Basiswissen Physik, Chemie und Biochemie: vom Atom bis zur Atmung - für Biologen, Mediziner und Pharmazeuten ; mit ... 64 Tabellen
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Berlin [u.a.]
Springer
2011
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|---|---|
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Inhalt
Materie, Energie, Leben. 1
1.1 Kennzeichen des Lebendigen. 3
1.2 Teilen und Wachsen. 4
1.3 Chemie und Physik als Basis. 5
1.4 Formen, Strukturen und Funktionen in der Natur. 7
1.5 Energetik - ohne Energieumsatz ist Leben
nicht möglich. 9
1.6 Leben und die Hauptsätze der Thermodynamik. 10
1.7 Experimente sind Fragen an die Natur. 12
1.8 Maße und Mess-Systeme. 14
1.8.1 Skalare und vektorielle Größen. 14
1.8.2 Basisgrößen und Basiseinheiten. 15
1.8.3 Abgeleitete Einheiten. 16
1.8.4 Messfehler. 19
1.8.5 Fehlerfortpflanzung. 21
1.9 Fragen zum Verständnis. 21
Basiswissen Physik
Mechanik. 23
2.1 Masse. 23
2.1.1 Die bekannte Materie im Universum. 24
2.1.2 Eigenschaften der Masse. 24
2.1.3 Massenkonstanz. 26
2.1.4 Volumen und Dichte. 27
2.2 Bewegung. 27
2.2.1 Bewegungsgröße Geschwindigkeit. 28
2.2.2 Geradlinig gleichförmige Bewegung. 29
2.2.3 Geradlinig beschleunigte Bewegung. 29
2.2.4 Kreisbewegung. 32
VIII Inhalt
2.3 Kraft. 33
2.3.1 Kraftbegriff. 33
2.3.2 Impuls. 35
2.3.3 Kraftwirkung „Beschleunigung". 35
2.3.4 Kräftegleichgewicht und Kräfteaddition. 36
2.3.5 Schwerkraft. 39
2.3.6 Trägheitskräfte. 40
2.3.7 Reibung. 41
2.4 Arbeit, Energie und Leistung. 42
2.4.1 Arbeit. 43
2.4.2 Energiebegriff. 43
2.4.3 Energieformen. 44
2.4.4 Energieerhaltung. 44
2.4.5 Leistung. 45
2.5 Drehungen am Starren Körper. 46
2.5.1 Drehmoment und Hebel. 46
2.5.2 Trägheitsmoment. 48
2.5.3 Drehimpuls. 48
2.6 Verformung fester Körper. 49
2.6.1 Elastische und inelastische Verformung. 49
2.6.2 Arten der Verformung. 50
2.7 Flüssigkeiten und Gase. 51
2.7.1 Aggregatzustände. 51
2.7.2 Druck. 51
2.7.3 Auftrieb. 54
2.7.4 Grenzflächenkräfte. 55
2.7.5 Strömende Flüssigkeiten. 56
2.8 Schwingungen und Wellen. 58
2.8.1 Schwingungen. 59
2.8.2 Wellen. 61
2.8.3 Schall. 63
2.8.4 Elektromagnetische Wellen. 65
2.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 66
Wärmelehre (Thermodynamik)_. 67
3.1 Wärmemenge. 67
3.1.1 Temperatur. 67
3.1.2 Wärmemenge und Wärmekapazität. 69
3.1.3 Erster Hauptsatz der Wärmelehre. 70
3.1.4 Zweiter Hauptsatz der Wärmelehre. 71
3.1.5 Energie, Enthalpie und Entropie. 72
Inhalt
IX
3.2 Kinetische Gastheorie. 75
3.2.1 Ideales Gas. 75
3.2.2 Zustandsgieichung. 77
3.2.3 Reale Gase. 78
3.3 Wärmetransport. 78
3.3.1 Wärmeleitung. 78
3.3.2 Wärmeströmung. 79
3.3.3 Wärmestrahlung. 80
3.4 Phasenübergänge. 81
3.4.1 Schmelz-und Siedepunkt. 81
3.4.2 Phasengleichgewichte. 83
3.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 84
Elektrizität und Magnetismus. 85
4.1 Elektrostatik. 85
4.1.1 Ladung und Feld. 85
4.1.2 Potenzial und Potenzialdifferenz. 87
4.1.3 Kapazität und Dielektrikum. 88
