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Prfungsliteratur

By Carol Franklin,2014-12-25 23:44
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Prfungsliteratur

     1

    Prüfungsskript Biologische Psychologie 1 WS 07/08

     Kaernbach

    Eine Zusammenfassung der Folien der Vorlesung und der angegebenen Prüfungsliteratur:

    Schandry, Biologische Psychologie BeltzPVU 2. Auflage, Weinheim 2006 , Kapitel 2 - 9

    Eine Ergänzung zum Skript enthält einige grundsätzliche Begriffserklärungen.

    Bei einer Rückmeldung von Fehlern können diese korrigiert werden.

    Anja Wollschläger.

    ________________________________________________________________________________________

    Teil 1 Gene

1. Urknall

     1.1. Zeitpunkt: vor 13,7 Milliarden Jahren

     1.2. Ablauf: zunächst gemeinsame Entstehung von Materie, Zeit und Raum; nicht im Sinne einer Explosion;

     Zustand, in dem physikalische Gesetze noch nicht gelten und der so nicht zu beschreiben ist -44 1.2.1.Planck-Ära: 0 bis 5*10s

     - Zeit und Raum nicht unterteilbar 32 - Temperatur: 10K

     - Vereinigung der vier Grundkräfte der Natur in einer Urkraft:

     1. Gravitation

     2. starke Wechselwirkung

     3. elektromagnetische Wechselwirkung

     4.schwache Wechselwirkung

     - Beginn der Expansion = Ende der Planck-Ära -44-36 1.2.3 .GUT-Ära (Grand unified theory): 5*10 bis 10s

     - Aufspaltung der Urkraft in Gravitation und GUT-Kraft

     - Materie etwas im Überschuss gegenüber Antimaterie: (vorhergehende Paarvernichtung)

     - evt Basis für sämtliche heute existierende Materie, einschliesslich unserer Existenz

     inflationäres Universum

    - überlichtschnelle Ausdehnung des Universums; -33- Zunahme von weit unter Protonendurchschnitt auf ca 10 cm in 10s

    - Abkühlung und Abspaltung der starken Wechselwirkung

     Entstehung von Teilchen

    - Quarks und Antiquarks, Elektronen, Positronen,

    - Spaltung der elektroschwachen Kraft; 4 Kräfte

    - 10 bis 300s: Bildung von Atomkernen durch Fusion von Neutronen und Protonen +2+ ca 75% Protonen (H), 25% Helium (He)

     Materie-Ära: ca 10.000 Jahre

    - Energiedichte der Strahlung fällt unter die der Materie: Materie dominiert

     1.1.6. Entstehung von Atomen: ca 400.000 Jahre, Ausbreitung von Licht

    - Temperatur 3000 K;

    - geringe Wechselwirkung von Photonen mit neutralen Atomen ? Ausbreitung von Licht,

    - abgekoppelte Hintergrundstrahlung

    1.1.7. Bildung grossräumiger Strukturen, z.B. Halos:1 Million Jahre

    - Gravitation wirkt stärker auf Materie nach Abspaltung der Srahlung; Masseansammlungen;

    - Entstehung von Halos:― Lichthof―, Einzugsbereich einer Galaxie

    1.1.8. Galaxien und Sterne: 1 Milliarde Jahre

    - Wasserstoffbrennen in jungen Sternen: Kernfusion von Wasserstoff in Helium, Energie wird frei

    - Heliumbrennen in alten Sternen: Entstehung von Kohlenstoffkernen

    - Zunahme der Bindungsenergie: Entstehung aller schweren Elemente bis zu Eisen

    - Entstehung von Elementen schwerer als Eisen durch Neutroneneinfang bei Supernova

     (also nur durch ältere Sternenreste)

    1.1.9. Sonnensystem: 9,2 Milliarden Jahre

    - Entstehung unseres Sonnensystems aus einer kollabierten Wolke aus Gas und Staub am

     Rande unserer Galaxis mit Überresten aus explodierten Sternen,

     - viele schwere Elemente enthalten

     - sonnennahe Planeten werden durch Sonnenwind von leichten Elementen freigeblasen

     2

     1.1.9. Entstehung der Erde: vor ca 4,5 Milliarden Jahren

     - Kollision von Protoerde und „Theia―

     ? Entstehung von Erde und Mond

2. Periodensystem der Elemente

     Systematische Anordnung der chemischen Elemente entsprechend ihrer

     Elektronenkonfiguration

     2.1.Ordnungszahl

     Zahl der Protonen im Kern, entspricht bei ungeladenen Atomen auch der Elektronenzahl;

     Im Periodensystem werden die Elemente anegeben, hier entspricht also die Ordnungszahl sowohl der

