Vorwort 11r
1 Biophysik im Umfeld von Physik, Chemie,r
Biochemie, Biologie und Medizin 14r
1.1 Die Wurzeln der Biophysik 14r
1.2 Was ist Biophysik? 15r
1.3 Biophysik und Strukturbiologie 17r
1.4 Längenskalen der Biophysik 17r
1.5 Zeitskalen der Biophysik 18r
1.6 Energieskalen der Biophysik 20r
1.7 Kräftebereiche bei Biopolymeren 22r
1.8 Wunsch und Wirklichkeit bei der molekularen Biophysik 22r
1.9 Komplementäre Methoden ergeben eine Gesamtsicht 24r
1.10 Einzelne Moleküle oder Ensembles? 26r
2 Bindungen, Wechselwirkungen und Kräfte bei Molekülen 27r
2.1 Bildung von Molekülorbitalen 27r
2.2 Elektronenaffinit? und chemische Bindung 28r
2.3 Bindungstypen 29r
2.4 Kräfte und Wechselwirkungen 30r
2.5 Typische Bindungsenergien und Bindungsabst?de 32r
2.6 Kräfte, Wechselwirkungen und Kraftfelder 35r
3 Aufbau von Proteinen 38r
3.1 Proteine als Alleskönner 38r
3.2 Aminosäuren als Bausteine für Proteine 39r
3.3 Stereoisomere von Aminosäuren 41r
3.4 Aminosäuren verknüpfen durch Peptidbindungen 42r
3.5 Struktur der Peptidbindung 43r
3.6 Räumliche Anordnung von Peptidgruppenr
in einer Kette von Aminosäuren 44r
3.7 Strukturbildung 46r
3.8 Hierarchie der Wechselwirkungen in Proteinen 47r
3.9 Bildung typischer Sekundärstrukturelemente 48r
3.10 Häufigkeit von Sekundärstruktur-Merkmalen 51r
3.11 Vorhersage von Sekundärstrukturen 51r
3.12 Ionisationsgleichgewichte von Aminosäuren und Peptiden 52r
3.13 Ladungen von Peptiden und Proteinen 54r
4 Lipide als Bausteine biologischer Membranen 56r
4.1 Phospholipide 57r
4.2 Konformation von Lipiden und Phasenübergänger
bei Lipidmembranen 59r
4.3 Dynamik von Lipidmolekülen in der Membran 62r
4.4 Lipidvesikel als Transportmittel für Medikamente 64r
5 Strukturen und Eigenschaften biologischer Membranen 66r
5.1 Membranproteine 67r
5.2 Außenmembranen und Zelloberflächen 68r
5.3 Charakterisierung von Lipideigenschaften 69r
5.4 Künstliche Membransysteme für die Untersuchungr
von Membran- und Proteineigenschaften 71r
5.5 "Black-Lipid-Filme" zur Untersuchungr
von Permeabilit und Transport durch Membranen 73r
6 Elektrische Eigenschaften von Lipidmembranen 75r
6.1 Leitfähigkeit und Kapazit der Membran 75r
6.2 Gesamtkapazit einer Zelle 78r
6.3 Zellpotenziale erzeugen extreme elektrische Felder 80r
6.4 Wechselspannungsverhalten der Lipidmembran 82r
6.5 Manipulation von Zellen in elektrischen Feldern 83r
7 Transport durch Membranen 85r
7.1 Passiver und aktiver Transport 86r
7.2 Strukturen und Moleküle beim Membrantransport 88r
7.3 Membrantransport mittels Carriermolekülen 92r
7.4 Protonencarrier in der Membran 95r
8 Ionendiffusion, Diffusionspotenziale und Grenzflächenpotenzialer
an Membranen 98r
8.1 Diffusionspotenzial 98r
8.2 Potenzial- und Konzentrationsverlauf an einer Membran 103r
9 Biologische Energieformen und Energietransformationen 107r
9.1 Energieformen 107r
9.2 Thermodynamische Größen zur Beschreibungr
von biologischen Energietransformationen 108r
9.3 Kopplung von Transportprozessen an dier
chemischen Potenziale von Spaltungsreaktionen 110r
9.4 Chemiosmotische Hypothese 113r
9.5 Klassifizierung von ATPasen 114r
9.6 Photosynthese 118r
9.7 Strahlungsloser Energietransfer zwischen Pigmentensembles 122r
9.8 Elektronentransfer in photosynthetischen Reaktionszentren 123r
9.9 Oxygene Photosynthese bei Pflanzen und r
Blaualgen (Cyanobakterien) 126r
10 Chemische und biochemische Reaktionen 129r
10.1 Grundlagen 129r
10.2 Standardzustände 130r
10.3 Geschwindigkeit chemischer Reaktionen 134r
10.4 Enzymreaktionen und Enzymkinetik 140r
11 Strukturanalyse I:r
Hochauflösende Strukturuntersuchungen 144r
