Basiswissen Physik, Chemie und Biochemie: vom Atom bis zur Atmung - für Biologen, Mediziner und Pharmazeuten ; mit ... 64 Tabellen
Gespeichert in:
| Hauptverfasser: | , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverzeichnis Seite 373 - 375 |
| Beschreibung: | XV, 392 S. zahlr. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783540712381 3540712380 |
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Datensatz im Suchindex
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|---|---|
| adam_text | Inhalt
Zum Buch..................................................................................................
V
1 Materie, Energie, Leben..................................................................1
1.1 Chemie und Physik als Grundlage.......................................... 3
1.2 Formen, Strukturen und Funktionen in der Natur...................4
1.3 Leben und die Hauptsätze der Thermodynamik..................... 5
1.4 Experimente sind Fragen an die Natur.................................... 7
1.5 Maße und Mess-Systeme........................................................ 9
1.5.1 Basisgrößen und Basiseinheiten.................................. 9
1.5.2 Abgeleitete Einheiten................................................. 10
1.6 Messen und Messfehler......................................................... 12
1.6.1 Skalare und vektorielle Größen................................. 13
1.6.2 Messfehler................................................................. 14
1.6.3 Fehlerfortpflanzung................................................... 15
1.7 Kontrollfragen zum Verständnis........................................... 16
2 Mechanik.........................................................................................17
2.1 Die Masse.............................................................................. 17
2.1.1 Die bekannte Materie im Universum......................... 17
2.1.2 Ladungen................................................................... 18
2.1.3 Eigenschaften der Masse........................................... 19
2.1.4 Massenkonstanz......................................................... 20
2.1.5 Volumen und Dichte·................................................. 21
2.2 Bewegung............................................................................. 21
2.2.1 Bewegungsgröße Geschwindigkeit............................ 21
2.2.2 Geradlinig gleichförmige Bewegung......................... 23
2.2.3 Geradlinig beschleunigte Bewegung......................... 23
2.2.4 Kreisbewegung.......................................................... 26
2.3 Kraft...................................................................................... 26
2.3.1 Kraftbegriff................................................................ 27
2.3.2 Impuls........................................................................ 28
2.3.3 Kraftwirkung „Beschleunigung ............................... 29
2.3.4 Kräftegleichgewicht und Kräfteaddition................... 29
2.3.5 Schwerkraft................................................................ 32
2.3.6 Trägheitskräfte........................................................... 33
2.3.7 Reibung...................................................................... 34
VIII Inhaltsverzeichnis
2.4 Arbeit, Energie und Leistung................................................ 35
2.4.1 Arbeit......................................................................... 35
2.4.2 Energiebegriff............................................................ 36
2.4.3 Energieformen........................................................... 37
2.4.4 Energieerhaltung........................................................ 37
2.4.5 Leistung..................................................................... 38
2.5 Drehungen am Starren Körper.............................................. 38
2.5.1. Drehmoment und Hebel.............................................. 39
2.5.2. Trägheitsmoment........................................................ 40
2.5.3 Drehimpuls................................................................ 41
2.6 Verformung fester Körper..................................................... 42
2.6.1 Elastische und inelastische Verformung.................... 42
2.6.2 Arten der Verformung............................................... 42
2.7 Flüssigkeiten und Gase......................................................... 43
2.7.1 Aggregatzustände...................................................... 43
2.7.2 Druck......................................................................... 44
2.7.3 Auftrieb...................................................................... 47
2.7.4 Grenzflächenkräfte.................................................... 47
2.7.5 Strömende Flüssigkeiten............................................ 48
2.8 Schwingungen und Wellen................................................... 51
2.8.1 Schwingungen........................................................... 51
2.8.2 Wellen........................................................................ 53
2.8.3 Schall......................................................................... 55
2.8.4 Elektromagnetische Wellen....................................... 57
2.9 Kontrollfragen zum Verständnis........................................... 58
Wärmelehre (Thermodynamik)....................................................59
3.1 Wärmemenge........................................................................ 59
3.1.1 Temperatur................................................................. 59
3.1.2 Wärmemenge und Wärmekapazität........................... 61
3.1.3 Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre............................. 62
3.1.4 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre............................. 62
3.1.5 Energie, Enthalpie und Entropie................................ 63
3.2 Kinetische Gastheorie........................................................... 67
3.2.1 Ideales Gas................................................................. 67
3.2.2 Zustandsgieichung..................................................... 68
3.2.3 Reale Gase................................................................. 69