     Kernladung als auch der Elektronenzahl in der Hülle

    2.2. Perioden:

    - horizontale Reihen: von links nach rechts zunehmende Ordnungszahl der Elemente,

     Zahl der Elektronen in der Hülle um den Kern nimmt um eine Einheit zu

    - 7 Perioden:

     entsprechend 7 der bis zum Aufbau der bislang bekannten Atomarten nötigen Energiestufen

     z.B.: 1.Periode: Schale enthält max. 2 Elektronen

     2. und 3. Periode: äussere Schale enthält maximal 8 Elektronen

     4. und 5. Periode: äussere Schale enthält maximal 18 Elektronen

     6. und 7. Periode: äussere Schale enthält maximal 32 Elektronen

    - erstes Element einer Periode (Zeile): äussere Schale ist mit einem Elektron befüllt

     letztes Element: äussere Schale ist mit ihrer max. Zahl von Elektronen befüllt

    - die chemischen Eigenschaften eines Elementes hängen davon ab, in welche Schale mit welcher

     Energiestufe ein hinzukommendes Elektron eingebaut wird

     2.3.. Gruppen

     - Spalten: gleiche Anzahl von Aussenelektronen, mit denen eine Schale besetzt ist,

     hängt mit s- und p-Orbitalen zusammen

     - Elemente mit gleicher Anzahl von Aussenelektronen haben ähnliche Eigenschaften, da sie zu

     ähnlichen Reaktionen zur Abgabe/Aufnahme von Elektronen bestrebt sind, um die äussere

     Schale zu befüllen

    - sie stehen untereinander und sind in einer Gruppe zusammengefasst

    - es gibt 8 Hauptgruppen:

     Alkalimetalle (Ausnahme: Wasserstoff), Erdalkalimetalle, Erdmetalle, Kohlenstoffgruppe,

     Stickstoffgruppe, Chalkogene, Halogene, Edelgase

     2.4.. Schale, Orbital

     - Bahnen um den Atomkern, auf denen sich die Elektronen befinden;

     - unterschiedliche Energiestufen

     3

     - äussere Schale ist die, die nicht vollständig befüllt ist

     - Ziel: äusserste Energieschale komplett befüllt

     2.5.. Beispiel

     Natrium: Ordnungszahl 11, d.h. 11 Protonen im Kern

     ? kann 7 kovalente Bindungen eingehen

     Hauptgruppe 1 (Alkalimetalle), d.h. äusserste Schale ist mit einem Elektron befüllt

     Periode 3: 2. oder 3. Periode enthält maximal 8 Elektronen

     Helium: Ordnungszahl 2, d.h. 2 Protonen im Kern

     Hauptgruppe 8 (das ist die 18. Gruppe), keine Aussenelektronen, Schalen komplett 2.6. Elektronegativität

     Elemente mit höherer Elektronegativität stehen weiter rechts bzw. weiter oben

3. Bindungen zwischen Atomen

     3.1. Edelgaskonfiguration und Oktettregel

     - Edelgase gehen nur selten Verbindungen ein, der Aufbau ihrer Hülle ist sehr stabil

     - alle andere Elemente haben das Bestreben, die gleiche Elektronenanordnung in ihren Schalen

     wie das ihnen am nächsten gelegene Edelgas zu erlangen (Edelgaskonfiguration)

     - Oktettregel: Streben nach geschlossener Achterschale (gilt für 2. und 3. Periode)

     - dies geschieht durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen

     3.2. Elektronenbindung, „Elektronensharing―

     - durch Wechselwirkung der Aussenelektronen (Valenzelektronen) kommt es zur Ausbildung

     gemeinsamer Elektronenpaare (gemeinsames Orbital)

     3.2.1. Atombindung,Elektronenpaarbindung, kovalente Bindung (Nichtmetalle)

     - zwei Atome, die eine grosse Elektronegativität aufweisen (Nichtmetalle), können die

     Edelgaskonfiguration erreichen, wenn jedes Atom ein Elektron für ein gemeinsames

     Elektronenpaar zur Verfügung stellt. Dieses hält sich in der äusseren Schale (Orbital,

     Energieniveau) auf und bewirkt dadurch eine Bindung

     - die Atome haben dann ein gemeinsames Orbital

     - Ausbildung sovieler Elektronenpaare, wie Elektronen bis zur nächsten

     Edelgaskonfiguration fehlen

     ? Einfachbindung, Doppelbindung, Dreifachbindung

     - Atombindung ist sehr stark, das entstandene Molekül hat einen starken Zusammenhalt

     (vs Molekülgitter (verbundene Moleküle): schwacher Zusammenhalt wegen fehlender

     Ladung)

