Biophysik

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Physik ist schon lange nicht mehr nur die „Wissenschaft von der unbelebten Materie“, nicht zuletzt waren es Physiker wie Erwin Schrödinger, Max Delbrück oder Friedrich Dessauer, die der modernen Biologie neue Forschungsfelder und -methoden eröffneten. Bei der Frage nach dem Ursprung des Lebens, der Eigenschaften von Zellen oder komplexer Biomoleküle, der Simulation biologischer Vorgänge spielt die Physik im Verbund mit anderen Disziplinen eine wichtige Rolle.

Artikel

Physik der Intermediärfilamente

Biophysikalische Prozesse bestimmen wesentlich das Verhalten von Proteinen in der Zelle.

  • Sarah Köster
  • 10 / 2015 Seite: 39
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Lange Zeit galten Intermediärfilamente lediglich als statische Strukturproteine in der Zelle. Inzwischen häufen sich jedoch die Hinweise, dass sie durchaus dynamisch hierarchische Strukturen bilden, als „Fracht“ mit molekularen Motoren wechselwirken und die mechanischen Eigenschaften von Zellen stark beeinflussen. So können Mutationen dieser Proteine die Ursache schwerer Krankheiten sein. Das Interesse von Biophysikern an der Erforschung von Intermediärfilamenten ist daher in den letzten Jahren...

Physik der Zelladhäsion

Physikalische Kräfte tragen wesentlich zum strukturellen Zusammenhalt unseres Körpers bei.

  • Ulrich Schwarz
  • 07 / 2015 Seite: 29
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Der menschliche Körper besteht aus mehr als zehn Billionen Zellen, die eine stabile Einheit bilden, aber auch dynamische Vorgänge wie das Schließen einer Wunde erlauben. Was hält die Zellen in unserem Körper so zusammen, dass er strukturell stabil und dynamisch zugleich sein kann? Tatsächlich sind dies viele schwache bio­molekulare Bindungen zwischen den Zellen und ihrer Umgebung, die sich ständig öffnen und schließen.

Haariges Hören

Haarzellen im Innenohr lassen sich als aktives Nichtgleichgewichts-System auffassen.

  • Kai Dierkes und Benjamin Lindner
  • 04 / 2014 Seite: 37
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Bis zu 15 Millionen Menschen in Deutschland klagen gelegentlich oder auch häufiger über Hörprobleme. Die möglichen Ursachen sind vielfältig, meist jedoch ist es Lärm, der die Sinneszellen im Innenohr irreversibel schädigt. Nicht nur Mediziner und Biologen erforschen das Gehör, sondern auch Physiker. Neben Forscherneugier eint sie die Hoffnung, dass unser wachsendes Verständnis für die biophysikalische Funktionsweise des Ohres auch zu neuen diagnostischen und therapeutischen Ansätzen führen kann.

Lebendes Gewebe im Modell

Wie sich den komplexen Regenerationsmechanismen der Leber auf die Spur kommen lässt.

  • Dirk Drasdo
  • 11 / 2013 Seite: 29
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Die Leber verfügt über die erstaunliche Eigenschaft, sich auch nach großen Schädigungen schnell wieder regenerieren zu können. Wie dies gelingt, ist eine bedeutende medizinische Frage, die sich nur interdisziplinär lösen lässt. Im Wechselspiel von Beobachtung, Modellierung und Experiment ist es mittlerweile gelungen, den zugrunde liegenden Mechanismen auf die Spur zu kommen. Diese Einblicke in die Leber­regeneration versprechen neuartige Therapie-Ansätze bei Zirrhose und anderen Schädigungen...

Lebendiges Nichtgleichgewicht

Unter welchen physikalischen Randbedingungen kann Leben entstehen?

