Theoretische Biochemie: Physikalisch-Chemische Grundlagen der Lebensvorgänge

Einleitung: Vom Sinn der physikalisch-chemischen Analyse biologischer Erscheinungen.- Erster Teil: Statik.- I. Teilchen und Kräfte in molekularen Dimensionen.- Dimensionen von Atom und Kern.- Isotope und Kernreaktionen.- Grundsätzliches zur Tracermethodik.- Atomhülle; Quantenzahlen.- Materiewellen.- Vom Wesen der chemischen Bindung.- Die Mehrfachbindung.- Das Valenzwinkelproblem.- Die polarisierte Bindung und das Dipolmoment.- Dispersionskräfte (van der Waals-Kräfte).- Paramagnetismus von Ionen und Molekeln, einschließlich Radikalen.- Mesomere Grenzzustände, Radikale.- Reaktionsmechanismen.- Die Wasserstoffbrückenbindung.- II. Wasser, Diffusion, Osmose.- Physikalische Eigenschaften und Assoziationsstruktur des Wassers.- Verteilung des Wassers im Körper.- Wasser als Partner bei biochemischen Reaktionen.- Wasserbewegungen im Körper und Wasserwechsel.- Irreversibilität und statistischer Charakter der Diffusion.- Der Diffusionskoeffizient; Permeabilitätskonstante von Membranen.- Konzentrationskurven verschiedener Diffusionssysteme.- Moleküldimensionen und Diffusionskoeffizient.- Die Diffusion im Gewebe.- Löslichkeit und Diffusion der Atemgase.- O2-Spannungsgefälle im Gewebe; die Grenzschnittdicke.- Besondere Diffusionsprobleme.- Kolligative Eigenschaften; Trennung der Komponenten einer Lösung…..- Empirische Gesetze.- Dampfdruckerniedrigung; Konzentrationsmaße, Molenbruch.- Thermosmose.- Osmotische Arbeit; chemische Potentiale.- Theorie des osmotischen Druckes und seiner Messung.- Der osmotische Druck hochmolekularer Stoffe.- Osmotischer Druck in Zellen und Geweben.- Das Problem der Osmoregulation.- III. Die Elektrolyte.- Dissoziation, osmotischer Druck und Leitfähigkeit.- Potentiometrische Bestimmung von Elektrolytaktivitäten.- Elektroden zweiter Art.- Quantitative Theorie galvanischer Elemente.- Die Diffusionspotentiale.- Starke Elektrolyte; Aktivitäten und Aktivitätsfaktoren.- Theorie der interionischen Wechselwirkung.- Grundsätzliches zur biologischen Ionenwirkung.- Schwache Elektrolyte.- Thermodynamische und stöchiometrische Dissoziationskonstante.- Säure- und Basendissoziation als protolytischer Vorgang.- Protonenaffinität und chemische Struktur.- Die Dissoziation schwacher Elektrolyte im Wasser.- Der Begriff des pH und seine Messung.- pH-Wert von Säurelösungen; der Dissoziationsgrad.- Basen Verteilung zwischen verschiedenen Säuren; die Hydrolyse.- Stufentitration; ? bei mehrbasischen Säuren.- Die Ampholytdissoziation.- Titration von Komplexbildnern.- Die Pufferwirkung.- Die Pufferung im Organismus.- Das Puffersystem des Blutes.- Puffersysteme der Zellen; ihr pH-Wert.- Das Löslichkeits- oder Aktivitätenprodukt.- Löslichkeit und pH-Wert.- Löslichkeit der Kalksalze; die Knochenbildung.- IV. Phasen und Grenzflächen.- Gibbssches Phasengesetz.- Der Teilungskoeffizient; die Gegenstromverteilung.- Verteilungs- und Papierchromatographie.- Grenzflächenkräfte.- Grenzflächenspannung und Haftspannung.- Grenzflächenspannung an Mischphasen; die Adsorption.- Molekeln und Reaktionen in Grenzflächen.- Biologisch wichtige Grenzflächenreaktionen; Modellversuche.- Emulgierung; Netzung.- Spreitung; Filmbildung.- Platzbedarf und Zustand der Molekeln im Film.- Proteine in Grenzschichten.- Elektrische Erscheinungen an Grenzflächen.- Ableitbarkeit von Grenzflächenpotentialen.- Das elektrochemische Potential.- Phasengrenzpotentiale; Glaskette.- Adsorption, Potentialbildung, Doppelschicht.- Elektrokinetische Vorgänge.- Allgemeine Bedeutung der Elektrophorese.