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

Transkript

1 Prof. C. von Borczyskowski Physik für CS + SK 40. Vorlesung Hybridisierung 40.1 Biologische Moleküle Photosynthese Sehvorgang 40.2 Selbstorganisation 40.3 Molekulare Motoren Verwendete Literatur: Tipler Versuche: Powerpoint Animationen

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

3 Membran

4 Membran

5 Fusion von Zellen

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

7 Proteine

8 Brennstoffe ATP Brennstoff: ATP ATPasen : ATP - ADP

9 Biologische Nanowelt

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

11 Protonenpumpe: Bacteriorhodopsin Retinal

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13 Retinal - Schaltung Retinal: CHO Retinol: CH2OH

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

16 Nanometer - Motoren

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24 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.

25 Aktin

26 Polymerisation Aktin

27 Myosin

28 Myosinfilament

29 Titin - Stabilisator

30 ATP Einfluß I

31 ATP Einfluß II

32 ATP+H2O= ADP + Pi + H+

33 Myosin

34 Kinesin

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38 Optische Pinzette

39 Fixierung mit optischer Pinzette

40 Optische Pinzette - Strecken Laser I Laser II

41 ATPase

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44 AFM

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46 Molekulardynamische Simulation

47 Nanometer - Motoren

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

49 1. Photosynthese

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51 Grana Stroma

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53 BASIC PRIMARY PHOTOSYNTHETIC EVENTS

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55 Caratenoid

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58 Zelle einer Alge Chloroplast

59 Chloroplast Thalakoid = Funktionseinheit der Photosynthese

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62 LIGHT-HARVESTING HARVESTING ANTENNA COMPLEX BChl LH2

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64 BACTERIAL REACTION CENTER

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66 Primäres Reaktionszentrum

67 Electron Transfer - Schritte im Primären Reaktionszentrum

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70 Vergleich biologischer und technischer Systeme

71 2. Selbstorganisation

72 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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75 3. Organisationsprinzipien Molekulare Wechselwirkungen Intermolekulare Wechselwirkungen Löslichkeit, Polarität,. Dynamische Gleichgewichte Energieminimierung Entropiezunahme

76 Supramolekulare Systeme Nobelpreis 1987 Lehn Cram

77 Wasserstoffbrückenbindungen

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

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82 Ionische Bindung NaCl in Wasser

83 Crown - Ether

84 Molekularer Sensor

85 Dextrine

86 Ldungstrennung

87 Grätzel Zelle

88 Membran

89 Molekulare Motoren

90 Proteine

91

92 Muskelbewegung

93 Protonenpumpe: Bacteriorhodopsin Retinal

94 Retinal - Schaltung Retinal: CHO Retinol: CH2OH

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96 Myosinfilament

97 ATP Einfluß I

98 ATP Einfluß II

99 Myosin

100 Kinesin

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103

104 AFM

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106 Molekulardynamische Simulation