     - Eigenschaften: weich, meist flüssig, gasig, nicht leitend

     3.2.2. Ionenbindung (Metall-Nichtmetall)

     - das Metallatom gibt seine Valenzelektronen vollständig an das Nichtmetall ab, dadurch

     entsteht aus dem Metall ein Kation und aus dem Nichtmetall ein Anion.

     aufgrund der elektrostatischen Anziehung entsteht ein Ionengitter, eine feste

     Verbindung

     - Eigenschaften: salzartig, leiten schwach in Lösung

     3.3.3. Metallbindung (Metalle)

     - beide Bindungspartner sind Metalle und geben Valenzelektronen ab, werden Kationen

     - abgegebene Elektronen bilden eine Elektronenwolke, die die Atome zusammenhält

     - Eigenschafen: gute Leiter, verformbar

     3.3 Bindungscharakter

     - je nach Differenz der EN polar bis bipolar, d.h., das Elektronenpaar hält sich dichter

     beim Atom mit der höheren EN auf

     - Bindungscharakter: unipolar (homöopolar), dipolar

4. häufigste Elemente - Grundbausteine lebender Organismen

     4.1. Wasserstoff „H―

     - Ordnungszahl 1, Hauptgruppe 1, 1. Periode

     - einfachstes Element: Atom besteht nur aus einem Proton, 0 bis 2 Neutronen und einem

     Elektron

     4

     - Isotope: - Protium: p; ein Proton, ein Elektron 2 - stabiles Deuterium: H, pn: ein Proton und eom Neutron im Kern; schweres Wasser durch

     höhere Masse, hat andere Eigenschaften als Wasser, ist nicht so leicht löslich; ist giftig, da

     die Zellen, die Deuterium enthalten, andere Membraneigenschaften haben

     3 - instabiles Tritium: H, pnn: ein Proton und zwei Neutronen im Kern; überschweres Wasser,

     zerfällt schnell (T : 12,5 a); radioaktiv 1/2

     - erstes Element des Universums

     - häufigstes Element im Weltall, Sonne besteht zu 91% aus Wasserstoff

     - Vorkommen auf der Erde: Erdhülle( = Erdkruste und Atmosphäre): nur 0,9%

     - als Element: - Gas H, sehr leichtes Gas (wird in der Atmosphäre vom Sonnenwind 2

     weggeweht) 33 - geringere spezifische Dichte: 1g/m und leichter als Luft: 1kg/m

     - brennbar: Knallgas H:O 2:1 22 - in chemischen Verbindungen:

     - eine kovalente Bindung zur Komplettierung des Energieniveaus

     - z.B.: Wasser HO, Methan CH, Ammoniak NH243

    - organische VerbindungenKohlenwasserstoff ,

     4.2. Sauerstoff ―Oxygenium‖ ―O‖

     - Ordnungszahl 8 Hauptruppe 6, Periode 2

     - im Weltall dritthäufigstes Element nach H und He

     - auf der Erde häufigstes Element!

     - Erdkruste 50% (Mineralien)

     - Atmosphäre 23%

     - Ozeanwasser 86% (Süsswasser 89%)

     - Sauerstoff ist 16 mal schwerer als Wasser

     - farbloses, geruchsloses Gas

     - Vorkommen: atomarer Sauerstoff (O) selten, überwiegend O, Ozon: O 23

     - Verbindungen: 2 kovalente Bindungen zur Komplettierung des Energieniveaus

     (Oktettregel)

     - Redoxreaktion: Reduktion-Oxidation-Reaktion

     Reduktion: Aufnahme von Elektronen, Oxidation: Abgabe von Elektronen

     O + 2e: Oxid; d.h., dass Sauerstoff durch Aufnahme von 2 Elektronen zu Oxid reduziert

     wird

     - exotherm: Stoffwechsel, Verbrennung ? Energie wird frei (Wärme)

     - lebensnotwendig für nahezu alle Organismen

     4.3. Stickstoff „N― Nitrogenium

     - Ordnungszahl 7, Hauptgruppe 5, Periode 2

     - fünfthäufigstes Element im Weltall

     - Erdhülle: 0,03%

     - Hauptbestandteil der Luft: N 77% 2

     = molekularer Stickstoff (3 kovalente Bindungen)

     - lebensnotwendig: alle Eiweisse und nahezu alle Zellbausteine und die DNA enthalten

     Stickstoff

     - 3 kovalente Verbindungen zur Komplettierung des Energieniveaus

     - Stickstoffaufnahme der Pflanzen aus der Luft nicht möglich

     - Aufnahme von Stickstoff:

