39. Vorlesung. Hybridisierung Biologische Moleküle Photosynthese Sehvorgang Selbstorganisation Molekulare Motoren

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1 Prof. C. von Borczyskowski Physik für CS + SK 39. Vorlesung Hybridisierung 39.1 Biologische Moleküle Photosynthese Sehvorgang 40.1 Selbstorganisation 40.2 Molekulare Motoren Verwendete Literatur: Tipler Versuche: Powerpoint Animationen

2 Supramolekulare und biologische Systeme 1. Photosynthese 2. Selbstorganisation 3. Organisationsprinzipien 4. Molekulare Motoren

3 1. Photosynthese

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5 Grana Stroma

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7 BASIC PRIMARY PHOTOSYNTHETIC EVENTS

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9 Caratenoid

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12 Zelle einer Alge Chloroplast

13 Chloroplast Thalakoid = Funktionseinheit der Photosynthese

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16 LIGHT-HARVESTING HARVESTING ANTENNA COMPLEX BChl LH2

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18 BACTERIAL REACTION CENTER

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20 Primäres Reaktionszentrum

21 Electron Transfer - Schritte im Primären Reaktionszentrum

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24 Vergleich biologischer und technischer Systeme

25 2. Selbstorganisation

26 Selbstorganisation ist das spontane Auftreten neuer, stabiler, effizient erscheinender Strukturen und Verhaltensweisen (Musterbildung) in offenen Systemen. Das sind Systeme, die sich fern vom thermodynamischen Gleichgewicht befinden, die also Energie, Stoffe oder Informationen mit der Außenwelt austauschen. Ein selbstorganisiertes System verändert seine grundlegende Struktur als Funktion seiner Erfahrung und seiner Umwelt. Die interagierenden Teilnehmer (Systemkomponenten, Agenten) handeln nach einfachen Regeln und erschaffen dabei aus Chaos Ordnung, ohne eine Vision von der gesamten Entwicklung haben zu müssen. Das Konzept der Selbstorganisation findet man in verschiedenen Wissenschaftsbereichen wie z. B. Chemie, Biologie (Gerichtete Faltung und Assoziation von Proteinen, Helix-Bildung der DNA,...), Soziologie usw. Wikipedia

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29 3. Organisationsprinzipien Molekulare Wechselwirkungen Intermolekulare Wechselwirkungen Löslichkeit, Polarität,. Dynamische Gleichgewichte Energieminimierung Entropiezunahme

30 Supramolekulare Systeme Nobelpreis 1987 Lehn Cram

31 Wasserstoffbrückenbindungen

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33 Metall Liganden (Chelate) Fe; Cu; Mg, Mn, Pt,

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36 Ionische Bindung NaCl in Wasser

37 Crown - Ether

38 Molekularer Sensor

39 Dextrine

40 Ldungstrennung

41 Grätzel Zelle

42 Membran

43 Molekulare Motoren

44 Proteine

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46 Muskelbewegung

47 Protonenpumpe: Bacteriorhodopsin Retinal

48 Retinal - Schaltung Retinal: CHO Retinol: CH2OH

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50 Myosinfilament

51 ATP Einfluß I

52 ATP Einfluß II

53 Myosin

54 Kinesin

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56

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58 AFM

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60 Molekulardynamische Simulation

61 Biomolekulare Systeme Membran (Wand/Kanal) Proteine (Funktion/Gerüst) Enzyme Brennstoffe (ATP) Photosyntheseapparat Protonentranfer/Sehvorgang Molekulare Motoren

62 Membran

63 Membran

64 Fusion von Zellen

65 Proteine Eiweißmoleküle Transport Myosin Kinesin Dyneine Schaniere, Hebel, Federn, Kupplung

66 Proteine

67 Brennstoffe ATP Brennstoff: ATP ATPasen : ATP - ADP

68 Biologische Nanowelt

69 Virusinfektion Bräuchle, LMU München 1:Kontakt 2:Tasten 3: Eindringen 4:Infektion

70 Protonenpumpe: Bacteriorhodopsin Retinal

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72 Retinal - Schaltung Retinal: CHO Retinol: CH2OH

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74 Molekulare Motoren Transport von Zellbaustoffen Zellteilung Muskelbewegung Geiselbewegung (Sperma)

75 Nanometer - Motoren

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83 Muskelfaser a) Elektronenmikroskopische Aufnahme der gestreiften Muskulatur. Die hellen Bereiche bestehen aus dünnen Filamenten (Aktin) und werden als I-Band bezeichnet. In den dunklen Bereichen (A- Band) finden sich hauptsächlich dicke Filamente (Myosin) b) Schematische Zeichnung eines Sarkomers. Ein einzelnes Titinmolekül überspannt den Bereich von der Z-Scheibe zur M-Linie, wobei es im A-Band fest an die dicken Filamente gebunden ist.

84 Aktin

85 Polymerisation Aktin

86 Myosin

87 Myosinfilament

88 Titin - Stabilisator

89 ATP Einfluß I

90 ATP Einfluß II

91 ATP+H2O= ADP + Pi + H+

92 Myosin

93 Kinesin

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97 Optische Pinzette

98 Fixierung mit optischer Pinzette

99 Optische Pinzette - Strecken Laser I Laser II

100 ATPase

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103 AFM

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105 Molekulardynamische Simulation

106 Nanometer - Motoren