBILDUNG 666 27.4 DIE BILDUNG HETEROGENER GELE ALS PERKOLATIONSPROZESS 667 27.5 DER PERKOLATIONSUEBERGANG IN AKTINNETZWERKEN 669 27.6 NICHTLINEARE VISKOELASTIZITAET - SCHERVERSTEIFUNG UND GRENZEN DER STABILITAET 672 27.7 VISKOELASTIZITAET UND SOL-GEL-UEBERGAENGE AKTIVER AKTIN-MYOSIN-NETZWERKE 672 27.8 SELBSTORGANISATION DES ZYTOSKELETTS IN RIESENVESIKELN: AUF DEM WEG ZU MECHANISCHEN ZELLMODELLEN 676 LITERATUR 677 28 ZELLEN ALS MECHANOSENSOREN UND CHEMOMECHANISCHE AKTUATOREN 679 28.1 EINLEITUNG: DAS SCHALEN-SEIL-MODELL DER ZELLE 679 28.2 DAS ENDOTHELIUM ALS AKTIVE SEMIPERMEABLE BARRIERE FUER WEISSE BLUTZELLEN 682 28.3 HORMONINDUZIERTE STEUERUNG DES ZELLULAEREN SPANNUNGSZUSTANDS 685 28.4 RICHTUNGSSENSITIVE SPANNUNGSSENSOREN KONTROLLIEREN DIE ADHAESION DER ENDOTHELZELLEN 689 28.4.1 DIE PHYSIOLOGISCHE BEDEUTUNG DES RICHTUNGSABHAENGIGEN SPANNUNGSSENSORS 693 28.5 ADHAESIONSDOMAENEN ALS BIOCHEMISCHE RELAISSTATIONEN UND KRAFTZENTREN DES ZELLVORSCHUBS: LOGISTISCH GESTEUERTE SELBSTORGANISATION 695 28.5.1 EIN MODELL DER SCHUBKRAFT-ERZEUGENDEN POLYMERISATIONSMASCHINE 697 28.6 LOKALE UND GLOBALE KONTROLLE DER ZELLBEWEGUNG DURCH DEN RAUMZEITLICHEN RAC-RHO-ANTAGONISMUS 698 28.6.1 LOGISTISCHE RAUMZEITLICHE SCHALTUNG DER GTPASEN 698 XVI INHALTSVERZEICHNIS 28.6.2 MECHANISCHE KONTROLLE DURCH DEHNUNGSSENSITIVE ADAPTOREN (CAS UND CRK) UND DAS AKTINBINDEPROTEIN FILAMIN 700 28.6.3 DYNAMISCHE ORCHESTRIERUNG DER GERICHTETEN ZELLBEWEGUNG DURCH MIKROTUBULI 701 28.6.4 28.6.5 EIN MODELL DER RETRAKTION VON ZENTROSOM UND KERN 703 KONTROLLE DER ZELLPOLARISIERUNG DURCH DEN CA 2+ -SENSITIVEN MT-AKTIN-KOPPLER IQGAP 703 28.7 ZUSAMMENFASSUNG, SCHLUSSFOLGERUNGEN UND PERSPEKTIVEN 704 ANHANG 28A: SPANNUNGSSENSITIVE ADAPTOREN UND GERUESTPROTEINE 706 ANHANG 28B: INHIBITION DER RHOA-AKTIVITAET AN DER ZELLFRONT DURCH SEKUNDAERE ADHAESIONSDOMAENEN 707 ANHANG 28C: DIE AKTIN-MEMBRANKOPPLER: EZRIN, MOESIN, RADIXIN, TALIN, KINDLIN, MERLIN 707 LITERATUR 708 29 29.1 MIKROMECHANIK UND SPANNUNGSHOMOEOSTASE DER ZELLEN 713 MIKROMECHANISCHE METHODEN ZUR MESSUNG ELASTISCHER IMPEDANZEN DER ZELLSCHALEN 713 29.1.1 29.2 DIE KARTIERUNG DES KRAFTFELDS 716 MESSUNG DER WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN ZELLE UND SUBSTRAT DURCH KRAFTFELDMIKROSKOPIE 718 29.3 29.3.1 29.3.2 