3.3 Wärmetransport..................................................................... 69
3.3.1 Wärmeleitung............................................................ 70
3.3.2 Wärmeströmung........................................................ 70
3.3.3 Wärmestrahlung......................................................... 71
Inhaltsverzeichnis
IX
3.4 Phasenübergänge................................................................... 72
3.4.1 Schmelz- und Siedepunkt.......................................... 72
3.4.2 Phasengleichgewichte................................................ 74
3.5 Kontrollfragen zum Verständnis........................................... 74
Elektrizität und Magnetismus.......................................................75
4.1 Elektrostatik.......................................................................... 75
4.1.1 Ladung und Feld........................................................ 75
4.1.2 Potenzial und Potenzialdifferenz............................... 77
4.1.3 Kapazität und Dielektrikum....................................... 78
4.1.4 Polarisation im elektrischen Feld............................... 79
4.2 Gleichstrom........................................................................... 81
4.2.1 Elektrischer Strom..................................................... 81
4.2.2 Widerstand................................................................. 82
4.2.3 Elektrische Energie und Leistung.............................. 84
4.2.4 Strom- und Spannungsmessung................................. 84
4.3 Leitungsarten......................................................................... 85
4.3.1 Leitung in Festkörpern............................................... 85
4.3.2 Leitung in Flüssigkeiten............................................ 86
4.3.3 Leitung in Gasen........................................................ 88
4.3.4 Freie Elektronen......................................................... 88
4.4 Magnetfelder......................................................................... 89
4.4.1 Magnetfelder von Strömen........................................ 89
4.4.2 Magnetische Kraft, Drehmoment.............................. 91
4.4.3 Magnetismus.............................................................. 92
4.4.4 Induktion.................................................................... 94
4.5 Wechselströme...................................................................... 96
4.5.1 Wechselspannung...................................................... 96
4.5.2 Leistung..................................................................... 97
4.5.3 Widerstand................................................................. 97
4.5.4 Schwingkreis............................................................. 99
4.6 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 100
Optik..............................................................................................101
5.1 Licht.................................................................................... 101
5.1.1 Entstehung von Licht............................................... 103
5.1.2 Lichteigenschaften................................................... 104
5.1.3 Photometrie.............................................................. 105
5.1.4 Sehen und Lichtquellen........................................... 106
X
Inhaltsverzeichnis
5.2 Geometrische Optik............................................................ 108
5.2.1 Geradlinige Ausbreitung des Lichts........................ 108
5.2.2 Reflexion und Streuung........................................... 111
5.2.3 Regelmäßig gekrümmte Spiegel (Hohlspiegel)....... 112
5.2.4 Brechung.................................................................. 113
5.2.5 Linsen und Abbildung............................................. 116
5.2.6 Auge und Sehfehler................................................. 120
5.3 Wellenoptik......................................................................... 122
5.3.1 Wellennatur des Lichts............................................ 122
5.3.2 Interferenz................................................................ 123
5.3.3 Beugung................................................................... 123
5.3.4 Polarisation.............................................................. 125
5.3.5 Absorption............................................................... 127
5.3.6 Farben...................................................................... 128
5.3.7 Röntgenstrahlung..................................................... 129
5.4 Optische Geräte................................................................... 130
5.4.1 Lupe......................................................................... 130
5.4.2 Mikroskop................................................................ 130
5.4.3 Fernrohr und Fernglas.............................................. 132
5.4.4
Spektrometer
............................................................ 133
5.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 133
Atom- und Kernphysik................................................................135
6.1 Atome.................................................................................. 135
6.1.1 Bestandteile und Größenordnungen........................ 135
6.1.2 Elemente und Isotope.............................................. 137
6.1.3 Bau der Atomhülle................................................... 139
6.2 Atomkerne........................................................................... 144
6.2.1 Kernkräfte................................................................ 144
6.2.2 Stabilität................................................................... 146
6.2.3 Radioaktivität........................................................... 147
6.2.4 Zerfallsgesetz........................................................... 149
6.2.5 Kernenergie............................................................. 150
6.3 Ionisierende Strahlung........................................................ 152
6.3.1 Messgeräte............................................................... 152
6.3.2
Dosimetrie
............................................................... 154
6.3.3 Strahlenwirkung....................................................... 154
