Grundlagen der Molekularen Biophysik WS 2011/12 (Bachelor) Dozent: Prof Dr. Ulrike Alexiev (R , Tel /Sekretariat Frau Endrias Tel.

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1 Grundlagen der Molekularen Biophysik WS 2011/12 (Bachelor) Dozent: Prof Dr. Ulrike Alexiev (R , Tel /Sekretariat Frau Endrias Tel ) Tutoren: Dr. Kristina Kirchberg, Alex Boreham 6-stündig (2x2-stündige Vorlesung, 1x2-stündige Übung) Vorlesung: Di, Do 8:30-10 Uhr Beginn: Übung: Mo, Mi 8:30-10 Uhr Beginn: 24./ R Folgende Folien sind nur zur Verwendung in der Vorlesung und nicht für Veröffentlichung und Weiterverbreitung

2 1. VORLESUNG Historie und Gegenstand der Molekularen Biophysik Übersicht über die Vorlesung Literaturhinweise

3 2. VORLESUNG Was sind biologische Makromoleküle? Entwicklung des Lebens auf der Erde Die Zelle Einordnung der biol. Makromoleküle in lebende Strukturen Biologische Makromoleküle als Biopolymere Strukturebenen der Biopolymere Übersicht

4 Historie und Gegenstand der Molekularen Biophysik Gegenstand: Ziel: Fokus auf Struktur, Dynamik und Interaktion von biologischen Makromolekülen(Biopolymere) (Polysaccharide, Nucleinsäuren, Proteine) vom physikalischen Standpunkt (Grundlagen Biophysikalischer Chemie, Physik biologischer Makromoleküle) Beitragen zum Verständnis von biologischen Prozessen

5 Entwicklung des Lebens auf der Erde

6 Klassifizierung von lebenden Organismen

7 Die Zelle Bakterienzelle Prokarioten: Bakterien, primitive Algen, Archaebacterien (Einzeller ohne Zellkern und Organellen) DNA Erbinformation Proteine Funktion Membranen Struktur und Funktion

8 Eukariotenzelle Prokarioten: Bakterien, primitive Algen, Archaebacterien (Einzeller ohne Zellkern und Organellen) Eukarioten: Zellkern und Organellen DNA Erbinformation Proteine Funktion Tier Pflanze Membranen Struktur und Funktion Zellwand Cellulose (Struktur)

9 Organelle Tier Pflanze Funktion Membran Zellkern x x Enthält DNA Umgeben von einer Doppelmembran mit Öffnungen, durch die die mrna transportiert wird Mitochondrien x x Energieerzeugung Umgeben von einer Doppelmembran, Ort der ATP-synthese Endoplasmatisches Retikulum (ER) x x Synthese von Proteinen, Erzeugung und Inkorporation von Proteinen in Lysosomen Netzwerk von röhrenförmigen Membranen, raues ER ist in Verbindung mit Ribosomen der Ort der Proteinsynthese (Ribosomen) x x Proteintranskription (mrna-trna-protein) in Verbindung mit ER Golgi-Komplex x x Ort der Proteinreifung Gestapelte, röhrenförmige Membranvesikel Lysosomen/Peroxiso men x x Enzymatische Zerlegung von Makromolekülen Chloroplasten x Photosynthese Energieerzeugung Kugelförmige Vesikel mit Einfachmembran Vakuolen x Wasserspeicherung Membranvesikel Umgeben von einer Doppelmembran Zellwand x Struktur der Zelle Zellmembran, Cellulose

10

11 Der Fluss der genetischen Information aller bekannten lebenden Organismen geht von: DNA RNA Protein DNA Replikation, RNA Transkription, Translation und Protein Biosynthese Biologische Makromoleküle erfüllen diverse spezifische Funktionen, die sich substantiell von klassischen Polymeren unterscheiden Alle Moleküle in einem lebendem Organismus sind entweder Proteine oder können als das Produkt von Protein- Arbeit angesehen werden.

12 Biologische Makromoleküle als Biopolymere Moleküle, die in lebenden Organsimen synthetisiert werden, mit mehr als 100 Atomen (ca Da, Biochemie: Molekulare Masse ausgedrückt in Dalton, 1 Da=1 atomare Masseneinheit = 1/12 der Masse von einem 12 C) Modularer Aufbau n x Monomer + Energie (n-1)xh 2 O + Polymer

13 Strukturebenen von biol. Makromolekülen Primärstruktur Monomere Sequenz der Monomere im Polymer Strukturen höherer Ordnung Sekundärstruktur Strukturelemente Tertiarstruktur gefaltetes Polymer (3D-Struktur) Quartärstruktur Aggregate von Makromolekülen

14 Primärstruktur Proteine Monomer: n x Monomer + Energie (n-1)xh 2 O + Polymer Peptidbindung

15 20 verschiedene Monomerreste Proteine

16 Primärstruktur Nukleinsäuren Monomer:

17 Primärstruktur Nukleinsäuren Monomer: n x Monomer + Energie (n-1)xh 2 O + Polymer

18 Primärstruktur Polysaccharide Monomer: n x Monomer + Energie (n-1)xh 2 O + Polymer

19

20 Strukturen höherer Ordnung

21 Strukturebenen von biol. Makromolekülen Primärstruktur Monomere Sequenz der Monomere im Polymer Strukturen höherer Ordnung Sekundärstruktur Strukturelemente Tertiarstruktur gefaltetes Polymer (3D-Struktur) Quartärstruktur Aggregate von Makromolekülen

22 Strukturen höherer Ordnung Proteine Sekundärstruktur Strukturelemente -Faltblatt Tertiarstruktur -Helix gefaltetes Polymer (3D-Struktur)

23 Strukturen höherer Ordnung Nucleinsauren Sekundärstruktur Strukturelemente Tertiarstruktur A-T und G-C Paarung gefaltetes Polymer (3D-Struktur)

24 Strukturen höherer Ordnung Polysaccharide

25 Lipide

26

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