SPANNUNGSHOMOEOSTASE DER ZELLEN UND ZELLDIFFERENZIERUNG 722 DAS KRAFTDIPOLMODELL DER ZELL-GEWEBE-KOPPLUNG 724 EIN MOLEKULARES MODELL DES MECHANOREGULATORS DER SPANNUNGSHOMOEOSTASE 726 29.4 ERKUNDUNG DES ZYTOPLASMATISCHEN RAUMS DURCH VERFOLGUNG ARTIFIZIELLER ENDOSOMEN 727 ANHANG 29A: DIE ROLLE VON VINCULIN 730 LITERATUR 731 TEIL VI PHOTOSYNTHESE 735 30 30.1 30.2 30.2.1 30.2.2 PRIMAERPROZESSE DER PHOTOSYNTHESE 737 BEMERKUNGEN ZUR EVOLUTION DER PHOTOSYNTHESE UND BIOENERGETIK 738 ZWEI FUNDAMENTALE PROZESSE DER PHOTOSYNTHESE 739 DIE DUNKELREAKTIONEN 740 ELEKTRONEN-ZWISCHENSPEICHER SORGEN FUER DIE STOECHIOMETRIE DER PHOTOCHEMISCHEN REAKTIONEN 741 30.3 DIE MOLEKULARE ARCHITEKTUR DES PHOTOSYNTHESEAPPARATS DER PFLANZEN UND ALGEN 742 30.4 DAS BAKTERIELLE REAKTIONSZENTRUM: EINE ZYKLISCH ARBEITENDE ATP-PRODUZIERENDE MASCHINE 744 30.4.1 30.4.2 OPTIMIERUNG DES LICHTEINFANGS DURCH LICHTSAMMLERKOMPLEXE 744 PHAENOMENOLOGIE UND DYNAMIK DER GERICHTETEN LADUNGSTRENNUNG IN PHOTOSYNTHETISCHEN BAKTERIEN 746 30.4.3 PHOTOBLEICHEN ALS WERKZEUG ZUR UNTERSUCHUNG DER ELEMENTARSCHRITTE DER ELEKTRONENTRANSFERKETTE 749 INHALTSVERZEICHNIS \| XVII 30.5 AUFBAU VON PROTONENGRADIENTEN UND WASSERSPALTUNG IN PFLANZEN UND ALGEN: EIN BEWEIS DER CHEMO-OSMOTISCHEN-HYPOTHESE 750 30.6 PARALLELSCHALTUNG DER PHOTOSYSTEME UND DES SUKZESSIVEN ELEKTRONENTRANSFERS VON WASSER AUF P680 752 30.6.1 30.6.2 MESSUNG DER FLUORESZENZQUANTENAUSBEUTE DES PROTONENTRANSFERS 752 NACHWEIS DER SERIENSCHALTUNG DER REAKTIONSZENTREN MIT MOLEKULAREN SPANNUNGSMESSERN 752 30.6.3 30.6.4 30.6.5 30.7 DER SUKZESSIVE ELEKTRONENTRANSFER AUF DEM WEG ZUR WASSERSPALTUNG 753 EIN EINFACHER BEWEIS DES CHEMO-OSMOTISCHEN PARADIGMAS 754 BIOTECHNISCHE PERSPEKTIVEN DER BIOLOGISCHEN WASSERSPALTUNG 755 DIE DUALE ROLLE DER F1 F 0 -ATPASE ALS ATP SYNTHESEMASCHINE UND ROTATIONSMOTOR 756 30.7.1 ZWEI ELEGANTE EXPERIMENTE 758 ANHANG 30A: ERZEUGUNG VON NADPH DURCH KATABOLISMUS 759 ANHANG 30B: DIE OXIDATIVE PHOSPHORYLIERUNG IN DER ELEKTRONENTRANSFERKETTE DER MITOCHONDRIEN 760 LITERATUR 762 31 31.1 31.2 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN PHOTOBIOLOGISCHER PROZESSE 765 DIE ELEKTRONISCHEN ZUSTAENDE VON XT-ELEKTRONENSYSTEMEN 765 QUANTENMECHANISCHE GRUNDLAGEN DER PHOTOPHYSIK ORGANISCHER XT-ELEKTRONENSYSTEME 767 31.2.1 