Van der Waals Interactions and Temporary Dipoles | Biology | JoVE

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Kapitel 2: Chemie des Lebens

2.13: Van-der-Waals-Kräfte

INHALTSVERZEICHNIS

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Kapitel 1: Wissenschaftliche Methodik

30
1.1: Was ist Biologie?
30
1.2: Ebenen der Organisation
30
1.3: Die wissenschaftliche Methodik
30
1.4: Induktive Argumentation
30
1.5: Deduktive Argumentation
30
1.6: Korrelation und Ursachen
30
1.7: Taxonomie
30
1.8: Phylogenie

Kapitel 2: Chemie des Lebens

30
2.1: Das Periodensystem und die Organisationselemente
30
2.2: Atomare Strukturen
30
2.3: Das Verhalten von Elektronen
30
2.4: Elektronen-Orbital-Modell
30
2.5: Moleküle und Verbindungen
30
2.6: Molekulare Formen
30
2.7: Kohlenstoffgerüste
30
2.8: Chemische Reaktionen
30
2.9: Isotope
30
2.10: Kovalente Bindungen
30
2.11: Ionische Verbindungen
30
2.12: Wasserstoffverbindungen
30
2.13: Van-der-Waals-Kräfte
30
2.14: Wasserzustände
30
2.15: Der pH-Wert
30
2.16: Lösungsmittel
30
2.17: Redox-Reaktionen
30
2.18: Adhäsion
30
2.19: Kohäsion
30
2.20: Spezifische Wärme
30
2.21: Verdampfung

Kapitel 3: Makromoleküle

30
3.1: Was sind Proteine?
30
3.2: Protein-Organisation
30
3.3: Protein-Faltung
30
3.4: Was sind Kohlenhydrate?
30
3.5: Kondensation
30
3.6: Hydrolyse
30
3.7: Was sind Lipide?
30
3.8: Was sind Nukleinsäuren?
30
3.9: Phosphodiester-Bindungen

Kapitel 4: Zellstruktur und Funktion

30
4.1: Was sind Zellen?
30
4.2: Zellgrößen
30
4.3: Die eukaryotische Kompartimentierung
30
4.4: Prokaryotische Zellen
30
4.5: Zytoplasma
30
4.6: Zellkern
30
4.7: Endoplasmatisches Retikulum
30
4.8: Ribosomen
30
4.9: Golgi-Apparat
30
4.10: Mikrotubuli
30
4.11: Mitochondrien
30
4.12: Gap Junctions
30
4.13: Die extrazelluläre Matrix
30
4.14: Gewebe
30
4.15: Die pflanzliche Zellwand
30
4.16: Plasmodesmen

Kapitel 5: Membranen und zellulärer Transport

30
5.1: Was sind Membranen?
30
5.2: Fließfähigkeit der Zellmembran
30
5.3: Das Flüssig-Mosaik-Modell
30
5.4: Was ist ein elektrochemischer Gradient?
30
5.5: Diffusion
30
5.6: Osmose
30
5.7: Tonizität in Tieren
30
5.8: Tonizität in Pflanzen
30
5.9: Proteintypen
30
5.10: Erleichterter Transport
30
5.11: Primärer aktiver Transport
30
5.12: Sekundärer aktiver Transport
30
5.13: Rezeptorvermittelte Endozytose
30
5.14: Pinozytose
30
5.15: Phagozytose
30
5.16: Exozytose

Kapitel 6: Zellkommunikation

30
6.1: Was ist die zelluläre Signalübertragung?
30
6.2: Bakterielle Signalübertragung
30
6.3: Signalwege der Hefe
30
6.4: Kontaktabhängige Signalübertragung
30
6.5: Autokrine Signalübertragung
30
6.6: Parakrine Signalübertragung
30
6.7: Synaptische Signalübertragung
30
6.8: G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
30
6.9: intrazelluläre Rezeptoren
30
6.10: Endokrine Signalübertragung
30
6.11: Was sind sekundäre Messenger?
30
6.12: Intrazelluläre Signalkaskaden
30
6.13: Ionenkanäle
30
6.14: Enzymgebundene Rezeptoren

