Lehrbuch der Biophysik

Erich Sackmann, Rudolf Merkel (Autoren)

Buch | Hardcover

XVI, 1100 Seiten

2023 | 2. vollständig überarbeitete Auflage
Wiley-VCH (Verlag)
978-3-527-41250-1 (ISBN)

Noch nicht erschienen (ca. August 2024)
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Die physikalischen Grundlagen und Vorgänge in lebendiger Materie sind die Themen der Biophysik. Die biologische Physik vereint Methoden und Ansätze aus unterschiedlichen Bereichen und bringt sowohl theoretische als auch experimentelle Konzepte aus vielen naturwissenschaftlichen Disziplinen zur Anwendung. Wichtige Themenfelder, die im vorliegenden Lehrbuch ausführlich behandelt werden, sind Zellstruktur, neuronale Signalübertragung, biologische Membranen, Evolution, Photosynthese, Immunologie u.v.a.m.

In dieser vollständig überarbeiteten Auflage sind als neue Themen die Mikroanatomie der Zellhülle, Spannungs-Homeostasie und Krebs sowie die Echoortung der Fledermaus hinzugekommen.

Das Buch wendet sich an Studenten der Naturwissenschaften im Haupt- bzw. Masterstudium sowie an Doktoranden

Erich Sackmann studierte Physik an der Technischen Universität Stuttgart. Nach Tätigkeiten als Wissenschaftler an den Bell Telephone Laboratories in USA und am MPI für Biophysikalische Chemie in Göttingen arbeitete er als Ordinarius für Experimentalphysik an der Universität Ulm und der Technischen Universität München. Er war Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für Biophysik und des Arbeitskreises für Biologische Physik der DPB. Seine Arbeitsgebiete umfassen die Physik der Flüssigkristalle und biomimetischer Systeme sowie die Mikromechanik der Zelle. Für seine bahnbrechenden Arbeiten zum Verständnis der Physik biologischer Materialien erhielt Professor Sackmann 2006 den Stern-Gerlach-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.

Teil I - Einführung:
- Kann die Physik zum Verständnis biologischer Lebensvorgänge beitragen?
- Ein historischer Überblick
- Biologische Evolution als Zusammenspiel von Physik und Genetik.
- Die Zelle: Bauelement der Zelle und Ihre Funktion. Phänomenologie der Zellteilung.

Teil II: Molekulare Biophysik:
- Einführung in die Thermodynamik und chemische Kinetik
- Biologische Makromoleküle und ihre Funktion.
- Strukturbildende und funktionelle Lipide
- Lipid als Sekundäre Botenmoleküle
- Konformations-Dynamik der Kohlenwasserstoffketten.
- Thermodynamische Grundlagen biologischer Materie und biochemischer Reaktionen
- Reaktions-Diffusionsgleichungen
- Das Turing Modell der Morphogenese.
- Physik der Proteine
- Physik der molekularen Erkennung.
- Fang- und Gleit-Bindungen
- Fundamentale physikalische Eigenschaften der Proteine.
- Anisotrope Kräfte in Proteinen-Triangulation der Kraftspektroskopie
- Physik der Proteinfaltung: Statistische Mechanik von Nichtgleichgewichtszuständen

Teil III: Physik Biologischer Membranen:
- Molekulare Architektur und Funktion biologische Funktionen:
- Mikroanatomie der Zellhülle-als dreischichtiges Verbundsystem
- Photonenverstärker und Hormon-induzierte Zellproliferation- Biologische Adaption.
- Thermomechanik der Selbstorganisation und Funktion biologischer Membranen
- Membranen als pseudoternäre Lipidmischungen
- Homeostasie der Membranfluidität
- Membranen als semiflexible elastische Schalen-Form und Funktion
- Proteine als Sensoren und Regulatoren der Membran-Krümmung und krümmungs-induzierter Funktionen.
- Tubuläre Netzwerke des Endoplasmatischen Retikulums.
- Ein neues Paradigma der Form und Funktion zellulärer Schalen.
- Bildung funktioneller Domänen in Multikomponenten Lipid-Protein Legierungen
- Thermomechanische Prinzipien der Membrane Mikro-Anatomie
- Aktivierung von Enzymen durch elektrostatisch-hydrophobe Lipid Protein Wechselwirkung.
- Physik der Zelladhäsion
- Was uns Modellexperimente lehren
- Thermomechanisches Modell lokaler und globaler biochemischer Reaktionszentren
- Immunologische Synapsen