  • Christof Mast, Friederike M. Möller und Dieter Braun
  • 10 / 2013 Seite: 29
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Leben entwickelt sich durch Replikation und Selek­tion. Um zu verstehen, wie Materie überhaupt leben­dig werden kann, bilden Physiker geologische Nichtgleichgewichte in mikroskopischen Experimenten nach. Wie können sich Nanomaschinen fern vom Gleichgewicht selbst kopieren? Bei welchen Bedingungen setzen sich komplexere Moleküle gegen einfachere durch? Die Suche nach dem Anfang der Evolution birgt allerlei Überraschungen und viel interessante Nichtgleich­gewichtsphysik.

In die richtigen Bahnen lenken

Wie Strömungs­felder komplexe Objekte formen können

  • Tobias M. Schneider
  • 05 / 2013 Seite: 31
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Die Mikrofluidik und Lab-on-a-Chip-Konzepte versprechen, große Bereiche der Biophysik zu revolutionieren. Denn sie ermöglichen Reihenuntersuchungen auf Ebene einzelner Zellen bei gleichzeitigem Studium der Variabilität innerhalb einer ganzen Zell­population. Biophysikalische Prozesse lassen sich so quantitativ beschreiben und verstehen. Grundlage sind Methoden, um Strömungen im kleinen Maßstab zu beeinflussen. Diese könnten sich auch in anderer ­Weise kreativ nutzen lassen, etwa zur...

Dynamik der Migräne

Modelle aus der Physik tragen dazu bei, bislang unverstandene Phänomene der Migräne zu erklären.

  • Markus A. Dahlem
  • 10 / 2012 Seite: 39
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„Migräne sind Kopfschmerzen, auch wenn man gar keine hat.“ Mit diesen Worten umschreibt Erich Kästner in „Pünktchen und Anton“ das gängige Vorurteil, Migräne sei nur eingebildet. De facto leiden über sechs Millionen Deutsche unter dieser Krankheit, die jährlich volkswirtschaftliche Kosten von über vier Milliarden Euro verursacht. Heute wissen wir, dass Migräne mit einer zeitweisen Unterdrückung der Nervenaktivität einhergeht, die sich wellenartig ausbreitet. Physikalische Modelle zur...

Wie Gene wandern

Stochastische Prozesse bestimmen die Dynamik des horizontalen Gentransfers zwischen Bakterien.

  • Berenike Maier
  • 10 / 2012 Seite: 33
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Höhere Lebewesen pflanzen sich sexuell fort. Die genetische Erbinformation von Vater und Mutter durchmischt sich dabei so, dass genetische Vielfalt zwischen den Individuen entsteht. Wie aber tauschen Bakterien Gene aus? Einzelmolekülexperimente haben gezeigt, dass Bakterien sehr effiziente molekulare Maschinen besitzen, die es ihnen erlauben, sogar artfremde DNA zu importieren. Genetische Schaltprozesse können die Produktion dieser Maschinen regulieren.

Lebendige Optik

Die Netzhaut weist außergewöhnliche optische Eigenschaften auf.

  • Jochen Guck
  • 06 / 2012 Seite: 39
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„Most of the properties of the eye are wonderful […], but some are apparently stupid.“ So urteilte Richard Feynman in seinen berühmten „Lectures on Physics“ über einen offensichtlichen, grundlegenden Fehler im Bauplan des Auges: Das Licht muss erst die gesamte einige hundert Mikrometer dicke Netzhaut durchdringen, bevor es auf die lichtempfindlichen Zellen trifft. Wie kann es sein, dass wir dennoch scharf sehen können?

Verwickelter Zellkern

Zum Auslesen unserer Erbsubstanz muss diese zunächst entpackt werden.

  • Helmut Schiessel
  • 01 / 2011 Seite: 31
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Die Träger unserer Erbsubstanz sind extrem lange Moleküle, die Desoxyribonukleinsäuren (DNS). Das Packen und Entpacken dieser Moleküle erfordert ­ausgeklügelte physikalische Mechanismen, die erst seit jüngster Zeit experimentell und theoretisch ­zugänglich sind.