4.1.4 Polarisation im elektrischen Feld. 89
4.2 Gleichstrom. 90
4.2.1 Elektrischer Strom. 91
4.2.2 Widerstand. 92
4.2.3 Elektrische Energie und Leistung. 94
4.2.4 Strom-und Spannungsmessung. 95
4.3 Leitungsarten. 95
4.3.1 Leitung in Festkörpern. 96
4.3.2 Leitung in Flüssigkeiten. 97
4.3.3 Leitung in Gasen. 99
4.3.4 Freie Elektronen. 99
4.4 Magnetfelder. 100
4.4.1 Magnetfelder von Strömen. 100
4.4.2 Magnetische Kraft und Drehmoment. 102
4.4.3 Magnetismus. 103
4.4.4 Induktion. 106
4.5 Wechselströme. 108
4.5.1 Wechselspannung. 108
4.5.2 Leistung. 109
4.5.3 Widerstand. 109
4.5.4 Schwingkreis. 111
4.6 Kontrollfragen zum Verständnis. 112
Inhalt
Optik.113
5.1 Licht.
ИЗ
5.1.1 Entstehung von Licht. 115
5.1.2 Lichteigenschaften. 116
5.1.3 Photometrie. 117
5.1.4 Sehen und Lichtquellen. 118
5.2 Geometrische Optik. 120
5.2.1 Geradlinige Ausbreitung des Lichts. 120
5.2.2 Reflexion und Streuung. 123
5.2.3 Regelmäßig gekrümmte Spiegel (Hohlspiegel). 124
5.2.4 Brechung. 125
5.2.5 Linsen und Abbildung. 128
5.2.6 Auge und Sehfehler. 133
5.3 Wellenoptik. 135
5.3.1 Wellennatur des Lichts. 135
5.3.2 Interferenz. 136
5.3.3 Beugung. 136
5.3.4 Polarisation. 138
5.3.5 Absorption. 140
5.3.6 Farben. 141
5.3.7 Röntgenstrahlung. 142
5.4 Optische Geräte. 143
5.4.1 Lupe. 143
5.4.2 Mikroskop. 144
5.4.3 Fernrohr und Fernglas. 147
5.4.4
Spektrometer
. 148
5.5 Kontrollfragen zum Verständnis. 148
Atom- und Kernphysik.149
6.1 Atome. 149
6.1.1 Bestandteile und Größenordnungen. 149
6.1.2 Elemente und Isotope. 151
6.2 Quantenmechanik. 153
6.2.1 Bau der Atomhülle. 153
6.2.2 Orbitale. 155
6.3 Atomkerne. 159
6.3.1 Kernkräfte. 160
6.3.2 Stabilität. 161
6.3.3 Radioaktivität. 162
6.3.4 Zerfallsgesetz. 165
6.3.5 Kernenergie. 166
Inhalt
XI
6.4 Ionisierende Strahlung. 168
6.4.1 Messgeräte. 168
6.4.2
Dosimetrie
. 169
6.4.3 Strahlenwirkung. 170
6.5 Das Periodische System der Elemente. 172
6.6 Stoffarten und Stoffgemische. 175
6.7 Kontrollfragen zum Verständnis. 176
Basiswissen Chemie
7 Aggregatzustände und Lösungen.177
7.1 Aggregatzustände sind veränderbar. 178
7.2 Wässrige Lösungen sind besondere Flüssigkeiten. 181
7.2.1 Sublimation. 183
7.2.2 Viskosität. 183
7.3 Gase. 184
7.4 Flüssigkeiten. 185
7.5 Feststoffe. 185
7.6 Mengen- und Konzentrationsangaben. 186
7.7 Das Avogadro'sche Gesetz. 190
7.8 Diffusion und Osmose. 191
7.9 Kontrollfragen zum Verständnis. 194
8 Chemische Bindung.195
8.1 Ionenbindung. 196
8.1.1 Ionen und Kristallbildung. 197
8.1.2 Elektrolyse. 198
8.2 Kovalente Bindung: Atom- oder
Elektronenpaarbindung.200
8.2.1 Polarisierte Atombindung.205
8.2.2 Wasser als Lösemittel und Brückenbildner.207
8.2.3 Mehrfachbindungen in Gasmolekülen.210
8.3 Koordinative Bindung.210
8.4 Metallische Bindung.215
8.5 Bindungen an Oberflächen und Katalyse.215
8.6 Bindungen in Böden.217
8.7 Kontrollfragen zum Verständnis.218
XII Inhalt
9 Säuren, Basen und Salze.219
9.1 Säuren geben Protonen ab.219
9.2 Basen nehmen Protonen auf.221