11.1 Grundlagen 144r
11.2 Röntgenbeugung und Proteinkristallografie 145r
11.3 Zweidimensionale NMR-Spektroskopie 150r
11.4 Besetzungsgleichgewichte 152r
11.5 Von der 1-D-NMR-Spektroskopie zurr
2-D-NMR-Spektroskopie 153r
11.6 Festkörper-NMR 154r
11.7 "Magic-Angle-Spinning"-NMR-Spektroskopie 156r
12 Strukturanalyse II:r
Mikroskopie, Elektronenmikroskopie,r
Elektronenbeugung und Neutronenbeugung 159r
12.1 Grundlagen 159r
12.2 Elektronenmikroskopie 162r
12.3 Rasterelektronenmikroskopie 165r
12.4 Elektronenmikroskopie zur hoch auflösenden Strukturbestimmung 166r
12.5 Zusammenspiel von Auflösung, Kontrast undr
Strahlenschäden in der Elektronenmikroskopie 170r
12.6 Neutronenbeugung 170r
13 Optische spektroskopische Methoden I: Absorptionsmethoden 173r
13.1 Spektralbereiche elektromagnetischer Strahlung 173r
13.2 Übersicht über die optischen spektroskopische Methoden 175r
13.3 Beschreibung der elektromagnetischen Welle 177r
13.4 Energieniveaus von Molekülen 180r
13.5 Banden statt Linienspektren 187r
14 Optische spektroskopische Methoden II: Absorptionsmessungen 189r
14.1 Quantitative Spektroskopie: Lambert-Beer-Gesetz 189r
14.2 Typische Fehler bei der Absorptionsspektroskopie 191r
14.3 Spektrometer 193r
14.4 UV-Absorption von Biopolymeren 199r
14.5 Absorption von chromophoren Gruppen imr
sichtbaren Spektralbereich 202r
15 Optische spektroskopische Methoden III:r
Fluoreszenzspektroskopie 205r
15.1 Grundlagen 205r
15.2 Fluoreszenzspektrometer 207r
15.3 Emissions- und Anregungsspektren 208r
15.4 Fluoreszenzlöschung 209r
15.5 Förster-Resonanz-Energietransfer (FRET) 210r
15.6 Natürliche und künstliche Fluorophore und Fluoreszenzsonden 215r
16 Optische spektroskopische Methoden IV:r
Infrarotspektroskopie 218r
16.1 Grundlagen 218r
16.2 Techniken in der Infrarotspektroskopie 222r
16.3 Probenherstellung 226r
16.4 Infrarotspektroskopie mit evaneszenten Wellen: r
ATR-Spektroskopie 228r
16.5 Zuordnung von Schwingungsspektren 229r
16.6 Absorption der Peptidbindung 232r
16.7 Absorption von Aminosäureseitenketten 236r
16.8 Differenzspektren: Die Detektion einzelner Bindungen 237r
16.9 Infrarotspektroskopie mit multivariaten und r
chemometrischen Methoden 240r
17 Optische Spektroskopie V: Spezielle Techniken 243r
17.1 Lichtstreumethoden 243r
17.2 Näherungsmethoden für Lichtstreumessungen 244r
17.3 Photoakustische Spektroskopie 249r
17.4 Lochbrennspektroskopie 252r
17.5 Spektroskopie mit linear polarisiertem Licht 253r
17.6 Spektroskopie mit zirkular polarisiertem Licht 255r
18 Rastersondentechniken 257r
18.1 Grundlagen 257r
18.2 Rastertechniken 258r
18.3 Messung magnetischer und elektrischer Kräfter
mit dem Rastersondenmikroskop 266r
18.4 Das Rastersondenmikroskop als Nano-Manipulator 267r
18.5 Rastersondentechniken für optische Messungen im Nahfeld 267r
19 Sedimentations- und Zentrifugationstechniken 269r
19.1 Grundlagen 269r
19.2 Zentrifugation 271r
19.3 Analytische Ultrazentrifugation zur Größenanalyser
bei Biopolymeren und Nanopartikeln 274r
20 Strahlen- und Umweltbiophysik 278r
20.1 Dosisbegriffe 281r
20.2 Grenzwerte für den Strahlenschutz 284r
20.3 Dosisdefinition bei nichtionisierender Strahlung 284r
20.4 Wechselwirkung ionisierender Strahlung mit Materie 285r
20.5 Radioaktive Strahlung und radioaktive Präparate 291r
20.6 Dosimetrie 294r
20.7 Abschirm- und Schutzmaßnahmen f? Röntgen-,r
Gamma- und Teilchenstrahlung 297r
20.8 Strahlenbelastung der Bevölkerung in Deutschland 299r
20.9 Physikalische, chemische und biologische Strahlenwirkung 302r
20.10 Nichtionisierende Strahlung und EMF-Belastung 304r
Literaturverzeichnis 309r
Register 312