Ein Protein mit Schlüsselbund

  • Gerd Ulrich Nienhaus
  • 09 / 2008 Seite: 20

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Neue Entwicklungen in der kernmagnetischen Resonanzspektroskopie ermöglichen die Beobachtung von Proteinfluktuationen im Bereich von Pikosekunden bis Millisekunden.

Dem Molekül auf der Spur

  • Don C. Lamb und Christoph Bräuchle
  • 12 / 2007 Seite: 39

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Auf welchem Weg dringt ein Virus bei einer Infektion in eine Zelle ein? Wie bewegen sich Motorproteine in Zellen oder einzelne Moleküle in nanoporösen Materialien? Das Verfolgen (Tracking) einzelner Teilchen unter dem Fluoreszenzmikroskop erlaubt es, diese und ähnliche Fragen aus der Biophysik, der Medizin und den Materialwissenschaften zu beantworten.

Einblicke ins Leben

  • Petra Schwille
  • 12 / 2007 Seite: 35

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Die Geheimnisse lebender Materie aufzuklären, erfordert ein Verständnis biologischer Prozesse bis hinab zur molekularen oder gar atomaren Ebene. Dabei sind bildgebende Verfahren, mit denen sich lebende Organismen auch im submikroskopischen Maßstab untersuchen lassen, unerlässlich. Hier hat sich das Feld der Nanobiophotonik etabliert, das die drei Eckpfeiler des Gebiets im Namen trägt: Mithilfe des Lichts (phos) soll das Leben (bios) in der Nanowelt unter die Lupe...

Molekulare Motoren und zelluläre Dynamik

  • Frank Jülicher
  • 09 / 2006 Seite: 59

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Wie kommt der Geißelschlag von Spermien zustande? Welchen Eigenschaften verdanken wir den außerordentlich großen dynamischen Bereich unseres Gehörs? Methoden der theoretischen Physik zeigen, dass diese Phänomene auf kollektivem Verhalten aktiver molekularer Prozesse beruhen, die zu spontanen Oszillationen führen.

News

Mit dem Zweiten hört man mehr

Die Physiker Birger Kollmeier und Volker Hohmann vom Oldenburger Exzellenzzentrum für Hörforschung sowie der Ingenieur Torsten Niederdränk von der Siemens AG in München sind mit dem Deutschen Zukunftspreis 2012 ausgezeichnet worden.

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Röntgenpionier, Erfinder und Politiker wider Willen

Vor fünfzig Jahren starb Friedrich Dessauer, der nicht nur Pionier der Biophysik und Röntgenmedizin war, sondern sich auch politisch stark engagierte.

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Links

Fachverband Biologische Physik (BP) in der DPG

Der Fachverband Biologische Physik (FV BP) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft wurde 2004 als Arbeitskreis Biologische Physik (AKB) ins Leben gerufen. Er vereinigt Physiker und Physikerinnen, die an interdisziplinärer Forschung zwischen Biologie und Physik interessiert sind. Diese Forschung zielt auf ein tiefergehendes Verständnis spezifischer biologischer Systeme, auf technologische Anwendungen als auch auf grundlegende theoretische Fragen der Physik biologischer Systeme.

Die Deutsche Gesellschaft für Biophysik e.V.

Die Deutsche Gesellschaft für Biophysik e.V. verfolgt ausschließlich und unmittelbar den Zweck, Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet der Biophysik zu fördern und zu verbreiten, deren Belange wahrzunehmen und die Wissenschaftler und andere Personen, die auf biophysikalischem Forschungsgebiet tätig sind, zusammenzuschließen.

Erich Sackmann: Geschichte der Biophysik (Welt der Physik)

Physik und Biologie haben gemeinsame Wurzeln und haben sich oft gegenseitig inspiriert. Neue physikalische Messmethoden führten zu einem Entwicklungsschub in der Biologie und Beobachtungen der Biologen dienten als Denkanstöße in der Physik.

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