6.4 Das Periodische System der Elemente................................ 156
6.5 Stoffarten und Stoffgemische.............................................. 159
6.6 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 160
Inhaltsverzeichnis
XI
7 Aggregatzustände und Lösungen................................................161
7.1 Aggregatzustände sind veränderbar.................................... 162
7.2 Wässrige Lösungen sind besondere Flüssigkeiten.............. 165
7.2.1 Sublimation.............................................................. 166
7.2.2 Viskosität................................................................. 167
7.3 Gase..................................................................................... 168
7.4 Flüssigkeiten....................................................................... 169
7.5 Feststoffe............................................................................. 169
7.6 Mengen- und Konzentrationsangaben................................ 170
7.7 Das Avogadro sche Gesetz................................................. 173
7.8 Diffusion und Osmose........................................................ 174
7.9 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 178
8 Chemische Bindung......................................................................179
8.1 Ionenbindung...................................................................... 180
8.1.1 Ionen und Kristallbildung........................................ 181
8.2.2 Elektrolyse............................................................... 182
8.2 Kovalente Bindung: Atom- oder
Elektronenpaarbindung....................................................... 184
8.2.1 Polarisierte Atombindung........................................ 189
8.2.2 Wasser als Lösemittel und Brückenbildner............. 191
8.2.3 Mehrfachbindungen in Gasmolekülen..................... 193
8.3 Koordinative Bindung......................................................... 194
8.4 Metallische Bindung........................................................... 197
8.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 198
9 Säuren, Basen und Salze..............................................................199
9.1 Säuren geben Protonen ab................................................... 199
9.2 Basen nehmen Protonen auf................................................ 201
9.3 Salze entstehen beim Neutralisieren................................... 204
9.4 Ionennachweise................................................................... 205
9.4.1 Farbreaktionen......................................................... 205
9.4.2 Nachweis durch Fällung.......................................... 206
9.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 208
10 Gleichgewichtsreaktionen............................................................209
10.1 Massenwirkungsgesetz........................................................ 210
10.2 Das Prinzip vom kleinsten Zwang nach
Le Chatelier
......... 214
10.3 Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips............................... 216
10.4 Systeme ohne Stillstand: Fließgleichgewichte.................... 218
10.5 Dissipative Muster und biologische Oszillation................. 219
10.6 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 220
XII Inhaltsverzeichnis
11
Redox-
und Säure/Base-Reaktionen...........................................221
11.1 Abgabe und Aufnahme von Elektronen und Protonen....... 221
11.1.1 Oxidationszahl oder Oxidationsstuf
e
....................... 222
11.1.2 Aufstellen einer Redox-Gleichung.......................... 223
11.1.3
Redox
- oder Spannungsreihe.................................. 225
11. 2 Säure/Base-Reaktionen....................................................... 227
11.2.1 Protolyse und Protonenübertragung........................ 227
11.2.2 Amphotere Stoffe.................................................... 229
11.2.3 Erweiterung der Säure/Base-Defmition................... 230
11.2.4 Die Definition von Usanovich................................. 231
11.2.5 Dissoziationsgleichgewicht: Säure-
und Basenstärke....................................................... 231
11.3 Der pH-Wert - die Säure/B ase-Reaktion des Wassers....... 232
11.4 Kationensäuren und Anionenbasen..................................... 235
11.5 Hydrolyse............................................................................ 236
11.6. Pufferung............................................................................. 236
11.7 Konzentrationsbestimmung durch Titration....................... 23 8
11.8
Redox-
bzw. Säure/Base-Reaktionen in der belebten
Natur................................................................................... 239
11.9 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 241
12 Organische Kohlenstoffverbindungen........................................243
12.1 Organische Chemie und Biochemie sind nicht identisch.... 244
12.2 Organische Stoffe sind Kohlenstoffverbindungen.............. 245
12.3 Alkane bilden die Basis der Biomoleküle........................... 246
12.4 Benennung von Alkanen und anderen organischen
Verbindungen...................................................................... 249
12.5 Alkene und Alkine sind ungesättigte
Kohlenwasserstoffe............................................................. 252
12.6
Aromaten
sind besondere Kohlenstoffringe....................... 253
12.7 Funktionelle Gruppen bestimmen die Reaktivität............... 255
12.8 Biologisch wichtige Stoffklassen........................................256
12.8.1 Alkohole.................................................................. 256
12.8.2 Carbonyl-Verbindungen: Aldehyde und
Ketone
..... 259
12.8.3 Carbonsäuren........................................................... 259
12.8.4 Ester......................................................................... 262
12.9 Wichtige Reaktionstypen organischer Moleküle................ 263
12.9.1 Addition................................................................... 263
12.9.2 Substitution.............................................................. 265
12.10 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 266
Inhaltsverzeichnis XIII
13 Kohlenhydrate..............................................................................267