Kapitel 7: Stoffwechsel

30
7.1: Was ist der Stoffwechsel?
30
7.2: Der erste Hauptsatz der Thermodynamik
30
7.3: Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
30
7.4: Kinetische Energie
30
7.5: Potentielle Energie
30
7.6: Freie Energie
30
7.7: Aktivierungsenergie
30
7.8: Hydrolyse von ATP
30
7.9: Phosphorylierung
30
7.10: Induced-Fit-Theorie
30
7.11: Enzymkinetik
30
7.12: Enzymhemmung
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7.13: Endprodukt-Hemmung
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7.14: Allosterische Regulation
30
7.15: Kofaktoren und Coenzyme

Kapitel 8: Zelluläre Atmung

30
8.1: Was ist die Zellatmung?
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8.2: Was ist die Glykolyse?
30
8.3: Energiebedürftige Schritte der Glykolyse
30
8.4: Energiefreisetzende Schritte der Glykolyse
30
8.5: Ergebnisse der Glykolyse
30
8.6: Oxidative Decarboxylierung von Pyruvat
30
8.7: Citratzyklus
30
8.8: Produkte des Citratzyklus
30
8.9: Elektronentransportketten
30
8.10: Chemiosmose
30
8.11: Elektronenträger
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8.12: ATP-Ertrag
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8.13: Fermentation
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8.14: Diätetische Verbindungen

Kapitel 9: Fotosynthese

30
9.1: Was ist die Fotosynthese?
30
9.2: Licht als Energie
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9.3: Anatomie der Chloroplasten
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9.4: Fotosystem II
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9.5: Fotosystem I
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9.6: Calvin-Zyklus
30
9.7: C4 und CAM Stoffwechsel

Kapitel 10: Zellzyklus und Zellteilung

30
10.1: Was ist der Zellzyklus?
30
10.2: Genomische DNA in Prokaryoten
30
10.3: Zweiteilung
30
10.4: Genomische DNA in Eukaryoten
30
10.5: Interphase
30
10.6: Mitose und Zytokinese
30
10.7: Positive regulatorische Moleküle
30
10.8: Negative Regulator-Moleküle
30
10.9: Krebs

Kapitel 11: Meiose

30
11.1: Was ist die Meiose?
30
11.2: Meiose I
30
11.3: Meiose II
30
11.4: Crossing Over
30
11.5: Non-Disjunction

Kapitel 12: Klassische und moderne Genetik

30
12.1: Genetisches Jargon
30
12.2: Punnett-Quadrate
30
12.3: Reinerbige Kreuzungen
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12.4: Mischerbige Kreuzungen
30
12.5: Die Spaltungsregel
30
12.6: Die Unabhängigkeitsregel
30
12.7: Testkreuzung
30
12.8: Stammbaum-Analyse
30
12.9: Wahrscheinlichkeitsgesetze
30
12.10: Mehrere Alleleigenschaften
30
12.11: Chromosomale Vererbung
30
12.12: Extranukleare Vererbung
30
12.13: X-chromosomale Merkmale
30
12.14: Geschlechtsgebundene Krankheiten
30
12.15: X-Inaktivierung
30
12.16: Epistase
30
12.17: Polygene Merkmale
30
12.18: Pleotropie
30
12.19: Natur und Pflege

Kapitel 13: DNA-Struktur und -Funktion

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13.1: DNA-Helix
30
13.2: Verpackung der DNA
30
13.3: Organisation der Gene
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13.4: Karyotypisierung
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13.5: Replikation in Prokaryoten
30
13.6: Replikation in Eukaryoten
30
13.7: Korrekturlesen
30
13.8: Reparatur von Fehlpaarungen
30
13.9: Nukleotidexzisionsreparatur
30
13.10: Mutationen
30
13.11: Transkription
30
13.12: Translation
30
13.13: Bakterielle Transformation

Kapitel 14: Genexpression

30
14.1: Was ist die Genexpression?
30
14.2: Die zentrale Lehre
30
14.3: Transkriptionsfaktoren
30
14.4: RNA-Struktur
30
14.5: RNA-Stabilität
30
14.6: prä-mRNA-Prozessierung
30
14.7: Arten von RNA
30
14.8: MikroRNAs
30
14.9: RNA-Spleißen
30
14.10: Epigenetische Regulation
30
14.11: RNA-Interferenz
30
14.12: Operone