     1. Knöllchenbakterien

     ? Symbiose der Pflanzen mit Knöllchenbakterien (Mikroorganismen, die sich in die

     Wurzeln von best. Pflanzen, den Leguminosen (Bohnen, Erbsen, Linsen, Erdnüsse,

     Lupinen …) eindringen; leben von der Pflanze, liefern dafür aus der Luft

     aufgenommenen Stickstoff in Form von für Pflanzen nutzbares Nitrat oder

     Ammoniak ; diese bauen daraus Proteine und Kohlenhydrate auf;

     diese Pflanzen werden auch zur Gründüngung genutzt: Anreicherung des

     Bodens mit Stickstoff

     2. eigenständige Mikroorganismen

     einige Mikroorganismen können atmosphärischen Stickstoff auch auf nicht-

     symbiotische Weise aufnehmen und in Proteine umwandeln (ackerbauliche Nutzung)

     3. Stickstoffoxide nach Gewittern

     durch elektrische Entladung bei Gewittern verbinden sich Sauerstoff und Stickstoff zu

     5

     Stickstoffoxid, dieses reagiert im Regenwasser zu Salpetersäure und wird im Boden zu

     Nitrat (saurer Regen)

     4. Pflanzendünger

     Ammoniaksynthese durch bestimmte Verfahren möglich, Stickstoffvorrat in der

     Atmosphäre kann so für eine Ertragssteigerung in der Landwirtschaft genutzt werden

     (Ernährung der Weltbevölkerung!)

     - Autoabgase: durch Verbrennung fossiler Energiestoffe (Benzin) werden

     Stickstoffverbindungen frei, diese werden durch Katalysatoren zu Ammonium

     umgewandelt; diese Verbindungen führen zur Eutrophierung von benachbarten Ökosystemen

     4.4. Kohlenstoff „C― Carbonium

     - Ordnungszahl 6, Hauptruppe 4, Periode 2

     - im Weltall vierthäufigstes Element

     - Erdhülle: 0,1%

     - in der Mitte des Periodensystems: Oktett halb befüllt, 4 kovalente Bindungen

     ? grösste Verbindungsvielfalt aller Elemente

     - Kohlenstoffverbindungen sind Grundlage des Lebens

     alles lebende Gewebe ist aus organischen Kohlenstoffverbindungen aufgebaut

     - Vorkommen:

     1. elementar: Graphit: tiefschwarz, nicht so stabile Verbindungen ? Schmierstoff, guter

     Leiter

     Diamant: transparent, sehr stabile Verbindungen (Härte), Isolator

     2. in Verbindungen: Carbonate, z.B. Kalkstein, Kreide, Marmor (Dolomiten)

     3. fossil: Kohle, Erdöl, Erdgas; Hauptenergiereserven

     4. in der Luft: z.B.Kohlendioxid CO: wird von allen Lebewesen ausgeatmet, entsteht 2

     durch Verbrennung fossiler Stoffe; Treibhausgas

     4.5. Phosphor „P― Phosphoros

     - Ordnungszahl 15, Hauptgruppe 5, Periode 3

     - Anteil an der Erdkruste 0,1% (Phosphate)

     - Phosphorverbindungen: essentiell für alle Lebewesen

     - Beteiligung an Aufbau und Funktion zentraler Bereiche: z.B. DNA, Energieversorgung

     ( ADP, ATP)

     ? Phospholyrierung

     4.5.1. reiner Phosphor: 4 Modifikationen

     - weisser Phosphor: sehr reaktiv, leuchtet an der Luft; trockener Phosphor + O brennt 2

     sofort

     „Chemolumineszenz― (Name: Lichtträger)

     Lagerung unter Wasser wegen der hohen Reaktivität: brennt an der Luft

     - schwarzer Phosphor: stabil

     - roter und violetter Phosphor: metastabil

     4.5.2. Phosphorverbindungen

     - (3 oder) 5 kovalente Bindungen

     - Nukleinsäuren, ATP, Phospholipide etc

     4.5.3. Vorkommen

     - Apatit, verwittert: über den Boden gelangt Phosphor in die Pflanzen (0,2% i.Tr.)

     - Säugetiere: 4% iTr.,

     - Mensch: 700g (600g Knochen und Zähne); Phospholipide: Baustein von

     Zellmembranen

5. Bindungen zwischen Molekülen: Wasserstoffbrücken

     5.1. Wasserstoffbrücken

     - Wasserstoffatom und ein elektronegatives Atom (z.B. N, O, F) gehen eine kovalente

     Bindung ein

     - Elektron verschiebt sich zum Bindungspartner, H bekommt eine positive Partialladung, der

     Bindungspartner eine negative Partialladung (Polarisierung) -+ - Dipol: z.B. OH

     - Ausrichtung und gegenseitige Anziehung der Dipole durch elektrostatische Kräfte

