Selbstorganisation Lebenswissenschaften nach Oparin

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1 Selbstorganisation Lebenswissenschaften nach Oparin
entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität Selbstorganisation von DNA Selbstorgansation von Phospholipiden Kolloidwissenschaften nach Shinoda entstehen „organisierte Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen Substanz-Lösungsmittel Wechselwirkungen

2 Organisierte Lösungen (nach Shinoda)
solute-solvent interactions lyophilic interactions lyophilic/lyophobic interactions lyophobic interactions regular solution organized solution phase separation

3 Organized solutions (according to Shinoda):
Low solute solubility Swelling of solvent by solute phase Solute in a liquid or liquid crystalline state High molecuar or aggregate weight of solute species

4 Tenside Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.

5 Ionische Tenside Anionisch Kationisch Amphoter
Carboxylgruppen Primäre Aminogruppen Sulfobetaine Sulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen Carbobetaine Sulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen Phospholipide Phosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen

6 Nichtionische Tenside
Polyglycolether R-O-(CH2-CH2O)m –H Polyglycolester R-C(O) O-(CH2-CH2O)m –H Polyglycolamide R-C(O) NH-(CH2-CH2O)m –H Polypropylenglycolether R-O-(C(CH3)H-CH2O)m –H Polypropylenglycolester R-C(O) O-(C(CH3)H -CH2O)m –H Polypropylenglycolamide R-C(O) NH-(C(CH3)H -CH2O)m –H Polyamine R-NH-(CH2-CH2NH)m –H Glycoside

7 Hydrophober Teil Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW) - gesättigt
- ungesättigt - verzweigt - fluriert

8 Eigenschaften Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen: - Senkung der Grenzflächenspannung - Benetzung - Filmbildung  Mizellbildung

9 Mizellbildung Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration (Kritsche MizellbildungsKonzentration KMK bzw. cmc)

10 Methoden zur cmc Bestimmung
Grenzflächenspannungsmessung Leitfähigkeitsmessung Trübungsmessung

11 Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur
Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt

12 Form der Mizellen kugelförmig scheibenförmig zylindrisch lamellar
vesikelförmig bikontinuierlich

13 Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung
2-Phasenmodell Assoziationsmodell

14 2-Phasenmodell Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich  G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc

15 Assoziationsmodell  G°Miz = - RT ln Kn
Die Freie Energie der Mizellbildung (  G°Miz) kann in Bezug zur Gleichgewichtskonstante Kn gesetzt werden  G°Miz = - RT ln Kn

16 Kritischer Packungsparameter (V / A L)
V – Volumen des hydrophoben Teils A – Optimum der Kopfgruppenfläche L – Kritische Länge des hydrophoben Schwanzes nach Israelachvili

17 Kritische Packungs-dichte
Tensid-Typ Aggregatstruktur < 0,33 0,33 – 0,5 0,5 – 1,0 1 > 1,0 einfache Tenside mit großen Kopfgruppen einfache Tenside mit kleinen Kopfgruppen Doppelkettige Tenside mit großen Kopfgruppen Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen, sehr voluminöser hydrophober Teil kugelförmige, ellipsoide Mizellen zylindrische oder stäbchenförmige Mizellen Vesikel oder Doppelschichten Planare Doppelschichten Reverse Mizellen

18 Parameter zur Beschreibung einer Mizelle
Aggregationszahl n Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc) Relaxationszeiten t1 ; t2

19 Zunahme der Aggregationszahl
mit zunehmender Kettenlänge mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe mit zunehmender Temperatur (Niotenside) mit zunehmender Ionenstärke (ionische Tenside) bei Zugabe von organischen Verbindungen

20 cmc nimmt ab Carboxylat > Sulfonat > Sulfat
Quaternäre N-Funktion > primäres Amin Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe

21 Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge
log10 cmc = A – B nc A, B – Konstanten nc – Zahl der C-Atome in der Kette Empir. Gleichung nach Klevens

22 Schnelle und langsame Relaxation
Schnelle Relaxation: Austausch von Monomer Langsame Relaxation: Auf- und Abbau ganzer Mizellen