9.3 Salze entstehen beim Neutralisieren.224
9.4 Ionennachweise.225
9.4.1 Farbreaktionen.225
9.4.2 Nachweis durch Fällung.226
9.5 Kontrollfragen zum Verständnis.228
10 Gleichgewichtsreaktionen.229
10.1 Massenwirkungsgesetz.230
10.2 Das Prinzip vom kleinsten Zwang nach
Le Chatelier
.234
10.3 Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips.236
10.4 Systeme ohne Stillstand: Fließgleichgewichte.238
10.5 Dissipative Muster und biologische Oszillation.239
10.6 Kontrollfragen zum Verständnis.240
11
Redox-
und Säure/Base-Reaktionen.241
11.1 Abgabe und Aufnahme von Elektronen und Protonen.241
1
1
11
11.2
.1.1 Oxidationszahl oder Oxidationsstufe.242
. 1.2 Aufstellen einer Redox-Gleichung.243
11.3
11.4
11.5
11.6
11.7
11.8
11.9
. 1.3
Redox-
oder Spannungsreihe.245
Säure/Base-Reaktionen.247
.2.1 Protolyse und Protonenübertragung.248
.2.2 Amphotere Stoffe.249
.2.3 Erweiterung der Säure/Base-Definition.250
.2.4 Die Definition von Usanovich.251
.2.5 Dissoziationsgleichgewicht:
Säure- und Basenstärke.251
Der pH-Wert - die Säure/Base-Reaktion des Wassers.252
Kationensäuren und Anionenbasen.255
Hydrolyse.256
Pufferung.256
Konzentrationsbestimmung durch Titration.258
Redox-
bzw. Säure/Base-Reaktionen
in der belebten Natur.259
Kontrollfragen zum Verständnis.261
Inhalt XIII
Basiswissen Biochemie und Physiologie
12 Organische Kohlenstoffverbindungen - eine erste
Übersicht.263
12.1 Organische Chemie und Biochemie sind
nicht identisch.264
12.2 Organische Stoffe sind Kohlenstoffverbindungen.265
12.3 Alkane bilden die Basis der Biomoleküle.266
12.4 Benennung organischer Verbindungen.269
12.5 Alkene und Alkine sind ungesättigte
Kohlenwasserstoffe.273
12.6
Aromaten
sind besondere
Kohlenstofïringe
.275
12.7 Funktionelle Gruppen bestimmen die Reaktivität.279
12.8 Biologisch wichtige Stoffklassen.279
12.8.1 Alkohole.280
12.8.2 Carbonyl-Verbindungen:
Aldehyde und
Ketone
.284
12.8.3 Carbonsäuren.285
12.8.4 Ester.289
12.9 Wichtige Reaktionstypen organischer Moleküle.290
12.9.1 Addition.290
12.9.2 Substitution.292
12.10 Kontrollfragen zum Verständnis.293
13 Kohlenhydrate.295
13.1 Isomerienbei Monosacchariden.296
13.2 Moleküldarstellung - die Fischer-Projektion.298
13.3 Ringbildung der Monosaccharide (Halbacetale).300
13.4 Glycosidbindungen bilden Oligo- und Polysaccharide.304
13.5 Einige Zuckerderivate.309
13.6 Kontrollfragen zum Verständnis.313
14 Aminosäuren,
Peptide,
Proteine_315
14.1 Proteine bestehen aus Aminosäuren.315
14.2 Einige Aminosäure-Derivate.320
14.2.1 Decarboxylierung fuhrt zu
Aminen
.320
14.2.2 Aus Aminosäuren leiten sich
viele
Alkaloide
ab.321
14.2.3 Betalaine und Betaine sind weitere
Aminosäure-Derivate.322
XIV Inhalt
14.3 Aminosäuren sind Zwitterionen.323
14.4 Aminosäuren verbinden sich zu
Peptiden
.325
14.5 Proteine haben eine dreidimensionale Struktur.326
14.5.1 Primärstruktur: Die Reihenfolge entscheidet.327
14.5.2 Sekundärstruktur: Bindungen intra-
und intermolekular.327
14.5.3 Tertiärstruktur: Proteine mit Domänen
