Lehrbuch der Biophysik

2. vollständig überarbeitete Auflage 2024
ISBN: 978-3-527-41250-1
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 1016 Seiten, Format (B × H): 176 mm x 250 mm, Gewicht: 2136 g

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 Studierende der Naturwissenschaften im Haupt- bzw. Masterstudium sowie an Promovierende.

Autoren/Hrsg.

Sackmann, Erich

Merkel, Rudolf

Fachgebiete

• Naturwissenschaften Biowissenschaften Angewandte Biologie Biophysik
• Naturwissenschaften Physik Angewandte Physik Biophysik

Inhaltsverzeichnis

1 Eine Einführung in das Studium der Biophysik
2 Die Zelle
3 Einführung in die Thermodynamik
4 Biologisch essenzielle physikochemische Reaktionen
5 Wichtige Bausteine lebender Systeme und deren Polymerisation
6 Physikalische Eigenschaften von Proteinen
7 Proteinfaltung, Konformations-Umwandlungen und -Fluktuationen
8 Molekulare Erkennung
9 Molekulare Architektur und Funktionen biologischer Membranen
10 Phasenumwandlungen und Dynamik biologischer Membranen
11 Membranen als semiflexible elastische Schalen
12 Thermomechanische Prinzipien der Strukturierung und Funktion biologischer Membranen
13 Zelladhäsion als Wechselspiel spezifischer, universeller und elastischer Kräfte
14 Physiologie und Elektrostatik der Nervenleitung
15 Elektrodynamik der Nervenerregung
16 Die Signalfortpflanzung in Axonen und Axon-Modelle
17 Biorhythmik durch Synchronisation selbsterregender Oszillatoren
18 Mikroanatomie und Funktionen des Zytoskeletts
19 Molekulare Linearmotoren der Zellen
20 Der Muskel: Anatomie und Phänomenologie der Funktion
21 Protonen-getriebene Rotationsmotoren
22 Leben bei kleinen Reynoldszahlen: Krafterzeugung durch Flagellen und Cilien
23 Makromoleküle des Extrazellulären Raums
24 Physik flexibler Makromoleküle: vom Einzelmolekül zur Lösung
25 Molekulare Dynamik und Elastizität semiflexibler Filamente
26 Viskoelastizität homogener Netzwerke und Gele
27 Physik und Funktion der Gele: Zustände zwischen Festkörper und Flüssigkeit
28 Zellen als Mechano-Sensoren und chemomechanische Aktuatoren
29 Mikromechanik und Spannungshomöostase der Zellen
30 Primärprozesse der Photosynthese
31 Physikalische Grundlagen photobiologischer Prozesse
32 Anatomie und Physiologie des Hörsinns
33 Mechanik und Hydrodynamik der Cochlea-Erregung
34 Haarzellen als akusto-elektrische Signaltransformatoren
35 Physik der Viren
36 Die Physik der Selbstorganisation und Verarbeitung des Genoms
37 Methoden der Biophysik