     + an und umgekehrt

    - Wasserstoffbrücken sind eher Wechselwirkungen zwischen Molekülen und schwächer

     als kovalente Bindungen

     6

     5.2. Eigenschaften aufgrund Wasserstoffbrücken

     5.2.1. flüssiger Aggregatzustand des Wassers, hoher Siedepunkt

     es sind überwiegend 2,4 oder 8 Wassermoleküle miteinander verbunden, diese müssen

     bei der Verdunstung aufgebrochen werden, hoher Energieaufwand

     5.2.2. Dichteanomalie: Wasser dehnt sich beim Frieren aus, da die feste Struktur

     (Eiskristalle, Kristallgitter) mehr Volumen (Hohlstruktur) benötigen als die frei

     beweglichen Moleküle, aber auch bereits Cluster in flüssigem Wasser;

     Wasser hat bei 4? die höchste Dichte, Eis schwimmt (ist weniger „dicht―), ein See

     Friert aus diesem Grund nicht bis auf den Grund zu

     5.2.3. Kohäsion: Zusammenhang der Moleküle; Oberflächenspannung (Tropfen/Kugel:

     kleinste Oberfläche)

     5.2.4. Struktur von Proteinen

     die Struktur der Proteine erhält durch Wasserstoffbrücken Festigkeit

     5.2.5. Basenpaarung in RNA, DNA

     die beiden DNA-Stränge (Doppelhelix) werden durch viele Wasserstoffbrücken

     zusammen gehalten, lassen sich jedoch leicht lösen (Reissverschlussprinzip)

6. Ursuppe und Ursuppenexperiment

     6.1. Ursuppe

     in der frühen Erdgeschichte, vor der Entstehung des Lebens, befinden sich im Wasser gelöste

     anorganische Moleküle (enthalten kein Kohlenwasserstoff), aus denen einfache organische

     Verbindungen hervorgingen

     6.2. chemische Evolution

     Entstehungsgeschichte derjenigen Moleküle, die in Lebewesen von Bedeutung sind,

     bislang nur Hypothesen

     6.3. Ursuppenexperiment

     - Miller & Urey, 1953:

     - Imitation einer Uratmosphäre: anorganische Gase

     Wasser, Ammoniak, Wasserstoff, Methan

     ? Energiezufuhr (Funken, „Blitze―)

     ? Entstehung von essentiellen, organischen Stoffen!

     Aminosäuren, Carbonsäuren, Lipide, Purine, Zucker

     - Experiment sollte die Hypothese veranschaulichen, dass die Bedingungen der Erde die

     Entstehung von organischen Stoffen begünstigte und ermöglichte

7. organische Chemie

     7.1. Kohlenwasserstoffe

     - Stoffgruppe, die nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff besteht

     - Entstehung von CO und HO bei vollständiger Verbrennung unter Freiwerden von Energie 22

     (Redoxreaktion mit Sauerstoff)

     - keine Wasserstoffbrücken: hydrophob und lipophil

     - Einteilung, Systematik:

     gesättigt, ungesättigt, ringförmig, kettenförmig

    1. gesättigt: „Alkane―

     Gase: Methan CH, Ethan CH, Propan CH, Butan CH 42638410

     Summenformel für Alkane: CHn2n+2

    2. ungesättigt: Doppel- und Dreifachbindungen (statt Abgabe von Elektronen)

     Alkene(Doppelbindungen, z.B. Ethen)

     Alkine (Dreifachbindungen, z.B. Ethin)

     Aromaten (6 C-Atome, ringförmig, z.B. Benzol)

     gegnüber Additionsreaktion träge, Substitutionsreaktion häufig (Austausch von H-

     Atomen gegen andere Gruppen)

     - Vorkommen

     in der Natur in grösseren Mengen in Form von fossilen Stoffen

     Erdgas, Erdöl, Kohle

     7.2. Alkohole

     - Kohlenstoffverbindung mit Hydroxylgruppe(n) OH

     7

     7.2.1. Eigenschaften

     1. hoher Siedepunkt (Wasserstoffbrücken)

     2. hydrophil

     7.2.2. Einteilung nach Anzahl der Hydroxylgruppen

     1 OH-Gruppe: Alkanole (Methanol, Ethanol etc)

     2 OH-Gruppen: Diole

     3 OH-Grupen: Triole (Glycerin = Propantriol)

     Einteilung nach Zahl der Verbindungen des C-Atoms mit der OH-Gruppe zu weiteren

     C-Atomen (primär, sekundär etc)

     7.2.3. Reaktionen

     1.Oxidation: primäre Alkohole zu Aldehyd, sekundäre Alkohole zu Keton

     2. Veresterung:

     Alkohol + Säure ? Ester + HO: z.B.: R-C=O-OH + HO-R ? R-C=O-O-R + HO 22

     7.3. Carbonsäuren

     - Kohlenstoffverbindung mit Carboxylgruppe(n) R-C=O?OH

     7.3.1. Einteilung nach der Struktur des Restes

     - alipathisch , gesättigt/ungesättigt: Einfach- bzw Mehrfachbindungen (Alkane,

     Alkene, Alkine)