und Motiven.330
14.5.4 Quartärstruktur: Komplexe Proteine
mit Untereinheiten.332
14.6 Raumstruktur und Denaturierung.332
14.7 Zur Funktion einiger
Peptide
.333
14.8 Aufgabenfelder der Proteine.334
14.9 Kontrollfragen zum Verständnis.336
15 Enzyme und Enzymwirkungen.337
15.1 Biochemische Reaktionen und Gleichgewicht.337
15.2 Katalysatoren erniedrigen die Aktivierungsenergie.338
15.3 Enzyme arbeiten hochspezifisch.340
15.4 Manche Enzyme benötigen Coenzyme.342
15.5 Enzyme haben besondere kinetische Eigenschaften.345
15.6 Enzymaktivitäten werden reguliert.347
15.6.1 Kontrolle der Enzymverfügbarkeit.347
15.6.2 Kontrolle der Enzymaktivität.348
15.7 Die Enzymaktivität hängt von Temperatur
und pH-Wert ab.354
15.8 Enzyme tragen genormte Bezeichnungen.355
15.9 Kontrollfragen zum Verständnis.356
16
Lipide
.357
16.1 Fettsäuren sind langkettige Monocarbonsäuren.357
16.2 Fette sind die Glycerolester verschiedener
Carbonsäuren.359
16.3 Biosynthese: Fettsäure-Ketten wachsen
um Cz-Einheiten.360
16.4 Strukturiipide bilden das Grundgerüst einer Membran.362
16.5 Biomembranen enthalten Funktionsproteine.366
16.6 Kontrollfragen zum Verständnis.368
Inhalt
XV
17 Nucleotide und Nucleinsäuren.369
17.1 Basen bilden Nucleoside und Nucleotide.371
17.2 Zahlreiche Nucleotide bilden das Polynucleotid
der DNA.374
17.3 Die Sekundärstruktur der
RNA
.378
17.4 Kontrollfragen zum Verständnis.379
18 Photosynthese.381
18.1 Die Photosynthese gliedert sich
in zwei Reaktionsbereiche.382
18.2 Lichtreaktionen: Pigmentsysteme wandeln
Lichtenergie.384
18.2.1 Die 1. Lichtreaktion: (^-Entwicklung
und ATP-Bildung. 386
18.2.2 Die 2. Lichtreaktion erzeugt NADPH.389
18.3 Biochemie nach der Photochemie: Der Calvin-Zyklus.390
18.3.1 Phase 1: Ribulose-l.S-bisphosphat
wird carboxyliert.392
18.3.2 Phase 2: Reduktion zum Kohlenhydrat. 393
18.3.3 Phase 3: Regeneration des CO2-Akzeptors.394
18.4 Photorespiration ist CO2-Abgabe im Licht.395
18.5 C4-Weg der photosynthetischen C-Assimilation.397
18.6 Photosynthese als komplexer Redoxprozess. 398
18.7 Kontrollfragen zum Verständnis.399
19 Atmung.401
19.1 Die Kohlenhydratveratmung verläuft
in zwei Teilprozessen.403
19.2 Die Glycolyse ist der Weg von der Hexose
zum Pyruvat.404
19.3 Acetyl-Coenzym
A
ist das zentrale Verbindungsglied.407
19.4 Der Citrat-Zyklus ist ein Redoxprozess.408
19.5 Atmungskette: Gebundener Wasserstoff
wird zu Wasser.409
19.6 Gluconeogenese: Zuckersynthese aus Abbauprodukten. 413
19.7 Anaerobe Atmung.414
19.8 Kontrollfragen zum Verständnis.416
XVI Inhalt
20 Gärung.417
20.1 Unterschiede im
terminalen
Elektronen-Akzeptor.418
20.2 Umwandlung von Pyruvat zu
Ethanol
-
die alkoholische Gärung.419
20.3 Milchsäurebildung aus Pyruvat -
Homolactische Gärung.420
20.4 Umschalten können - der Pasteur-EfFekt.421
20.5 Kontrollfragen zum Verständnis.422
Antworten und Lösungen zu den Kontrollfragen.423
Zum Weiterlesen.457
Register.461 |
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