- Elektrolytadsorption 2.- Ionenaustauscher.- Das Donnan-Gleichgewicht.- Partielle Ionengleichgewichte an Membranen.- Selektivität und Ionenfluß.- Anomale Osmose.- V. Hochmolekulare Strukturbildner.- Größe und Form gelöster Makromolekeln; ihr Wassergehalt.- Osmotische und Ultrazentrifugenmethoden.- Optisches Verhalten; die Streulichtmethode.- Mittlere Molekulargewichte.- Erkennung der Teilchenform.- Das ReibungsVerhältnis.- Optische Dissymmetrie; Röntgenkleinwinkelstreuung.- Rotatorische Diffusionskonstante; Relaxationszeit.- Die VisQosität von Kolloiden.- Sphärokolloide.- Zahl und Stärke der dissoziablen Gruppen.- Vom Donnan-Gleichgewicht abhängige Eigenschaften.- Osmotischer Druck.- Viscosität.- Der Hydratationsraum.- Die Quellung.- Protoplasmaviscosität.- Die Löslichkeit der Proteine.- LadungsVerteilung, Salzbildung, Assoziationen.- Anordnung, Bindung und Faltung der Peptidketten.- Die ?-Helix.- Spiralstruktur der Nucleinsäuren.- Proteindenaturierung.- Löslichkeit und Stabilität der Kolloide.- Die Koagulation.- Kolloidalterung.- Gesetze und Theorien der Koagulation.- Sensibilisierung und Schutzkolloidwirkung.- Systeme aus Fadenmolekülen.- Fadenkolloide und Seifenmicellen in Lösung.- Der Netzbau des Protoplasmas.- Doppelbrechung und Strukturanalyse.- Strukturanalyse mit Röntgenstrahlen.- Zweiter Teil: Dynamik.- VI. Energetische Grundlagen der Lebensvorgänge.- Begriffe.- 1. Hauptsatz.- Enthalpie, Wärmekapazität.- Atomare und molekulare Bildungswärmen.- Phasenumwandlung und Wärmetönung.- Biologische Anwendungen.- 2. Hauptsatz; Entropie als Kapazitätsfaktor.- Kreisprozesse und Entropieänderung abgeschlossener Systeme.- Entropieänderungen bei chemischen Reaktionen.- Entropie und Wahrscheinlichkeit.- Biologische Bedeutung des Entropiesatzes (l. Teil).- Die Arbeitsfähigkeit biochemischer Reaktionen.- Der Intensitätsfaktor der chemischen Energie (fi).- Die Gleichgewichtskonstante als Energiemaß.- Energetik von Hydrolysen und Phosphorolysen.- Zur Dissoziationsenergie protolytischer Reaktionen.- Lösungsenergien; Teilkonstanten komplexer Reaktionen.- Das Prinzip vom geringsten Zwang.- Thermokinetische und thermoelastische Vorgänge.- Druck- und Temperaturabhängigkeit der Entropie.- Tabellen und Rechenbeispiele.- VII. Physikalische Grundlagen der biologischen Oxydationen.- Grundsätzliches.- Potentiometrische Messung des Elektronentransportes.- Das Redoxpotential pH-unabhängiger Systeme.- Der Einfluß der H+-Ionenaktivität.- Redoxpotential und chemische Konstitution.- Redoxverhältnis und Potentialverlauf.- Der ?H-Begriff.- Redoxindikatoren, Reversibilität und Potentialeinstellung.- pH-Abhängigkeit mehrstufiger Oxydoreduktionen.- Radikale als Zwischenstufen der Oxydation.- Freie Energie und Redoxnormalpotentiale.- Zur Polarographie.- VIII. Biologische Verwendung und Schaffung freier chemischer Energie.- Die Einheitlichkeit energieliefernder Reaktionswege.- Bedeutung des Wasserstoffgehaltes der Nährstoffe.- Energetische Übersicht des Kohlenhydratabbaues.- Stoffzyklen als biochemische Funktionseinheiten.- Reaktionszüge und Reaktionskoppelung.- Prinzip der gemeinsamen Endstrecke und der Gruppenübertragung.- Energieübertragende Verbindungen.- Nutzeffekte der Bildung energiereicher Verbindungen.- Energetik assimilatorischer Prozesse.- Energiebindung bei der Photosynthese.- Energieentbindung bei der Muskelaktion.- Energiebedarf für die Erhaltung der Zellstruktur.- Energetik der Baustoffsynthese.- Energietransport durch biologische Feinstrukturen ?.- IX. Die Steuerung der Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen.- Die Geschwindigkeit von Reaktionen verschiedener Ordnung.- Ablauf von Konzentrationsänderungen in komplexen Systemen.- Kinetik der Racemattrennung.- Kinetik des Umsatzes markierter Verbindungen.- Kinetik des Wachstums und der Körperreduktion.- Energiebedarf im steady-state.- Kinetik reversibler Reaktionen.- Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit.- Die Aktivierungswärme.- Ursachen der Temperaturabhängigkeit biologischer Vorgänge.- Die Temperaturanpassung von Lebewesen.- Energetik und Kinetik der Aktivierung von Reaktionen.- Aktivierungsenergie und Reaktionsgeschwindigkeit.- Thermodynamik der Aktivierung.- Katalysatoren und Fermente.- Umsatzgröße, Fermentmenge, Autokatalyse.- Gleichgewichtseinstellung, Oberflächenkatalyse.- Kinetik der Enzym-Substratbindung.- Die Bedeutung der Michaeliskonstanten.- Die Michaeliskonstante bei komplexen Reaktionsfolgen.- Die Lineweaver-Burk-Gleichung.- Verschiedene Typen der Fermenthemmung.- Kinetik der Coenzymbindung.- Die Michaeliskonstante der Gegenreaktion.- Die pH-Abhängigkeit der Fermentreaktionen.- Proteinstruktur, Substratbindung, Aktivierung.- Mechanismen organischer Reaktionen am Fermentort.- Allgemeine Vorstellungen vom Aufbau der Wirkorte.- Spezifische Gruppen am Wirkort.- Zinkhaltige Fermente.- Wirkung und Bedeutung von Ionen und Schwermetallen.- Katalytisch wirkende Typen von Häminverbindungen.- Metallverbindungen der Flavoproteine.- Radikalketten, Einelektronenvorgänge, Hauptvalenzkatalysen.- Elektronenleitung; Halbleiter-, Austauscher-, Chlathratkatalysen.- Anhang: Lösung einer Differentialgleichung (12).- Schlußkapitel.- X. Dynamische und strukturelle Funktionseinheiten.- Allgemeines.- Thermodynamik stationärer Systeme (2. Hauptsatz, 2. Teil).- Wechselwirkung stationärer Flüsse.- Entropieänderungen offener Systeme.- Ausbildung statischer und dynamischer Strukturen.- Zur Kinetik biochemischer Reaktionszüge.- Das Querschnittsgesetz.- Die stationären Konzentrationen.- Konzentration der Endprodukte und die chemische Triebkraft.- Verzweigung der Reaktionswege.- Steuerungen mit wasserstoffübertragenden Co-Fermenten.- Reaktionslenkung durch das ATP/ADP-System.- Der Pasteur-Effekt.- Atmungskapazität, Glykolysekapazität; Wachstum.- Strukturelle Voraussetzungen biochemischer Reaktionen in der Zelle.- Die Probleme des cellularen Stofftransportes.- Die Zellmembran.- Passive Durchlässigkeitseigenschaften.- Kinetik der Osmosen.- Durchlässigkeit poröser Membranen.- Lipoid- und Filtertheorie der Zelldurchlässigkeit.- Allgemeine Theorie der Permeation.- Ionenverteilung und Ionenpermeabilität.- Selektive Ionendurchlässigkeit; partielle Gleichgewichte.- Hämolyse; Ursache der Selektivität.- Osmotische Stabilisierung durch Gegenzug.- Endergonische Transportphänomene.- Zum Begriff des aktiven Transportes.- Aufrechterhaltung des Kationengehaltes der Zellen.- Kationenbewegungen bei Erregung und Erholung.- Zur Theorie der Transporterscheinungen.- Die katalysierte Diffusion.- Mechanismus aktiver Transportleistungen.- Stoffwechsel, Ionenaustausch und Sekretionsleistung.- Die Carrier-Hypothese.- Fermente der Zellmembran.- Redoxpumpen und Redox-Carrier-Mechanismen.- Aktiver Transport ohne Carrier?.- Die Aufnahme von Makromolekeln und Farbstoffen.- Schlußwort über die Zellorganisation.- I. Formelmäßige Zusammenhänge thermodynamischer Größen.- II. Grundzüge des Schlieren Verfahrens zur Messung von Konzentrationsgradienten und Konzentrationen.- Nachtrag zu S. 300.- Nachtrag zu S. 651.- III. Tabellen: Ioneneinfluß auf Fermentreaktionen.- Elektronenkatalog der Elemente bis zum Krypton.