13.1 Chiralität und optische Aktivität der Monosaccharide........ 268
13.2 Ringbildung der Monosaccharide (Halbacetale)................. 271
13.3 Oligo- und Polysaccharide entstehen durch
Glycosidbindungen............................................................. 274
13.4 Einige Zuckerderivate......................................................... 278
13.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 280
14 Aminosäuren,
Peptide,
Proteine..................................................281
14.1 Proteine bestehen aus Aminosäuren................................... 281
14.2 Einige Aminosäure-Derivate............................................... 285
14.2.1 Decarboxylierung führt zu
Aminen
......................... 285
14.2.2 Aus Aminosäuren leiten sich viele
Alkaloide
ab..... 287
14.3 Aminosäuren sind Zwitterionen.......................................... 288
14.4 Aminosäuren verbinden sich zu
Peptiden
........................... 289
14.5 Proteine haben eine dreidimensionale Struktur................... 291
14.5.1 Primärstruktur: Die Reihenfolge entscheidet........... 291
14.5.2 Sekundärstruktur: Bindungen intra-
und intermolekular................................................... 291
14.5.3 Tertiärstruktur: Proteine mit Domänen
und Motiven............................................................. 294
14.5.4 Quartärstruktur: Komplexe Proteine
mit Untereinheiten................................................... 295
14.5.5 Raumstruktur und Denaturierung............................ 296
14.6 Zur Funktion einiger
Peptide
.............................................. 297
14.7 Aufgabenfelder der Proteine............................................... 298
14.8 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 300
15 Enzyme und Enzymwirkungen...................................................301
15.1 Biochemische Reaktionen und Gleichgewicht.................... 301
15.2 Katalysatoren erniedrigen die Aktivierungsenergie............ 302
15.3 Enzyme arbeiten hochspezifisch......................................... 304
15.4 Manche Enzyme benötigen Coenzyme............................... 305
15.5 Enzyme haben besondere kinetische Eigenschaften........... 308
15.6 Enzymaktivitäten werden reguliert..................................... 310
15.6.1 Kontrolle der Enzymverfügbarkeit.......................... 310
15.6.2 Kontrolle der Enzymaktivität.................................. 310
15.7 Die Enzymaktivität ist von Temperatur und
pH-Wert abhängig............................................................... 312
15.8 Enzyme tragen genormte Bezeichnungen........................... 313
15.9 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 314
XIV Inhaltsverzeichnis
16
Lipide
.............................................................................................315
16.1 Fettsäuren sind langkettige Monocarbonsäuren.................. 315
16.2 Fette sind die Glycerolester verschiedener
Carbonsäuren...................................................................... 317
16.3 Strukturiipide bilden das Grandgerüst einer Membran....... 318
16.4 Biomembranen enthalten Funktionsproteine...................... 322
16.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 324
17 Nucleotide und Nucleinsäuren....................................................325
17.1 Basen bilden Nucleoside und Nucleotide........................... 327
17.2 Zahlreiche Nucleotide bilden das Polynucleotid
der DNA.............................................................................. 329
17.3 Die Sekundärstruktur der
RNA
........................................... 333
17.4 Kontrollfragen /um Verständnis......................................... 334
18 Photosynthese...............................................................................335
18.1 Die Photosynthese gliedert sich in zwei
Reaktionsbereiche............................................................... 336
18.2 Lichtreaktionen: Pigmentsysteme wandeln Lichtenergie ... 338
18.2.1 Die 1. Lichtreaktion: (^-Entwicklung und
ATP-Bildung........................................................... 339
18.2.2 Die 2. Lichtreaktion erzeugt NADPH..................... 342
18.3 Biochemie nach der Photochemie: Der Calvin-Zyklus....... 343
18.3.1 Phase 1: Ribulose-LS-bisphosphat
wird carboxyliert...................................................... 343
18.3.2 Phase 2: Reduktion zum Kohlenhydrat................... 345
18.3.3 Phase 3: Regeneration des CCV Akzeptors.............. 346
18.4 Die Photorespiration ist CCb-Abgabe im Licht.................. 347
18.5 Der C4-Weg der photosynthetischen C-Assimilation.......... 347
18.6 Photosynthese als komplexer Redoxprozess....................... 349
18.7 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 349
19 Atmung..........................................................................................351
19.1 Die Kohlenhydratveratmung verläuft in zwei
Teilprozessen...................................................................... 353
19.2 Die Glycolyse ist der Weg von der Hexose zum Pyruvat... 354
19.3 Acetyl-Coenzym
A
als zentrales Verbindungsglied........... 356
19.4 Der Citrat-Zyklus ist ein Redoxprozess.............................. 357
19.5 Atmungskette: Gebundener Wasserstoff wird zu Wasser... 359
19.6 Gluconeogenese: Zuckersynthese aus Abbauprodukten..... 363
19.7 Anaerobe Atmung............................................................... 364
19.8 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 366
Inhaltsverzeichnis
XV
20 Gärung..........................................................................................367
20.1 Unterscheiden im
terminalen
Elektronen-Akzeptor............ 368
20.2 Umwandlung von Pyruvat zu
Ethanol
-
Alkoholische Gärung.......................................................... 369
20.3 Milchsäurebildung aus Pyruvat -
Homolactische Gärung........................................................ 370
20.4 Umschalten können - der Pasteur-Effekt............................ 371
20.5 Kontrollfragen zum Verständnis......................................... 372
Zum Weiterlesen....................................................................................373
Register.........................................................................................................
