Grundlagen der Molekularen Biophysik WS 2011/12(Bachelor)

Dozent: Prof

Dr. Ulrike Alexiev(R.1.2.34, Tel. 55157/Sekretariat Frau Endrias

Tel. 53337)

Tutoren: Dr. Kristina Kirchberg, Alex Boreham

6-stündig (2x2-stündige Vorlesung, 1x2-stündige Übung)

Vorlesung: Di, Do 8:30-10 Uhr Beginn: 18.10.10

Übung: Mo, Mi 8:30-10 Uhr Beginn: 24./26.10.10 R. 1.1.53

Folgende Folien sind nur zur Verwendung in der Vorlesung und nicht für Veröffentlichung und Weiterverbreitung

1.

VORLESUNG

•

Historie und Gegenstand der Molekularen Biophysik

•

Übersicht über die Vorlesung

•

Literaturhinweise

2. VORLESUNG

Was sind biologische Makromoleküle?

•

Entwicklung des Lebens auf der Erde

•

Die Zelle

•

Einordnung der biol. Makromoleküle in lebende Strukturen

•

Biologische

Makromoleküle

als Biopolymere

•

Strukturebenen

der

Biopolymere

•

Übersicht

Historie und Gegenstand der Molekularen Biophysik

Gegenstand: Fokus auf Struktur, Dynamik und Interaktion von biologischen Makromolekülen(Biopolymere) (Polysaccharide, Nucleinsäuren, Proteine) vom physikalischen Standpunkt (Grundlagen Biophysikalischer Chemie, Physik biologischer Makromoleküle)

Ziel: Beitragen zum Verständnis von biologischen Prozessen

• Entwicklung des Lebens auf der Erde

Klassifizierung

von lebenden

Organismen

• Die Zelle

BakterienzelleProkarioten:Bakterien, primitive Algen, Archaebacterien(Einzeller ohne Zellkern und Organellen)

DNA

–

Erbinformation

Proteine

–

Funktion

Membranen

– Struktur und Funktion

Prokarioten:Bakterien, primitive Algen, Archaebacterien(Einzeller ohne Zellkern und Organellen)

Eukarioten:Zellkern und Organellen

DNA

–

Erbinformation

Proteine

–

Funktion

Membranen

– Struktur und Funktion

Zellwand

–

Cellulose

(Struktur)Tier Pflanze

Eukariotenzelle

Organelle Tier Pflanze Funktion Membran

Zellkern x x Enthält DNA Umgeben von einer Doppelmembran mit Öffnungen, durch die die mRNA

transportiert wird

Mitochondrien x x Energieerzeugung Umgeben von einer Doppelmembran, Ort der ATP-synthese

Endoplasmatisches

Retikulum

(ER)x x Synthese von

Proteinen, Erzeugung und Inkorporation von

Proteinen in Lysosomen

Netzwerk von röhrenförmigen Membranen, raues ER ist in Verbindung mit Ribosomen

der Ort der Proteinsynthese

(Ribosomen) x x Proteintranskription(mRNA-tRNA-Protein)

in Verbindung mit ER

Golgi-Komplex x x Ort

der

Proteinreifung Gestapelte, röhrenförmige

Membranvesikel

Lysosomen/Peroxiso

men

x x Enzymatische

Zerlegung

von Makromolekülen

Kugelförmige Vesikel

mit Einfachmembran

Chloroplasten x Photosynthese Energieerzeugung

Umgeben von einer Doppelmembran

Vakuolen x Wasserspeicherung Membranvesikel

Zellwand x Struktur der Zelle Zellmembran, Cellulose

Der

Fluss

der

genetischen

Information aller

bekannten

lebenden

Organismengeht

von:

DNA

RNA

Protein

Biologische

Makromoleküle

erfüllen

diverse spezifische

Funktionen, die sich

substantiell

von klassischen

Polymeren

unterscheiden

Alle

Moleküle

in einem

lebendem

Organismus

sind

entweder

Proteine oder

können

als

das Produkt

von Protein-”Arbeit”

angesehen

werden.

DNA Replikation, RNA Transkription, Translation und Protein Biosynthese

• Biologische

Makromoleküle

als BiopolymereMoleküle, die in lebenden

Organsimen

synthetisiert

werden, mit

mehr

als

100 Atomen

(ca. 1000 Da

, Biochemie: Molekulare

Masse ausgedrückt

in Dalton , 1 Da=1 atomare

Masseneinheit

= 1/12 der

Masse von einem

12C)

Modularer

Aufbau n x Monomer + Energie

(n-1)xH2

O + Polymer

Strukturebenen

von biol. Makromolekülen

Monomere

Sequenz

der

Monomere

im

Polymer

Primärstruktur

Strukturen

höherer

Ordnung

Sekundärstruktur

Strukturelemente

Tertiarstruktur

gefaltetes

Polymer (3D-Struktur)

Quartärstruktur

Aggregate von Makromolekülen

PrimärstrukturProteine

n x Monomer + Energie

(n-1)xH2

O + Polymer

Monomer:

Peptidbindung

Proteine

20 verschiedene

Monomerreste

PrimärstrukturNukleinsäuren

Monomer:

PrimärstrukturNukleinsäuren

Monomer:

n x Monomer + Energie

(n-1)xH2

O + Polymer

Primärstruktur

Polysaccharide

Monomer:

n x Monomer + Energie

(n-1)xH2

O + Polymer

Strukturen

höherer

Ordnung

Strukturebenen

von biol. Makromolekülen

Monomere

Sequenz

der

Monomere

im

Polymer

Primärstruktur

Strukturen

höherer

Ordnung

Sekundärstruktur

Strukturelemente

Tertiarstruktur

gefaltetes

Polymer (3D-Struktur)

Quartärstruktur

Aggregate von Makromolekülen

Strukturen

höherer

Ordnung

Proteine

Sekundärstruktur

Strukturelemente

Tertiarstruktur

gefaltetes

Polymer (3D-Struktur)

-Helix

-Faltblatt

Strukturen

höherer

Ordnung

Nucleinsauren

Sekundärstruktur

Strukturelemente

Tertiarstruktur

gefaltetes

Polymer (3D-Struktur)

A-T und G-C Paarung

Strukturen

höherer

Ordnung

Polysaccharide

Lipide