DAS MODELL DES FREIEN ELEKTRONENGASES: DAS ELEKTRON ALS TEILCHEN IM KASTEN 769 31.2.2 31.2.3 31.3 31.3.1 31.3.2 31.3.3 31.3.4 31.3.5 31.3.6 31.4 DIE ENERGIEN LINEAR UND ZYKLISCH KONJUGIERTER MOLEKUELE 770 SINGULETT UND TRIPLETTZUSTAENDE 773 PHOTOPHYSIK ANGEREGTER MOLEKUELE 775 ABSORPTION UND EMISSION VON LICHT 775 DIE FEINSTRUKTUR DER SPEKTREN: DAS FRANCK-CONDON-PRINZIP 778 DAS JABLONSKI-TERMSCHEMA VON XT-ELEKTRONENSYSTEMEN 781 PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE REAKTIONEN ANGEREGTER MOLEKUELE 783 DIE KONKURRENZ ZWISCHEN STRAHLENDEN UND STRAHLUNGSLOSEN UEBERGAENGEN 784 PHOTOPHYSIK DER GRUEN FLUORESZIERENDEN PROTEINE (GFP) 787 BANDENVERSCHIEBUNG DURCH KOMPLEXBILDUNG: DIE ROTVERSCHIEBUNG DES SPEZIELLEN PAARS 789 31.4.1 31.5 31.5.1 31.5.2 31.5.3 31.6 31.7 DIE ROLLE DER AUSTAUSCHWECHSELWIRKUNG 791 DIE ENERGIEWANDERUNG IM PHOTOSYNTHESEAPPARAT 791 DER FOERSTER-MECHANISMUS IM KLASSISCHEN BILD 792 DIE MESSUNG DES ENERGIETRANSFERS: EIN KLASSISCHES EXPERIMENT 795 DER AUSTAUSCHMECHANISMUS 796 MECHANISMEN DES ELEKTRONENTRANSFERS IN BAKTERIELLEN REAKTIONSZENTREN 797 ZUSAMMENFASSUNG 802 ANHANG 31A: HYBRIDISIERUNG VON ATOMORBITALEN UND DIE RICHTUNGSCHARAKTERISTIK VON BINDUNGEN 803 LITERATUR 805 XVIII INHALTSVERZEICHNIS TEIL VII PHYSIK DES HOERENS 807 32 32.1 32.1.1 32.1.2 32.1.3 32.2 32.3 32.4 32.5 32.6 ANATOMIE UND PHYSIOLOGIE DES HOERSINNS 809 STATIONEN DER AKUSTISCHEN INFORMATIONSVERARBEITUNG 809 DAS MITTELOHR ALS IMPEDANZWANDLER 809 DIE OHRMUSCHEL ALS ERSTES ELEMENT DER INFORMATIONSVERARBEITUNG 811 DAS OHR ALS AKTIVER SCHALLSENDER 812 STRUKTUR UND FUNKTION DES INNENOHRS 812 DIE NEURONALE VERARBEITUNG AKUSTISCHER SIGNALE 814 DER DYNAMISCHE BEREICH UND DIE FREQUENZCHARAKTERISTIK DES HOERSINNS 816 OPTIMIERUNG DES HOERSINNS: RESONANZUEBERHOEHUNG UND ZWEITE FILTERUNG 817 ZUSAMMENFASSUNG 820 LITERATUR 821 33 MECHANIK UND HYDRODYNAMIK DER COCHLEA-ERREGUNG: DAS WANDERWELLENMODELL VON BEKESY 823 33.1 33.2 33.3 DIE EXPERIMENTE VON BOEKESY UND DER WEG ZUR WANDERWELLENHYPOTHESE 823 ZUR THEORIE DER WELLENAUSBREITUNG IN DER COCHLEA 825 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 828 LITERATUR 829 34 34.1 HAARZELLEN ALS AKUSTO-ELEKTRISCHE SIGNALTRANSFORMATOREN 831 HAARZELLEN ALS NICHTLINEARE VERSTAERKER DER MECHANISCHEN