Einführung in die Biophysik

• Titel: Einführung in die Biophysik
• Autor: axelm
• Organisation: RUHR UNI BOCHUM
• Seitenzahl: 58

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Inhalt

• Einführung in die Biophysik
• Prof Dr Klaus Gerwert
• Drei Konzepte in der physikalischen Chemie
• physikalischchemische Grundlagen der Lebensprozesse
• I Makroskopische Ebene
• Thermodynamik chemische Gleichgewichte Transporterscheinungen Kinetik
• II Atomare Ebene
• Beispiele von Proteinen
• Kraft Druck Energie
• mi kg mol ni
• Mi ergibt sich durch Addition der Atommassen
• Die Genauigkeit von Messungen und Rechnungen
• g gcm cm
• Einfachstes thermodynamisches System Das ideale Gas
• P dh verdünntes Gas
• PV n R T R JmolK
• V eines Gases
• RT dm mol P
• ideales Gas Z
• PV PV V V nRT RT n
• van der Waals Gleichung
• mit Druckkorrektur Volumenkorrektur
• a b empirisch aus den kritischen Daten
• V P T Tr Vr Pc Tc Vc
• Molekulare Erklärung der Zustandsgleichung für Gase statistische Deutung
• mittleres Geschwindigkeitsquadrat v
• T Temperatur M Molare Masse
• Gasgemische Gesetz von Dalton
• Flüssigkeiten und Festkörper kondensierte Materie
• V T P V T T P P
• Minimum von E pot
•  Thermochemie Energieumsätze bei chemischen Reaktionen
• E E kin E pot
• Einheit Joule kg m s
• Zwei Formen der Energie
• Die kinetische Energie Die potentielle Energie
• E kin E pot
• U U Ende U Anfang
• U q V const
• U C V T V const
• Wärme ist keine Zustandsgröße
• Enthalpie der Nahrungsmittel Kohlenhydrate
• spezifische Verbrennungsenthalpie Fette ähneln dem Benzin
• spontane Kernzerfälle induzierte Kernzerfälle
• Bedingung für große Anzahl von Kernzerfällen Kettenreaktion
• unkontrollierte Kettenreaktion kontrollierte Kettenreaktion
• Kernexplosion Atombombe Kernreaktor
• E Bindung mc
• Sehr leichte Kerne verschmelzen zu schwereren Kernen
• sehr viel Bindungsenergie wird frei
• Entropie Freie Enthalpie und Chemisches Gleichgewicht
• Richtung spontaner Prozesse
• S S System SUmgebung
• SUmgebung q H p const
• dies gilt bei reversiblen Prozessen
• Der HS der Wärmelehre
• S Gesamt S Gesamt S System SUmgebung
• SSystem für reversible Prozesse Ssystem für irreversible Prozesse
• in th Gleichgewicht nicht in th Gleichgewicht reversibel
• H p const T
• Die freie Enthalpie
• TS Gesamt H TS
• G w maximal
• p const T const
• GHTS spontane Reaktion
• exotherm H exotherm H endotherm H endotherm H
• Zunahme S Abnahme S Zunahme S Abnahme S
• Für eine Reaktion der Form
• aA bB cC dD
• erfüllen im dynamischen Gleichgewicht die Konzentrationen die Beziehung
• Cc Dd Kc Aa Bb
• mit der Gleichgewichtskonstanten Kc
• Kc Produkte überwiegen Kc gleichverteilt Kc Ausgangssubstanzen überwiegen
• Gleichgewichtskontante für Gasreaktionen
• PC c PD d PA a PB b
• K L K S Ar BS A B
• Verschiebung von Gleichgewichten Prinzip von le Chatelier
• Einfluß höherer Konzentrationen
• Ausgangssubstanz dazu Produkt dazu
• Einfluß des Druckes
• Produkt wird gebildet Ausgangssubstanz wird gebildet
• Einfluß der Temperatur
• HABER BOSCH Verfahren
• Zugabe eines Katalysator Druckerhöhung
• ein Protonendonor HA ein Protonenakzeptor B
• HA B A BH
• Säure Base Base Säure
• Base Säure Säure Base
• Eigendissoziation des Wassers
• H O H O OH H O
• Für verdünnte Lösungen gilt
• K W H O K C
• pK W log K W
• Basendissoziationskonstante pKb definiert
• starker Protonenakzeptor das Gleichgewicht liegt bei BH
• Wasserstoffionenkonzentration und pHWert
• pH log H O
• der pHWert von Mischungen Henderson Hasselbalch Gleichung