Kapitel 15: Biotechnologie

30
15.1: Was ist Gentechnik?
30
15.2: Antibiotische Selektion
30
15.3: Rekombinante DNA
30
15.4: Transgene Organismen
30
15.5: Adulte Stammzellen
30
15.6: Embryonale Stammzellen
30
15.7: Induzierte pluripotente Stammzellen
30
15.8: In-vitro-Mutagenese
30
15.9: DNA-Isolierung
30
15.10: Gentherapie
30
15.11: Reproduktives Klonen
30
15.12: CRISPR
30
15.13: Komplementäre DNA
30
15.14: PCR
30
15.15: Genomforschung

Kapitel 16: Viren

30
16.1: Was sind Viren?
30
16.2: Virale Strukturen
30
16.3: Lytischer Zyklus von Bakteriophagen
30
16.4: Lysogener Zyklus von Bakteriophagen
30
16.5: Lebenszyklen der Retroviren
30
16.6: Virale Rekombination
30
16.7: Virale Mutationen

Kapitel 17: Ernährung und Verdauung

30
17.1: Was ist die monogastrische Verdauung?
30
17.2: Anatomie der Gedärme
30
17.3: Hilfsorgane
30
17.4: Verdauung der Lipide
30
17.5: Eiweißverdauung
30
17.6: Verdauung der Kohlenhydrate
30
17.7: Neurale Regulation
30
17.8: Hormonelle Regulierung

Kapitel 18: Nervensystem

30
18.1: Was ist das Nervensystem?
30
18.2: Das parasympathische Nervensystem
30
18.3: Das sympathische Nervensystem
30
18.4: Die Blut-Hirn-Schranke
30
18.5: Struktur der Neuronen
30
18.6: Die Synapse
30
18.7: Gliazellen
30
18.8: Das Ruhepotenzial der Membran
30
18.9: Aktionspotenziale
30
18.10: Langzeit-Potenzierung
30
18.11: Langzeit-Depression

Kapitel 19: Sensorische Systeme

30
19.1: Was ist das sensorische System?
30
19.2: Die Zunge und die Geschmacksknospen
30
19.3: Geschmack
30
19.4: Geruchssinn
30
19.5: Hören
30
19.6: Haarzellen
30
19.7: Cochlea
30
19.8: Vestibularapparat
30
19.9: Netzhaut
30
19.10: Sehen
30
19.11: Somatosensorik
30
19.12: Thermorezeption

Kapitel 20: Bewegungsapparat

30
20.1: Was ist das Skelettsystem?
30
20.2: Knochenbau
30
20.3: Gelenke
30
20.4: Knochenumbau
30
20.5: Anatomie der Skelettmuskulatur
30
20.6: Klassifizierung der Skelettmuskelfasern
30
20.7: Muskelkontraktion
30
20.8: Querbrückenzyklus
30
20.9: Motorische Einheiten
30
20.10: Rückenmark
30
20.11: Nozizeption

Kapitel 21: Endokrines System

30
21.1: Was ist das Endokrine System?
30
21.2: Arten von Hormonen
30
21.3: Intrazelluläre Hormon-Rezeptoren
30
21.4: Zelloberflächen-Signalübertragung
30
21.5: Rückkopplungsmechanismen
30
21.6: Die Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren Achse

Kapitel 22: Kreislauf- und Lungensysteme

30
22.1: Atmungssystem
30
22.2: Atmung
30
22.3: Lungenkapazität
30
22.4: Gasaustausch und Transport
30
22.5: Anatomie des Blutkreislaufs
30
22.6: Anatomie des Herzens
30
22.7: Herzzyklus
30
22.8: Blutfluss

Kapitel 23: Osmoregulation und Ausscheidung

30
23.1: Was sind Osmoregulation und Ausscheidung?
30
23.2: Die Struktur der Niere
30
23.3: Filterung
30
23.4: Harnstoff-Zyklus
30
23.5: Hormonelle Regulierung
30
23.6: Beträchtliche Ausscheidungssysteme
30
23.7: Osmoregulation in Fischen
30
23.8: Osmoregulation der Insekten