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| adam_txt |
Inhalt
Zum Buch.
V
1 Materie, Energie, Leben.1
1.1 Chemie und Physik als Grundlage. 3
1.2 Formen, Strukturen und Funktionen in der Natur.4
1.3 Leben und die Hauptsätze der Thermodynamik. 5
1.4 Experimente sind Fragen an die Natur. 7
1.5 Maße und Mess-Systeme. 9
1.5.1 Basisgrößen und Basiseinheiten. 9
1.5.2 Abgeleitete Einheiten. 10
1.6 Messen und Messfehler. 12
1.6.1 Skalare und vektorielle Größen. 13
1.6.2 Messfehler. 14
1.6.3 Fehlerfortpflanzung. 15
1.7 Kontrollfragen zum Verständnis. 16
2 Mechanik.17
2.1 Die Masse. 17
2.1.1 Die bekannte Materie im Universum. 17
2.1.2 Ladungen. 18
2.1.3 Eigenschaften der Masse. 19
2.1.4 Massenkonstanz. 20
2.1.5 Volumen und Dichte·. 21
2.2 Bewegung. 21
2.2.1 Bewegungsgröße Geschwindigkeit. 21
2.2.2 Geradlinig gleichförmige Bewegung. 23
2.2.3 Geradlinig beschleunigte Bewegung. 23
2.2.4 Kreisbewegung. 26
2.3 Kraft. 26
2.3.1 Kraftbegriff. 27
2.3.2 Impuls. 28
2.3.3 Kraftwirkung „Beschleunigung". 29
2.3.4 Kräftegleichgewicht und Kräfteaddition. 29
2.3.5 Schwerkraft. 32
2.3.6 Trägheitskräfte. 33
2.3.7 Reibung. 34
VIII Inhaltsverzeichnis
2.4 Arbeit, Energie und Leistung. 35
2.4.1 Arbeit. 35
2.4.2 Energiebegriff. 36
2.4.3 Energieformen. 37
2.4.4 Energieerhaltung. 37
2.4.5 Leistung. 38
2.5 Drehungen am Starren Körper. 38
2.5.1. Drehmoment und Hebel. 39
2.5.2. Trägheitsmoment. 40
2.5.3 Drehimpuls. 41
2.6 Verformung fester Körper. 42
2.6.1 Elastische und inelastische Verformung. 42
2.6.2 Arten der Verformung. 42
2.7 Flüssigkeiten und Gase. 43
2.7.1 Aggregatzustände. 43
2.7.2 Druck. 44
2.7.3 Auftrieb. 47
2.7.4 Grenzflächenkräfte. 47
2.7.5 Strömende Flüssigkeiten. 48
2.8 Schwingungen und Wellen. 51
2.8.1 Schwingungen. 51
2.8.2 Wellen. 53
2.8.3 Schall. 55
2.8.4 Elektromagnetische Wellen. 57
2.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 58
Wärmelehre (Thermodynamik).59
3.1 Wärmemenge. 59
3.1.1 Temperatur. 59
3.1.2 Wärmemenge und Wärmekapazität. 61
3.1.3 Der 1. Hauptsatz der Wärmelehre. 62
3.1.4 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre. 62
3.1.5 Energie, Enthalpie und Entropie. 63
3.2 Kinetische Gastheorie. 67
3.2.1 Ideales Gas. 67
3.2.2 Zustandsgieichung. 68
3.2.3 Reale Gase. 69
3.3 Wärmetransport. 69
3.3.1 Wärmeleitung. 70
3.3.2 Wärmeströmung. 70
3.3.3 Wärmestrahlung. 71
Inhaltsverzeichnis
IX
3.4 Phasenübergänge. 72
3.4.1 Schmelz- und Siedepunkt. 72
3.4.2 Phasengleichgewichte. 74
3.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 74
Elektrizität und Magnetismus.75
4.1 Elektrostatik. 75
4.1.1 Ladung und Feld. 75
4.1.2 Potenzial und Potenzialdifferenz. 77
4.1.3 Kapazität und Dielektrikum. 78
4.1.4 Polarisation im elektrischen Feld. 79
4.2 Gleichstrom. 81
4.2.1 Elektrischer Strom. 81
4.2.2 Widerstand. 82
4.2.3 Elektrische Energie und Leistung. 84
4.2.4 Strom- und Spannungsmessung. 84
4.3 Leitungsarten. 85