     - aromatisch: Ringstruktur

     - heterozyklisch: ein Element ist kein Kohlenwasserstoff, Ringstruktur

     Einteilung nach der Anzahl der Carboxylgruppen:

     - Monocarbonsäuren: 1 COOH-Gruppe

     - Dicarbonsäuren: 2 COOH-Grupen

     - etc

     7.3.2. Beispiele:

     - alipathische, gesättigte Monocarbonsäure: z.B. Methansäure (CHO) oder 42 Essigsäure (CHO) 242

     - alipathische Monocarbonsäuren mit mindestens 4C: Fettsäuren

     gesättigt, ungesättigt

     - Dicarbonsäuren, z.B. Ethandisäure = Oxalsäure

     - Tricarbonsäuren, z.B. Zitronensäure

     - aromatische Carbonsäuren: z.B. Salizylsäure

     - heterozyklische Carbonsäuren, z.B. Nikotinsäure

     7.3.3. Bedeutung

     Reaktionspartner bei Veresterung

     7.4. Lipide

     - Sammelbezeichnung für grösstenteils hydrophobe Naturstoffe, die sich dafür in

     hydrophoben und lipophilen Lösungsmitteln (wie Hexan) gut lösen

     - Wasserunlöslichkeit rührt von langen Kohlenstoffresten

     7.4.1. Fettsäuren

     - alipathischeMonoarbonsäuren (Carboxylgruppe COOH) werden auch Fettsäuren

     genannt

     - Anzahl der C-Atome (Kettenlänge) und der Doppelbindungen sind unterscheidend

     (gesättigt, einfach bzw. mehrfach ungesättigt)

     - Energielieferanten im Organismus

     7.4.2. Fettsäureester

     - Fettsäure + Alkohol ? Fettsäureester + Wasser

     - R-C=OOH + R-OH ? R-C=O-O-R + HO 2 1. Wachse

     Einfach-Ester langer Fettsäuren mit langkettigen Alkoholen (keine

     Doppelbindungen)

     2. Triglyceride, Triacylglyceride: = Fette und Öle

     - Dreifach-Ester langer Fettsäuren mit Glycerin (Propantriol) = dreiwertiger

     Alkohol

     ? 3 OH-Gruppen, an jeder eine Fettsäure

     - je nach Anteil der ungesättigten Fettsäuren fest oder flüssig

     ? Energiespeicher: Fette werden in Form von Triglyceriden im Organismus

     gespeichert

     ? Energielieferant: Fettsäuren (nach Lipolyse) in den Mitochondrien oxidiert,

     weitere Rolle im Citratzyklus, Bildung von ATP

     ? Verseifung: Aufspaltung der Fette in Fettsäuresalze und Glycerin

     8

     7.4.3. amphiphile Lipide

     lange Moleküle mit einem hydrophilen Kohlenwasserstoffrest und einem

     lipophilen Teil

     amphiphil: hydrophil und lipophil

     grenzflächenaktive Eigenschaften

     ? Tenside

     Substanzen, die die Grenzflächenspannung oder die Oberflächenspannung von

     Stoffen herabsetzen

     1.Detergentien

     waschaktive Substanzen, lösen Fett in wässriger Lösung, z.B. Seife: lipophiler Teil

     kapselt das Fett ein, nach aussen hydrophil, wasserlöslich

     2. Emulgatoren

     Emulsionsbildner, stabilisieren eine fein verteilte Mischung von Fett/Wasser;

     z.B. Lecithin (in Schokolade enthalten)

     3. membranbildende Lipide

     hydrophiler Kopf, zwei lipophile Schwänze: bilden Doppellipidschichten

     Zellmembranen: nach aussen hydrophil

     - Phospholipide, z.B. Lecithin

     - Sphingolipide

     7.5. Zucker, Polysaccharide

     7.5.1. - hochmolekulare „Kohlenhydrate― : oft C(HO)n2m

    - Kohlenstoff- Atome + Carbonylgruppe , je nach Lokalisation eine Aldehyd-

     oder Ketogruppe (Aldehydgruppe: CHO, endständig; Ketogruppe: CO, nicht endständig)

    - Hydroxyaldehyde/Hydroxyketone und deren Polykondensate

     - Chiralität: optische Aktivität, links-/rechtsdrehend, L/D-Form

     7.5.2. Einteilung 1. Monosaccharide : Einfachzucker

     Glucose, Mannose, Fructose, Ribose, Desoxyribose, Galactose

     2. Disaccharide

     Saccharose (Glu+Fru), Lactose (Glu+Gal), Maltose (Glu+Glu)