SCHWINGUNGEN DER BASILARMEMBRAN 831 34.1.1 34.1.2 34.2 DER MOLEKULARE MOTOR DER OHZ ALS PIEZOELEKTRISCHER AKTUATOR 836 DIE HEBELARTIGE VERSTAERKUNG DER DEFORMATION DER BM DURCH DIE OHZ 837 INNERE HAARZELLEN ALS PASSIVE UND AKTIVE MECHANO-ELEKTRISCHE TRANSFORMATOREN 839 34.2.1 34.2.2 MIKROANATOMIE UND FUNKTION DER INNEREN HAARZELLEN 840 STEREOCILIEN (STEREOVILLI) SIND DYNAMISCHE STRUKTUREN VON ERSTAUNLICHER KOMPLEXITAET 840 34.3 STEREOVILLI ALS FREQUENZSELEKTIVE NICHTLINEARE VERSTAERKER UND AKTIVE MECHANISCHE OSZILLATOREN 842 34.3.1 34.4 34.4.1 34.4.2 34.5 DIE AKTIVE BEWEGUNG DER INNEREN HAARZELLEN 846 FREQUENZSELEKTIVE ADAPTION DER EMPFINDLICHKEIT VON IHZ 847 MOLEKULARE MODELLE DER ADAPTION 848 WIE DIE NATUR DEN HOERSINN VOR RAUSCHEN DURCH DEN BLUTSTROM SCHUETZT 850 ZUSAMMENFASSUNG 851 LITERATUR 852 35 35.1 35.2 35.2.1 35.3 35.3.1 35.3.2 THERMOMECHANIK, STRUKTUR UND FUNKTION VON VIREN 855 STRUKTURELLE ASPEKTE DER PARAMYXOVIREN (CORONA UND INFLUENZA) 855 TRANSFER DES GENOMS VON INFLUENZAVIREN IN DIE ZELLE 857 DER FUSIONSPROZESS 859 DIE BIOGENESE VON CORONAVIREN 859 DIE MORPHOLOGIE DER CORONAVIREN 859 DIE ORTE DER BIOGENESE: ERGIC 860 INHALTSVERZEICHNIS XIX 35.4 CORONAVIREN UND DIE BLUT-HIRN-SCHRANKE 861 35.5 DER WEG DER CORONAVIREN UEBER LYSOSOMEN INS GEWEBE 863 35.6 DIE STOERUNG DER REGULATION DES BLUTDRUCKS DURCH CORONAVIREN 864 35.7 DIE VERTEIDIGUNG DER ZELLEN GEGEN DEN ANGRIFF DURCH CORONAVIREN 865 35.8 PHYSIK UND BIOLOGIE DER VON PROTEINKAPSELN (CAPSIDEN) UMHUELLTEN VIREN 866 35.8.1 SYMMETRIEPRINZIPIEN ALS QUELLE VON INFORMATION 866 35.8.2 BIOLOGIE DER VON CAPSIDEN UMHUELLTENVIREN 867 35.8.3 DIE BILDUNG KRISTALLINER SCHALEN AUS ASYMMETRISCHEN BAUSTEINEN: DAS PRINZIP DER QUASIAEQUIVALENZ 870 35.8.4 DIE ELASTIZITAET DER 2D-PROTEINKRISTALLE BESTIMMT DIE FORMENVIELFALT UND STABILITAET DER VIRENCAPSIDE 874 LITERATUR 880 36 DIE PHYSIK DER SELBSTORGANISATION UND VERARBEITUNG DES GENOMS 883 36.1 DIE MOLEKULAREN ORGANISATIONSFORMEN DES GENOMS IN VIREN UND EUKARYOTEN 884 36.2 MECHANISCHE UND ELEKTROSTATISCHE BASIS DER DNA-VERARBEITUNG 886 36.2.1 TOPOISOMERIE UND TOPOLOGISCHE VERWICKLUNGEN DER DNA 888 36.2.2 ELEKTROSTATIK UND THERMODYNAMIK DER DNA-VERDICHTUNG 891 36.2.3 STABILISIERUNG SUPRAMOLEKULARER KOMPLEXE AUS POLYELEKTROLYTEN DURCH VERDRAENGUNG