Vorwort zur ersten Auflage xxi

Vorwort zur zweiten Auflage xxiii

Häufig verwendete Symbole xxv

Abkürzungen xxvii

Teil I Einleitung 1

1 Eine Einführung in das Studium der Biophysik 7

Teil II Einführung in die Zellbiophysik 27

2 Die Zelle 29

3 Einführung in die Thermodynamik 43

4 Biologisch essentielle physikochemische Reaktionen 81

5 Wichtige Bausteine lebender Systeme und deren Polymerisation 95

6 Physikalische Eigenschaften von Proteinen 117

7 Faltung, Konformationsumwandlungen und -fluktuationen von Proteinen 161

8 Molekulare Erkennung 221

Teil III Biologische Membranen 253

9 Molekulare Architektur und Funktionen biologischer Membranen 255

10 Selbstorganisation, Phasenumwandlungen und Dynamik biologischer Membranen 295

11 Membranen als semiflexible elastische Schalen 331

12 Thermomechanische Prinzipien der Strukturierung und Funktion biologischer Membranen 355

13 Zelladhäsion als Wechselspiel spezifischer, universeller und elastischer Kräfte 395

Teil IV Biophysik der Nervenleitung 421

14 Physiologie und Elektrostatik der Nervenleitung 423

15 Elektrodynamik der Nervenerregung 449

16 Axonmodelle und die Signalfortpflanzung in Axonen 481

Teil V Biophysik der Zellen und Makromoleküle 499

17 Biorhythmik durch Synchronisation selbsterregender Oszillatoren 501

18 Mikroanatomie und Funktion des Zytoskeletts 513

19 Molekulare Linearmotoren der Zellen 543

20 Der Muskel: Anatomie und Phänomenologie der Funktion 561

21 Protonengetriebene Rotationsmotoren 577

22 Leben bei kleinen Reynolds-Zahlen: Krafterzeugung durch Flagellen und Cilien 595

23 Makromoleküle des extrazellulären Raums 605

24 Physik flexibler Makromoleküle: Vom Einzelmolekül zur Lösung 617

25 Molekulare Dynamik und Elastizität semiflexibler Filamente 637

26 Viskoelastizität homogener Netzwerke und Gele 645

27 Physik und Funktion von Gelen: Zwischen Festkörper und Flüssigkeit 663

28 Zellen als Mechanosensoren und chemomechanische Aktuatoren 679

29 Mikromechanik und Spannungshomöostase der Zellen 713

Teil VI Photosynthese 735

30 Primärprozesse der Photosynthese 737

31 Physikalische Grundlagen photobiologischer Prozesse 765

Teil VII Physik des Hörens 807

32 Anatomie und Physiologie des Hörsinns 809

33 Mechanik und Hydrodynamik der Cochlea-Erregung: Das Wanderwellenmodell von Békésy 823

34 Haarzellen als akusto-elektrische Signaltransformatoren 831

35 Thermomechanik, Struktur und Funktion von Viren 855

36 Die Physik der Selbstorganisation und Verarbeitung des Genoms 883

37 Experimentelle Methoden der Biophysik 921

38 Aufgaben 953

Glossar 985

Stichwortverzeichnis 1001

Über Autor(innen)

Erich Sackmann ist einer der bedeutendsten Biophysiker Deutschlands. Nach Tätigkeiten als Wissenschaftler an den Bell Labs in den USA und am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen arbeitete er bis zu seiner Emeritierung 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 Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Für seine bahnbrechenden Arbeiten zum Verständnis der Physik biologischer Materialien erhielt Professor Sackmann 2006 den Stern-Gerlach-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.
 
Rudolf Merkel ist Institutsleiter am Institut für Bio- und Nanosysteme des Forschungszentrums Jülich. Seine Forschung befasst sich mit mechanischen Eigenschaften und Prozessen lebender Zellen sowie mit biomimetischen Modellsystemen dafür. Er studierte und promovierte in Physik und habilitierte sich nach wissenschaftlicher Tätigkeit in München und Vancouver an der Technischen Universität München.

Erich Sackmann war einer der bedeutendsten Biophysiker Deutschlands. Nach Tätigkeiten als Wissenschaftler an den Bell Labs in den USA und am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen arbeitete er bis zu seiner Emeritierung 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 Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Für seine bahnbrechenden Arbeiten zum Verständnis der Physik biologischer Materialien erhielt Professor Sackmann 2006 den Stern-Gerlach-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft.

Rudolf Merkel ist Institutsleiter am Institut für Biologische Informationsprozesse des Forschungszentrums Jülich. Seine Forschung befasst sich mit mechanischen Eigenschaften und Prozessen lebender Zellen sowie mit den Reaktionen lebender Zellen auf äußere mechanische Reize. Er studierte und promovierte in Physik und habilitierte sich nach wissenschaftlicher Tätigkeit in München und Vancouver an der Technischen Universität München.