4.3.1 Leitung in Festkörpern. 85
4.3.2 Leitung in Flüssigkeiten. 86
4.3.3 Leitung in Gasen. 88
4.3.4 Freie Elektronen. 88
4.4 Magnetfelder. 89
4.4.1 Magnetfelder von Strömen. 89
4.4.2 Magnetische Kraft, Drehmoment. 91
4.4.3 Magnetismus. 92
4.4.4 Induktion. 94
4.5 Wechselströme. 96
4.5.1 Wechselspannung. 96
4.5.2 Leistung. 97
4.5.3 Widerstand. 97
4.5.4 Schwingkreis. 99
4.6 Kontrollfragen zum Verständnis. 100
Optik.101
5.1 Licht. 101
5.1.1 Entstehung von Licht. 103
5.1.2 Lichteigenschaften. 104
5.1.3 Photometrie. 105
5.1.4 Sehen und Lichtquellen. 106
X
Inhaltsverzeichnis
5.2 Geometrische Optik. 108
5.2.1 Geradlinige Ausbreitung des Lichts. 108
5.2.2 Reflexion und Streuung. 111
5.2.3 Regelmäßig gekrümmte Spiegel (Hohlspiegel). 112
5.2.4 Brechung. 113
5.2.5 Linsen und Abbildung. 116
5.2.6 Auge und Sehfehler. 120
5.3 Wellenoptik. 122
5.3.1 Wellennatur des Lichts. 122
5.3.2 Interferenz. 123
5.3.3 Beugung. 123
5.3.4 Polarisation. 125
5.3.5 Absorption. 127
5.3.6 Farben. 128
5.3.7 Röntgenstrahlung. 129
5.4 Optische Geräte. 130
5.4.1 Lupe. 130
5.4.2 Mikroskop. 130
5.4.3 Fernrohr und Fernglas. 132
5.4.4
Spektrometer
. 133
5.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 133
Atom- und Kernphysik.135
6.1 Atome. 135
6.1.1 Bestandteile und Größenordnungen. 135
6.1.2 Elemente und Isotope. 137
6.1.3 Bau der Atomhülle. 139
6.2 Atomkerne. 144
6.2.1 Kernkräfte. 144
6.2.2 Stabilität. 146
6.2.3 Radioaktivität. 147
6.2.4 Zerfallsgesetz. 149
6.2.5 Kernenergie. 150
6.3 Ionisierende Strahlung. 152
6.3.1 Messgeräte. 152
6.3.2
Dosimetrie
. 154
6.3.3 Strahlenwirkung. 154
6.4 Das Periodische System der Elemente. 156
6.5 Stoffarten und Stoffgemische. 159
6.6 Kontrollfragen zum Verständnis. 160
Inhaltsverzeichnis
XI
7 Aggregatzustände und Lösungen.161
7.1 Aggregatzustände sind veränderbar. 162
7.2 Wässrige Lösungen sind besondere Flüssigkeiten. 165
7.2.1 Sublimation. 166
7.2.2 Viskosität. 167
7.3 Gase. 168
7.4 Flüssigkeiten. 169
7.5 Feststoffe. 169
7.6 Mengen- und Konzentrationsangaben. 170
7.7 Das Avogadro'sche Gesetz. 173
7.8 Diffusion und Osmose. 174
7.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 178
8 Chemische Bindung.179
8.1 Ionenbindung. 180
8.1.1 Ionen und Kristallbildung. 181
8.2.2 Elektrolyse. 182
8.2 Kovalente Bindung: Atom- oder
Elektronenpaarbindung. 184
8.2.1 Polarisierte Atombindung. 189
8.2.2 Wasser als Lösemittel und Brückenbildner. 191
8.2.3 Mehrfachbindungen in Gasmolekülen. 193
8.3 Koordinative Bindung. 194
8.4 Metallische Bindung. 197
8.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 198
9 Säuren, Basen und Salze.199
9.1 Säuren geben Protonen ab. 199
9.2 Basen nehmen Protonen auf. 201
9.3 Salze entstehen beim Neutralisieren. 204
9.4 Ionennachweise. 205
9.4.1 Farbreaktionen. 205
9.4.2 Nachweis durch Fällung. 206
9.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 208
10 Gleichgewichtsreaktionen.209