     3. Polysaccharide

     Stärke, Glycogen, Zellulose, Chitin

     7.5.3. Bedeutung

     Speicher- und Nahrungsgrundlage, Strukturelement bei Pflanzen, Tieren,

     Menschen

     7.6. Aminosäuren

     - Carbonsäuren mit Aminogruppe

     - also Verbindungen mit mindestens einer Carboxylgruppe (-COOH) und mindestens

     einer Aminogruppe (NH) 2

     7.6.1. Einteilung:

     - je nach Stellung der Aminogruppe: α-, β-, γ- Aminosäure

     Enantiomere, chiral, d.h. L- und D-Form

     - proteinogen, nicht-proteinogen

     7.6.2. biologische, nicht-proteinogene Aminosäuren (über 270 bekannt)

     - nicht Baustein von Proteinen; - - Carboxylgruppe deprotoniert (-COO)

     - Aminogruppe protoniert (-NH+) 3

     7.6.3. proteinogene Aminosäuren (20 bekannt)

     - codiert in RNA/DNA mit Codons aus drei Nukleotiden

     - Bausteine der Eiweisse sämtlichen Lebens auf Erden

     - α-Aminosäuren, L-Form

     - 8 proteinogene Aminosäuren sind essentiell (Kinder: 9)

     (Aufnahme mit der Nahrung obligatorisch, da vom Körper nicht hergestellt)

     7.6.4. Eigenschaften der proteinogenen Aminosäuren

     pH-Wert, Grösse, Polarität und Hydrophilie/Hydrophobie sind unterschiedlich

     z.B.: pH-Wert: - basisch: Lysin, Arginin, Histidin

     - sauer: Aspartat, Glutamat

     ? hydrophil

     7.7. Proteine

     - Makromoleküle, hauptsächlich aus den Elementen C, O, H, N, S

     9

     - Kodierung des Aufbaus in den jeweiligen Genen

     - Peptidbindung; Kette von 100 30000 Aminosäuren

     - Peptidbindung erfolgt nicht spontan, muss katalysiert werden

     - Zahl der Möglichkeiten ist grösser als Zahl der Atome der Erde! 100 130 Zahl der mögl. Proteine aus 100 Aminosäuren: 20= 10

    - 3D-Struktur: spezifischer Aufbau aus mehreren tausend Atomen, elektrische

     Kraftfelder

     durch 3D-Struktur können sie z.B.die Form von Ionenkanälen bilden

     7.7.1. Funktionen

     1. Steuerung von Wachstum und Differenzierung

     2. Funktionen im Immunsystem

     3. Bildung und Weiterleitung von Nervenimpulsen (Ionenkanäle)

     4. Auslösung muskulärer Bewegungsaktivität

     5. enzymatische Steuerung chemischer Reaktionen

     7.7.2. Struktur:

     - Primärstruktur: Abfolge der Aminisäuren

     - Sekundärstruktur: Strukturtyp für räumliche Anordnung: α-Helix, β-Faltblatt etc

     Wasserstoffbrücken

     - Tertiärstruktur: übergeordnete räumliche Struktur

     Wasserstoffbrücken, Disulfidbrücken, ionische Kräfte

     - Quartärstruktur: Zusammenlagerung mehrerer Proteine zu Proteinkomplexen

     7.8. Pyrimidin und Purin

     - organische Verbindungen; Bausteine der Nukleinsäuren

     - die abgeleiteten Stoffe werden als Pyrimidine bzw. Purine bezeichnet

     7.8.1. Pyrimidin

     abgeleitete Nukleinbasen:

     - Cytosin (desaminiert: (-NH+HO)? Uracil) 32

     - Uracil (RNA)

     - Thymin (DNA)

     7.8.2. Purin

     - Kondensat aus Pyrimidin und Imidazol

     - nicht essentiell; Vorkommen in Innereien und Haut

     - Abbau zu Harnsäure und Ausscheidung über die Niere

     abgeleitete Nukleinbasen:

     - Adenin (H-Brücken zu Thymin/Uracil)

     - Guanin (H-Brücken zu Cytosin)

     (H-Brücken: hier in der DNA-Doppelhelix unter den 4 komplementären

     Nucleinbasen und bei der Transkription mit der mRNA)

     7.9. Nukleotid

     - Vorstufen (Bausteine) und Abbauprodukte der Nucleinsäuren

     - dienen auch als CoEnzyme (ATP)

     7.9.1. Funktion

     - Proteinsynthese in lebenden Zellen (DNA: Träger der Erbinformation)