• pH pK s log
• G RT ln K
• G bezieht sich auf auf M Konzentrationsverhältnisse
• G G RT ln Q
• G A G A RT lnA
• Elektronentransferreaktionen zwischen Redoxpartnern
• Oxidation Elektronenabgabe Elektronendonor Reduktion Elektronenaufnahme Elektronenakzeptor
• Oxidierte Form Elektron
• Re duktion Oxidation
• Elektrochemische Zelle Batterie
• Zn Zn e Cu e Cu
• Potential Zellpotential EMK elektromotorischeKraft Spannung bei I
• Thermodynamik und Elektrochemie
• Wasserstoffionenkonzentration M Druck bar
• Konzentrationsabhängigkeit des Potentials
• stärkeres Oxidationsmittel stärkeres Reduktionsmittel
• mit E aus Tabelle K
• Ox L Red R Red L Ox R
• Red L Ox R Red R Ox L
• E E V pH
• Das Faradaysche Gesetz der Elektrolyse
• ungeladene Teilchen chemisches Potential
• i i RT ln ai
• zi Wertigkeit F Faradaykonstante
• elektrochemisches Potential i
• i i zi F
• Membran oder Nernstpotential
• Für Transport an Membranen gilt ungeladen
• passiver Transport aktiver Transport
• G Zufuhr zusätzlicher Energie
• Untersuchung der Geschwindigkeit mit der chemische Reaktionen ablaufen
• Die Beschreibung von Reaktionsgeschwindigkeiten
• Mathematisch exakt Steigung der Tangente
• Geschwindigkeitsgesetze und Reaktionsordnung
• Geschwindigkeit k Ausgangssubstanz
• Geschwindigkeit k Ausgangssubstanz k
• Die Zeitabhängigkeit von Reaktionen erster Ordnung
• A A exp kt
• Die Halbwertszeit bei Reaktionen erster Ordnung
• Beispiel für Reaktion Ordnung
• Zerfallsgeschwindigkeit kN radioaktives Zerfallsgesetz
• k hier Zerfallskonstante
• N N exp kt
• Beispiel Altersbestimmung mit CMethode
• Reaktionen mit Hin und Rückreaktionen
• A k B A k B
• Die Zeitabhängigkeit von Reaktionen zweiter Ordnung
• A A Produkte
• Geschwindigkeit k A
• A B Produkte
• Geschwindigkeitsgesetz zweiter Ordnung
• Geschwindigkeit k AB Geschwindigkeit k A
• Reaktion pseudoerster Ordnung
• B const mit k k B
• A Pr odukte
• A B Pr odukte Geschwindigkeit k AB
• sehr unwahrscheinlich lassen sich in bimolekulare Reaktionen zerlegen
• Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeiten
• Geschwindigkeit chemischer Reaktionen hängt ab von
• Temperaturabhängigkeit Das ArrheniusVerhalten
• Ausweitung der Stoßtheorie auf Reaktionen in Lösung
• A B k Produkte
• K A B AB k Produkte
• AB aktivierter Komplex
• freie Enthalpie freie Aktivierungsenthalpie
• Enzym SubstratEnzymsubstratkomplexEnzym Produkt
• E S k ES k E P
• c Enzym c Substrat
• t cE cE cS
• drei Fälle cS KM
• t k cE vP cs KM
• t v P k c E v max
• vp nicht abhängig von cS
• t k c E v max
• Methoden zur Strukturbestimmung
• Elektronenmikroskopie Röntgenstrukturanalyse ESR NMR Spektroskopie
• Elektron Spin Resonance Nuclear Magnetic Resonance
• ESR Elektron Spin Resonance
• Übergangsmetalle in Proteinen freie Radikale Photosynthese Spinsonden
• NMR Nuclear Magnetic Resonance
• r r I g N N I
• I Kernspin I vgl ESR
• niedrigere Frequenzen größere Magnetfelder bis Mio
• Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit Materie
• Was versteht man unter elektromagnetischer Strahlung
• freier gerichteter Energietransport durch den Raum WelleTeilchenDualismus
• Wechselwirkung EM Materie
• Absorption spontane Emission induzierte Emission
• I I exp cd I Transmission I
• Extinktionskoeffizient c Konzentration d Dicke
• ELEKTRONEN IN DEN ERSTEN BEIDEN PERIODEN DES PERIODENSYSTEMS
• ENERGIENIVEAUS DER ELEKTRONEN
• Quanten H s notation
• a The light microscope
• b The transmission electron microscope

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