10.1 Massenwirkungsgesetz. 210
10.2 Das Prinzip vom kleinsten Zwang nach
Le Chatelier
. 214
10.3 Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips. 216
10.4 Systeme ohne Stillstand: Fließgleichgewichte. 218
10.5 Dissipative Muster und biologische Oszillation. 219
10.6 Kontrollfragen zum Verständnis. 220
XII Inhaltsverzeichnis
11
Redox-
und Säure/Base-Reaktionen.221
11.1 Abgabe und Aufnahme von Elektronen und Protonen. 221
11.1.1 Oxidationszahl oder Oxidationsstuf
e
. 222
11.1.2 Aufstellen einer Redox-Gleichung. 223
11.1.3
Redox
- oder Spannungsreihe. 225
11. 2 Säure/Base-Reaktionen. 227
11.2.1 Protolyse und Protonenübertragung. 227
11.2.2 Amphotere Stoffe. 229
11.2.3 Erweiterung der Säure/Base-Defmition. 230
11.2.4 Die Definition von Usanovich. 231
11.2.5 Dissoziationsgleichgewicht: Säure-
und Basenstärke. 231
11.3 Der pH-Wert - die Säure/B ase-Reaktion des Wassers. 232
11.4 Kationensäuren und Anionenbasen. 235
11.5 Hydrolyse. 236
11.6. Pufferung. 236
11.7 Konzentrationsbestimmung durch Titration. 23 8
11.8
Redox-
bzw. Säure/Base-Reaktionen in der belebten
Natur. 239
11.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 241
12 Organische Kohlenstoffverbindungen.243
12.1 Organische Chemie und Biochemie sind nicht identisch. 244
12.2 Organische Stoffe sind Kohlenstoffverbindungen. 245
12.3 Alkane bilden die Basis der Biomoleküle. 246
12.4 Benennung von Alkanen und anderen organischen
Verbindungen. 249
12.5 Alkene und Alkine sind ungesättigte
Kohlenwasserstoffe. 252
12.6
Aromaten
sind besondere Kohlenstoffringe. 253
12.7 Funktionelle Gruppen bestimmen die Reaktivität. 255
12.8 Biologisch wichtige Stoffklassen.256
12.8.1 Alkohole. 256
12.8.2 Carbonyl-Verbindungen: Aldehyde und
Ketone
. 259
12.8.3 Carbonsäuren. 259
12.8.4 Ester. 262
12.9 Wichtige Reaktionstypen organischer Moleküle. 263
12.9.1 Addition. 263
12.9.2 Substitution. 265
12.10 Kontrollfragen zum Verständnis. 266
Inhaltsverzeichnis XIII
13 Kohlenhydrate.267
13.1 Chiralität und optische Aktivität der Monosaccharide. 268
13.2 Ringbildung der Monosaccharide (Halbacetale). 271
13.3 Oligo- und Polysaccharide entstehen durch
Glycosidbindungen. 274
13.4 Einige Zuckerderivate. 278
13.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 280
14 Aminosäuren,
Peptide,
Proteine.281
14.1 Proteine bestehen aus Aminosäuren. 281
14.2 Einige Aminosäure-Derivate. 285
14.2.1 Decarboxylierung führt zu
Aminen
. 285
14.2.2 Aus Aminosäuren leiten sich viele
Alkaloide
ab. 287
14.3 Aminosäuren sind Zwitterionen. 288
14.4 Aminosäuren verbinden sich zu
Peptiden
. 289
14.5 Proteine haben eine dreidimensionale Struktur. 291
14.5.1 Primärstruktur: Die Reihenfolge entscheidet. 291
14.5.2 Sekundärstruktur: Bindungen intra-
und intermolekular. 291
14.5.3 Tertiärstruktur: Proteine mit Domänen
und Motiven. 294
14.5.4 Quartärstruktur: Komplexe Proteine
mit Untereinheiten. 295
