Biophysik 2 Wiederholungsfragen

verschiedene Energieformen sind nur miteinander umwandelbar, keine Neuschaffung.

\( \Delta U=q +w\)

(gesamte Energie = Prozesswärme + Prozessarbeit)

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu leisten und Wärme freizusetzen

gewisse Prozesse sind irreversibel (z. B. Wärme, Diffusion, mech. Arbeit -> Wärme). Spontane Prozesse beruhen auf Entropie.

Innere Energie U ist die gesamte für thermodynamische Umwandlungsprozesse zur Verfügung stehende Energie

\(U = A + S \) \(= T*dS -p*dV\)

(innere Energie U = freie Energie A + Entropie S)

\(H = G + S\)

(Enthalpie H = Freie Enthalpie G + Entropie S)

\(S = k*ln(\omega)\)

Entropie S ist ein Maß für die Energieverteilungskapazität, \(\omega\) ist das größte statistische Gewicht

Die Entropie eines thermisch isolierten Systems nimmt bei irreversiblen Prozessen zu.

sind von der Größe des Systems (Anzahl der Teilchen) abhängig:
extensive Parameter von Teilsystemen addieren sich

Bsp. Volumen V, Masse m, Ladung Q, Energie E (U, H, A, G)

sind von der Größe des Systems (Anzahl der Teilchen) unabhängig:
intensive Parameter von Teilsystemen gleichen sich aus

Beispiele: Druck p, Temperatur T, Dichte ρ, Konzentration c

Gibt an, wie die Stoffverhältnisse bei einer Reaktion sind.

z. B.

\(4Fe+3O_2 -> 2F_2O_3\)

Das Massenwirkungsgesetz definiert das chemische Gleichgewicht für chemische Reaktionen.

\(K_B = \frac{[AB]^{c}}{[A]^a*[B]^b}\) bzw. \(K_D=\frac{[A]^a[B]^b}{[AB]^{c}}\)

\(\beta _L=\frac{[L]_{frei}}{[L]_{frei}+K_D}\) mit \(K_D = \frac{k_{on}}{k_{off}}= [L]^{\beta=0.5}_{frei}\)

\(L + B \rightleftharpoons LB\)

Durch Einfügen eines Hill-Faktors, wobei dieser positive oder negative (Hemmung) Kooperativität haben kann.

z.B. durch Kooperativität. Hierbei beeinflusst die Bindung eines Liganden alle weiteren, da sich die Konformation des Makromoleküls ändert.

experimentell über den Bindungsgrad \(\beta\), daraus lässt sich umstellen: \(K_D = {1-\beta_L \over \beta_L}\cdot[L]_{frei}\)\(= [L]_T - \beta_L [B]_T\)

Im Graphen wird \(\beta_L\) gegen \([L]_{frei}\) aufgetragen, daraus lässt sich bei logarithmischer x-Achse \(K_D\) ablesen.

1. Ordnung: A -> B

2. Ordnung: 2A ->B oder A+B ->C

zeitliche Konzentrationsänderung: \(v = {1 \over v_j} {d[J] \over dt} [M s^{-1}] \) mit \(v_j\): stöchiometrischer Koeffizient

Beschreibt die Abhändigkeit der Geschwindigkeitskonstanten k von der Temperatur

\(k =A \cdot e^ {E_A \over RT}\) mit A als Stoßgeschwindigkeit bzw. Rate

\(-k\cdot t = ln{[A] \over [A]_B}\) graphisch ist dementsprechend k die Steigung

Beeinflusst die Reaktionsgeschwindigkeit durch Veränderung der Reaktionsenergie. Geht am Ende unverändert aus der Reaktion hervor.