Teil IV. Neurophysik:
- Physiologie und Elektrostatik der Nervenleitung. Adhäsions-induzierte Myelinbildung: Ein Paradigma der Steuerung der Adhäsion durch die Glykokalix.
Steuerung des Wachstum der Axone
- Elektrodynamik der Nervenleitung
- Huxley Hodkins-Nagumo Modell der diffusiven Signalausbreitung-Axone als Kabel
- Langfristige Steuerung der Ionenkanäle durch Zell-Signalsysteme Rezeptor Tyrosin Kinasen.
- Herz-Oszillator. Ein Paradigma Biologischer Rythmen. Chemische Oszillatoren durch allosterische Prozesse.

Teil IV. Physik der Zelle.
- Mikroanatomie und Funktion des Zytoskeletts. Einführung in die Steuerung des Aktin-Zytoskeletts durch biochemische Signalsysteme und biochemische Schalter (GTPasen).
- Zyklische Aktin-Polymerisation als Triebkraft der Zellbewegung
- Das Mikrotubulin-basierte Zytoskelett und seine Rolle bei der Zellteilung
- Ein Paradigma der Strukturierung biologischer Materie durch biochemische Schalter
- Molekulare Linearmotoren
- Unkonventionelle Myosine steuern die Bildung von Filopodien und Mikrovilli
- Physik des Muskels. Mechanoenzyme regulieeren die Stabilität der Sarkomere
- Protonengetriebene Rotationsmotoren. Neue Entwicklungen
- Leben bei kleinen Reynoldszahlen. Reibungsbestimmte Antriebskräfte -Der Sandfisch als Paradigma
- Makromoleküle des extrazelluklären Raums. Die Natur als Material-Designer - Biomineralisierung
- Physik flexibler Makromoleküle
- Vom Einzelmolekül zur Lösung. Oberflächenvergütung durch Polymerfilme und -bürsten.
- Molekulare Dynamik und Elastizität semiflexibler Filamente
- Viskoelastizität homogenr Netzwerke und Gele. Mikrorheologie
- Physik und Funktion der Gele: Das Konze zwischen Festkörper und Flüssigkeit. Aktive Gele
- Zellen als Mechanosensoren.
Polarisation der Zellen durch Zusammenspiel attraktiver und repulsiver Cell- Adhäsionsmoleküle
- Mikromechanik und Mikrorheologie der Zellen. Spannungs-Homeostasie und Krebs. Mechanische Impedanz-Anpassung. Kontrolle des Gewebe-Wachstums durch extrazelluläre mechanische Kräfte

Teil V Photo-Biophysik
- Primärprozesse der Photosynthese
- Photophysikalische Grundlagen Photobiologischer Prozesse.
- Wasserspaltung: Biomimetisches System der lichtgetriebenen Wasserspaltung.
- Physik des Hörens
- Anatomie und Physiologie des Hörsinns. Echoortung der Fledermaus.
- Mechanik der Cochlea
- Elektromotilität der Haarzellen und Signalverstärkung. Adaption der mechanischen und elektrischen Impedanz
- Haarzellen als elektroakustische Verstärker. Informationsverarbeitung im ZNS: Biologische Korrelationsempfänger

Teil VI
Selbstorganisation nanoskopischer Biosysteme durch elastische, elektrostatische Kräfte
(Viren und DNA)
- Physik der Viren. Überwindung fehlender genetische Information durch Symmetrieprinzipien. Nanomechanik der Retroviren
- Physik der Selbstorganisation und Informationsverarbeitung im Chromatin. Territoriale Organisation der Chromsomen. Knäulmodell der DNA-Histon Superhelix
- Methoden der Biophysik. Hochauflösende Fluoreszenzmikroskopy. Kraftmikroskopie
- Übungsaufgaben

Erscheint lt. Verlag	7.8.2024
Zusatzinfo	Illustrationen
Verlagsort	Weinheim
Sprache	deutsch
Einbandart	gebunden
Themenwelt	Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Angewandte Physik
Schlagworte	Biochemie u. Chemische Biologie • Biophysik • Biowissenschaften • Chemie • Physik • Physik in Medizin u. Gesundheitswesen • Zell- u. Molekularbiologie
ISBN-10	3-527-41250-6 / 3527412506
ISBN-13	978-3-527-41250-1 / 9783527412501
Zustand	Neuware