14.5.5 Raumstruktur und Denaturierung. 296
14.6 Zur Funktion einiger
Peptide
. 297
14.7 Aufgabenfelder der Proteine. 298
14.8 Kontrollfragen zum Verständnis. 300
15 Enzyme und Enzymwirkungen.301
15.1 Biochemische Reaktionen und Gleichgewicht. 301
15.2 Katalysatoren erniedrigen die Aktivierungsenergie. 302
15.3 Enzyme arbeiten hochspezifisch. 304
15.4 Manche Enzyme benötigen Coenzyme. 305
15.5 Enzyme haben besondere kinetische Eigenschaften. 308
15.6 Enzymaktivitäten werden reguliert. 310
15.6.1 Kontrolle der Enzymverfügbarkeit. 310
15.6.2 Kontrolle der Enzymaktivität. 310
15.7 Die Enzymaktivität ist von Temperatur und
pH-Wert abhängig. 312
15.8 Enzyme tragen genormte Bezeichnungen. 313
15.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 314
XIV Inhaltsverzeichnis
16
Lipide
.315
16.1 Fettsäuren sind langkettige Monocarbonsäuren. 315
16.2 Fette sind die Glycerolester verschiedener
Carbonsäuren. 317
16.3 Strukturiipide bilden das Grandgerüst einer Membran. 318
16.4 Biomembranen enthalten Funktionsproteine. 322
16.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 324
17 Nucleotide und Nucleinsäuren.325
17.1 Basen bilden Nucleoside und Nucleotide. 327
17.2 Zahlreiche Nucleotide bilden das Polynucleotid
der DNA. 329
17.3 Die Sekundärstruktur der
RNA
. 333
17.4 Kontrollfragen /um Verständnis. 334
18 Photosynthese.335
18.1 Die Photosynthese gliedert sich in zwei
Reaktionsbereiche. 336
18.2 Lichtreaktionen: Pigmentsysteme wandeln Lichtenergie . 338
18.2.1 Die 1. Lichtreaktion: (^-Entwicklung und
ATP-Bildung. 339
18.2.2 Die 2. Lichtreaktion erzeugt NADPH. 342
18.3 Biochemie nach der Photochemie: Der Calvin-Zyklus. 343
18.3.1 Phase 1: Ribulose-LS-bisphosphat
wird carboxyliert. 343
18.3.2 Phase 2: Reduktion zum Kohlenhydrat. 345
18.3.3 Phase 3: Regeneration des CCV Akzeptors. 346
18.4 Die Photorespiration ist CCb-Abgabe im Licht. 347
18.5 Der C4-Weg der photosynthetischen C-Assimilation. 347
18.6 Photosynthese als komplexer Redoxprozess. 349
18.7 Kontrollfragen zum Verständnis. 349
19 Atmung.351
19.1 Die Kohlenhydratveratmung verläuft in zwei
Teilprozessen. 353
19.2 Die Glycolyse ist der Weg von der Hexose zum Pyruvat. 354
19.3 Acetyl-Coenzym
A
als zentrales Verbindungsglied. 356
19.4 Der Citrat-Zyklus ist ein Redoxprozess. 357
19.5 Atmungskette: Gebundener Wasserstoff wird zu Wasser. 359
19.6 Gluconeogenese: Zuckersynthese aus Abbauprodukten. 363
19.7 Anaerobe Atmung. 364
19.8 Kontrollfragen zum Verständnis. 366
Inhaltsverzeichnis
XV
20 Gärung.367
20.1 Unterscheiden im
terminalen
Elektronen-Akzeptor. 368
20.2 Umwandlung von Pyruvat zu
Ethanol
-
Alkoholische Gärung. 369
20.3 Milchsäurebildung aus Pyruvat -
Homolactische Gärung. 370
20.4 Umschalten können - der Pasteur-Effekt. 371
20.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 372
Zum Weiterlesen.373
Register. |
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