     - regulatorische Funktion von Nukleinsäuren in Zellen, z.B. ATP

     7.9.2. Aufbau

     - Phosphorsäure (Mono- Di-, Triphosphat)

     - Zucker (Ribose, Desoxyribose)

     - Nukleobase (A, G, C, T, U)

     ? Verkettung der Nukleotide zu Nukleinsäuren

     Nukleobase + Zucker ? Nukleosid + Phosphatrest ? Nukleotid

     z.B.: Adenin Adenosin Adenosintriphosphat

     7.10. Nukleinsäuren

     7.10.1. Aufbau

     - Kette von Nukleotiden ? Polynukleotid

     - ringförmiger Zucker, am C1 ist die Nukleinbase, am C3 und C5

     Phosphatreste

     - die Verkettung erfolgt über Verbindungen der Phosphatreste

     - die Phosphatreste haben drei OH-Gruppen, 2 sind in Bindung, die

     ungebundene OH-Gruppe ist ein Protonendonator ? deshalb eine

     10

     (Nuklein-)säure

     7.10.2. Struktur

     - Primärstruktur: Sequenz der Nukleotide

     - Sekundärstruktur: Bildung einer Helix, räumliche Anordnung

     - Tertiärstruktur: räumliche Anordnung der Spirale

     7.10.3. DNA Desoxyribonukleinsäure

     - Träger der genetischen Information

     - Zucker: Desoyribose, hat eine OH-Gruppe weniger als Ribose, dadurch sehr

     stabil

     - DNA als Doppelstrang, um sich selbst gewundene Helix

     - zwischen den Nukleobasen bestehen Wasserstoffbrückenbindungen

     - komplementäre Basenpaare:

     Guanin Cytosin, Adenin - Thymin

     - Bakterien: ringförmige (zyklische) DNA

     - Eukaryoten: freie Enden (3?-Ende, 5?-Ende): Verkürzung bei Replikation

    7.10.4 RNA Ribonukleinsäure

    - Zucker: Ribose

     - Einzelstrang, durch Schleifenbildung liegen auch hier Basenpaare

     gegenüber, die durch Wasserstoffbrücken verbunden sind, komplexe 3D-

     Struktur möglich

    - komplementäre Basenpaare

     Adenin Uracil (statt wie in der DNA Thymin), Guanin Cytosin

     7. 11. Codons

     - Dreierfolge von Nukleotiden, Triplett

     - Kodierung einer proteinogenen Aminosäure durch je drei Nukleotide 3 4 Nukleotide, je3kodieren eine AS: 4 = 64 Codons (nur 61 kodieren eine AS)

     je 1 6 Codons pro Aminosäure

     - Startcodon, Stopcodon : legen Anfang und Ende der Aminosäurekette fest

     - wer legt den Code fest??

     7.12. Proteinsynthese

     - wird im engeren Sinn auch als Genexpression bezeichnet

     - Mechanismus, der die Basensequenz der DNA in eine bestimmte

     Aminosäuresequenz überträgt

     - m-RNA: messenger-RNA

     - t-RNA: transfer-RNA

     7.12.1. Transkription (Zellkern)

     - Vorgang im Zellkern: Herstellung einer transportablen Kopie der DNA

     - Öffnung der DNA-Doppelhelix (Entkoppeln)

     - Anlagerung von Ribonukleotiden nach dem Prinzip der Basenpaarung

     - Zusammenfügen zu einem m-RNS Strang „Arbeitskopie―: komplementär!

     - m-RNA wandert aus dem Zellkern zu den Ribosomen

     - Steuerung des Vorgangs durch RNS-Polymerase

     7.12.2. Translation (Cytoplasma)

     - t-RNA: trägt bestimmte Aminosäuren und ordnet diese an der richtigen

     Stelle in das entstehende Peptid ein

     - zunächst erscheint auf der m-RNA ein freies Codon für die erste AS des

    neuen Proteins

     - t-RNA lagert sich an, Bindung von Codon und Anticodon, mit Hilfe einer

     zweiten t-RNA wird die transportierte Aminosäure eingefügt

     - nach gleichem Prinzip wird die gesamte m-RNA abgelesen und die

     Aminosäuren aneinander gebunden

     - während der Translation fädelt sich die m-RNA durch die Ribosomen

     - zum Schluss Loslösung des neuen Proteins

     7.13. Ribosomen

     - Zellorganellen, in denen die Proteinsynthese stattfindet (Translation)

     - Anzahl der Ribosomen einer Zelle ist von ihrer Proteinsyntheserate abhängig

     z.B.: Leberzellen: enthalten viele Ribosomen

     - „Übermolekül― mit zwei Untereinheiten

     - Untereinheiten werden in den Nucleoli (Kernkörperchen) im Zellkern produziert

     und in das Cytoplasma abgegeben

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