Kapitel 24: Das Immunsystem

30
24.1: Was ist das Immunsystem?
30
24.2: Zellvermittelte Immunabwehr
30
24.3: Humorale Immunreaktionen
30
24.4: Antikörper-Struktur
30
24.5: Affinität und Avidität
30
24.6: Kreuzreaktivität
30
24.7: Allergische Reaktionen
30
24.8: Entzündungen
30
24.9: Impfungen

Kapitel 25: Fortpflanzung und Entwicklung

30
25.1: Spermatogenese
30
25.2: Oogenese
30
25.3: Befruchtung
30
25.4: Furchung und Blastula
30
25.5: Gastrulation
30
25.6: Neurulation
30
25.7: Zellmigration
30
25.8: Bestimmung

Kapitel 26: Verhalten

30
26.1: Was ist Verhalten?
30
26.2: Prägung
30
26.3: Kommunikation
30
26.4: Migration
30
26.5: Partnerwahl
30
26.6: Instinktverhalten
30
26.7: Optimale Nahrungssuche
30
26.8: Brutpflege
30
26.9: Altruismus
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26.10: Gesamtfitness

Kapitel 27: Ökosysteme

30
27.1: Was ist ein Ökosystem?
30
27.2: Trophische Ebenen
30
27.3: Primärproduktion
30
27.4: Produktionseffizienz
30
27.5: Trophischer Wirkungsgrad
30
27.6: Was sind biogeochemische Kreisläufe?
30
27.7: Der Wasserkreislauf
30
27.8: Der Kohlenstoffkreislauf
30
27.9: Der Stickstoffkreislauf
30
27.10: Der Phosphorkreislauf
30
27.11: Der Schwefelkreislauf
30
27.12: Bioremediation

Kapitel 28: Bevölkerung und Gemeinschaftsökologie

30
28.1: Was sind Bevölkerungen und Gemeinschaften?
30
28.2: Verbreitung und Verteilung
30
28.3: Lebensgeschichten
30
28.4: Energie-Budgets
30
28.5: Bevölkerungswachstum
30
28.6: Ökologische Nischen
30
28.7: Ökologische Sukzession
30
28.8: Schlüsselarten
30
28.9: Symbiose
30
28.10: Wettbewerb
30
28.11: Räuber-Beute-Beziehungen
30
28.12: Ökologische Störung

Kapitel 29: Biodiversität und Naturschutz

30
29.1: Was ist die Biodiversität?
30
29.2: Bedrohungen der Biodiversität
30
29.3: Biodiversität und menschliche Werte
30
29.4: Was ist Naturschutzbiologie?
30
29.5: Nachhaltige Entwicklung
30
29.6: Erhaltung kleiner Populationen
30
29.7: Was ist das Wetter?
30
29.8: Was ist das Klima?
30
29.9: Globale Klimaveränderungen
30
29.10: Erhaltung zurückgehender Populationen
30
29.11: Fragmentierung von Lebensräumen

Kapitel 30: Artbildung und Diversität

30
30.1: Was ist eine Art?
30
30.2: Artenbildung
30
30.3: Tempo der Artenbildung
30
30.4: Genetik der Artenbildung
30
30.5: Hybridzonen

Kapitel 31: Natürliche Auslese

30
31.1: Was ist Natürliche Selektion?
30
31.2: Arten der Selektion
30
31.3: Frequenzabhängige Selektion
30
31.4: Grenzen der natürlichen Selektion

Kapitel 32: Populationsgenetik

30
32.1: Was ist Populationsgenetik?
30
32.2: Hardy-Weinberg-Prinzip
30
32.3: Mutation, Genfluss und Gendrift
30
32.4: Genetische Abweichung
30
32.5: Genfluss

Kapitel 33: Evolutionsgeschichte

30
33.1: Phylogenetische Bäume
30
33.2: Verhältnisse auf der frühen Erde
30
33.3: Besiedlung der Landflächen
30
33.4: Was ist Evolutionsgeschichte?
30
33.5: Der Beweis für die Evolution
30
33.6: Fossilienbestand
30
33.7: Konvergente Evolution