Enzymkinetik: Enzym E + Substrat S

\(E + S \rightleftharpoons^{k_1}_{k-s} ES \rightharpoonup E+P\)

in grober Näherung gilt steady state: \({d[ES] \over dt} =^! 0\)

\(\Rightarrow v = \frac{d[P]}{dt} = k_2\cdot [ES]\)

\(v = \frac{v_{max}\cdot [S]}{k_m[S]}\) mit \(k_m=\frac{[E]\cdot[S]}{[ES]}\)

\(\Delta_r G=-RTlnK\)

Lichtreaktion:

Im LHC werden Photonen bestimmter Wellenlängen eingefangen und die Anregungsenergie mittels FRET ins Reaktionszentrum übertragen. In Photosystem II und I, die in Reihe "geschaltet" sind, wird Wasser aufgespalten:

\(H_2O + NADP^+ \rightharpoonup NADPH + H^+ +1/2 O_2\)

In der Dunkelreaktion: \(ADP + P \rightharpoonup ATP + H_2O\)

"Licht ernten", also die Energie von Photonen für die Pflanze nutzbar machen. Dafür werden versch. Chromophore dicht angeordnet, welche Lichtenergie in zwei bestimmten Wellenlängenbereichen einfangen können. Durch Wechselwirkungen untereinander kommt es dabei zu einer Rotverschiebung, wodurch das nutzbare Spektrum erweitert werden kann. Nach dem hocheffizienten Energietransfer mittels FRET kommt es am Reaktionszentrum zur Photooxidation.

Ein Chlorophyll Donor-Akzeptorpaar im Reaktionszentrum, welches den Elektronenübertrag in die Redoxkette ermöglicht.

Förster/Fluoreszenz Resonanz Elektronen Transport:

Anregungsenergie wird mittels Dipol-Dipol-Wechselwirkung zwischen Chromophoren (vom Donor zum Akzeptor) übertragen.

Die Pflanze entzieht im Winter dem Blatt Chlorophyll (Grünfärbung) und Nährstoffe.

Bei Dunkelheit ist Rhodopsin inaktiv, so dass cGMP als Ligand an die Na+-Kanäle bindet, die sich dadurch öffnen und Glutamat an der Synapse ausschütten und so die Information weiterleiten.

Linse

ermöglicht die optische Abbildung auf der Retina. Der Einfall des Lichtes wird gesteuert sowie Abbildefehler durch Bewegung der Ringmuskulatur und Krümmung der Linse ausgeglichen.

Iris

funktioniert als Blende

Retina

enthält Photorezeptoren = Lichtsinneszellen (Zapfen und Stäbchen): sie wandeln Lichtsignale in elektrische (neuronale) Signale um (photoelektrische Transduktion)

Gelber Fleck

Ort schärfsten Sehens, hat eine kleine Vertiefung (Fovea). Es gibt dort nur Zapfen und keine Blutgefäße.

Blinder Fleck

Austritt der Sehnerven

\({1 \over f}={1 \over b}+{1 \over g}\)

-individuelle Kettensegmente sind statistisch total unabhängig und massefrei
-Segmente sind unendlich fest
-sind zufällig orientiert („Markov Chain“)

-Bindungswinkel beliebig

wie im FJC, allerdings ist der Bindungswinkel fest. Der Torsionswinkel ist frei.

Gut zur Beschreibung weicher Polymere wie zb. Polysaccaride oder Polyethylen

Ein Stab konstanten Querschnitts und Zusammensetzung, der in einen Bogen
mit Radius R gebogen wird, besitzt eine Deformationsenergie pro Längeneinheit L

gut geeignet für steifere Polymere wie DNA

Der Gyrationsradius \(R_G\) ist der radiale Abstand (mittlerer quadr. Abstand) der Monomere zum Schwerpunkt

mittels dynamischer Lichtstreuung und Autokorrelation:

\(D = {r_0^2 \over 4 t_0} = {k_BT \over 6 \pi \eta R_G} \Rightarrow T_0 = 3/2 {r_0^2 \eta \over k_B T}R_G\) mit \(T_0\) als Diffusionszeit