VON GEGENIONEN UND LADUNGSUMKEHR 894 36.2.4 THERMISCHE FLUKTUATIONEN LOCKERN DIE WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN DNA UND HISTON 895 36.3 DIE REGULATION DER GENEXPRESSION IN PROKARYOTEN 896 36.4 DIE DNA-KONDENSATION IN BAKTERIOPHAGEN ERFORDERT MEGAPASCAL-DRUECKE 901 36.5 DIE TERRITORIALE ORGANISATION DER CHROMOSOMEN IN EUKARYOTEN 904 36.5.1 DIE MIKROANATOMIE DES CHROMATINS: STATISCHE UND DYNAMISCHE ORGANISATION 904 36.5.2 EXPERIMENTELLE METHODEN ZUR ERKUNDUNG DER CHROMATINSTRUKTUR 905 36.5.3 DAS FRAKTALE SCHLAUFENMODELL DER CHROMATINFILAMENTE 908 36.5.4 DIE DYNAMIK DER CHROMOSOMEN-TERRITORIEN 911 ANHANG 36A: REPLIKATION UND TRANSLATION: EINE ZUSAMMENFASSUNG 913 ANHANG 36B: POLYMERASEN ALS MOLEKULARE MOTOREN 915 ANHANG 36C: REGULATION DER GENEXPRESSION IN EUKARYOTEN: DIE ROLLE DER SCHLAUFENBILDUNG 916 ANHANG 36D: REZEPTORVERMITTELTE AKTIVIERUNG DER GENEXPRESSION ODER: WIE HAARE DURCH LATERALE INHIBITION ENTSTEHEN KOENNEN 917 LITERATUR 918 37 EXPERIMENTELLE METHODEN DER BIOPHYSIK 921 37.1 WIE BEOBACHTET MAN DIE FEINSTRUKTUR DER ZELLEN? 921 37.2 DIE ABBESCHE THEORIE DER MIKROSKOPIE 922 37.3 METHODEN DER OPTISCHEN MIKROSKOPIE 926 37.3.1 PHASENKONTRASTMIKROSKOPIE 926 37.3.2 DIE DIFFERENTIAL-INTERFERENZKONTRASTMIKROSKOPIE (DIK) 928 XX INHALTSVERZEICHNIS 37.3.3 37.3.4 37.3.5 37.4 DIE REFLEXIONS-INTERFERENZKONTRASTMIKROSKOPIE (RIKM) 930 DAS KONFOKALE RASTERMIKROSKOP 931 DIE NANOFLUORESZENZMIKROSKOPIE 932 UNTERSUCHUNG INTRAZELLULAERER BIOCHEMISCHER PROZESSE DURCH AUTORADIOGRAPHIE 933 37.5 DIE ULTRAZENTRIFUGE: EINE HYDRODYNAMISCHE METHODE ZUR ISOLATION UND CHARAKTERISIERUNG BIOLOGISCHER MAKROMOLEKUELE 934 37.5.1 37.5.2 37.6 37.7 37.8 DIE DYNAMISCHE SEDIMENTATIONS UND DICHTEGRADIENTENMETHODE 936 STRUKTURAUFKLAERUNG DURCH DYNAMISCHE SEDIMENTATIONSANALYSEN 937 GRUNDBEGRIFFE DER HYDRODYNAMIK 940 DIE FICKSCHEN GESETZE DER DIFFUSION 942 BEOBACHTUNG DER MOLEKULAREN DYNAMIK DURCH QUASIELASTISCHE NEUTRONENSTREUUNG UND FLUORESZENZKORRELATIONSSPEKTROSKOPIE 944 37.8.1 37.8.2 37.8.3 DIE GEMEINSAME GRUNDLAGE DER METHODEN 944 QUASIELASTISCHE NEUTRONENBEUGUNG 946 FLUORESZENZKORRELATIONSSPEKTROSKOPIE (FCS) 949 LITERATUR 951 38 AUFGABEN 953 GLOSSAR 985 STICHWORTVERZEICHNIS 1001
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