Kapitel 34: Pflanzenstruktur, Wachstum und Ernährung

30
34.1: Einführung in die Pflanzenvielfalt
30
34.2: Gefäßlose und samenlose Pflanzen
30
34.3: Samenlose Gefäßpflanzen
30
34.4: Einführung der Samenpflanzen
30
34.5: Grundlegende Pflanzenanatomie: Wurzeln, Sprossachse und Blätter
30
34.6: Pflanzenzellen und Gewebe
30
34.7: Meristeme und Pflanzenwachstum
30
34.8: Primäres und sekundäres Wachstum der Wurzeln und Triebe
30
34.9: Morphogenese
30
34.10: Lichtaufnahme
30
34.11: Wasser- und Mineralgewinnung
30
34.12: Kurzstreckentransport von Ressourcen
30
34.13: Der durch Xylem und Transpiration betriebene Transport von Ressourcen
30
34.14: Regulation der Transpiration durch die Stomata
30
34.15: Adaptionen, die den Wasserverlust reduzieren
30
34.16: Phloem- und Zuckertransport
30
34.17: Bodenökosystem
30
34.18: Schlüsselelemente der Pflanzenernährung
30
34.19: Die Rolle der Bakterien und Pilzen in der Pflanzenernährung
30
34.20: Epiphyten, Parasiten und Fleischfresser
30
34.21: Der Apoplast und der Symplast

Kapitel 35: Pflanzenreproduktion

30
35.1: Bestäubung und Blütenstruktur
30
35.2: Der Angiospermen-Lebenszyklus
30
35.3: Der Samenaufbau und die Entwicklung des Sporophyten
30
35.4: Fruchtbildung, Struktur und Funktion
30
35.5: Die nicht-geschlechtliche Fortpflanzung
30
35.6: Die pflanzliche Gewebekultur
30
35.7: Pflanzenzüchtung und Biotechnologie

Kapitel 36: Reaktion der Pflanzen auf die Umwelt

30
36.1: Pflanzenhormone
30
36.2: Photorezeptoren und pflanzliche Reaktionen auf Licht
30
36.3: Biologische Uhren und jahreszeitliche Reaktionen
30
36.4: Reaktionen auf Schwerkraft und Berührung
30
36.5: Reaktionen auf Dürre und Überschwemmungen
30
36.6: Reaktionen auf Hitze- und Kältestress
30
36.7: Reaktionen auf Salzstress
30
36.8: Abwehr von Krankheitserregern und Herbivoren

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PROTOKOLLE

Van-der-Waals-Wechselwirkungen sind unspezifische Anziehungskräfte, die entstehen, wenn ein Atom einem anderen so nahe kommt, dass es seine Elektronen stört, wodurch temporäre Dipole entstehen, die kohäsiv sind.
Eine solche Aktivität trägt zur dreidimensionalen Struktur der DNA bei.

2.13: Van-der-Waals-Kräfte

Die Van der Waals Wechselwirkungen bzw. Kräfte sind Anziehungskräfte, die entstehen, wenn ein Atom einem anderen Atom so nahe kommt, dass seine Elektronen durch dieses beeinflusst werden. Dadurch entstehen temporäre Dipole, die kohäsiv sind.

Van der Waals und Geckos

Van der Waals Kräfte sind kumulativ so stark, dass sie sogar das Gewicht eines Geckos tragen können! Diese erstaunliche Leistung wird durch die vielen Wechselwirkungen zwischen den Molekülen an den Haarspitzen des Geckos und den Molekülen an der Oberfläche einer Wand erreicht. Die Oberfläche der Haare der Finger wird durch Hunderttausende von Haaren auf jedem Finger und durch mehrfache Projektionen von der Spitze jedes Haares vergrößert. So entstehen genügend Van der Waals-Wechselwirkungen, um die Schwerkraft zu überwinden und es somit dem Gecko ermöglicht eine gerade Wand hinaufzulaufen.

DNA

Die Struktur der DNA wird durch schwache, temporäre, nicht-kovalente Wechselwirkungen beeinflusst. Van-der-Waals-Kräfte zwischen Basenpaaren auf benachbarten Sprossen der Doppelhelix halten die Basen in einem optimalen Winkel, um die Doppelhelix kompakt zu packen.

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