Anatomie Block 1_Chemie und Biochemie

Anatomie Block 1_Chemie und Biochemie

Anatomie Block 1_Chemie und Biochemie


K. H.
Diese Lernkarten bieten einen umfassenden Überblick über die Grundlagen der Chemie und Biochemie im medizinischen Kontext. Sie decken Themen wie die Struktur und Funktion von Proteinen, Nukleinsäuren, Fetten und Kohlenhydraten ab, wobei besondere Aufmerksamkeit auf Enzymen, genetischem Code und Verdauungsprozessen liegt. Medizinstudierende und Biochemie-Interessierte profitieren von den detaillierten Erklärungen zu Molekülaufbau, Bindungen und biologischen Prozessen, die für das Verständnis der menschlichen Physiologie essenziell sind.
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Allemand
Catégorie
Médecine
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Autres
Créé / Mis à jour
07.04.2015 / 03.05.2020

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Schlüsselelemente im menschlichen Körper

  • C Kohlenstoff (Carbo)
  • N Stickstoff (Nitrogenium)
  • H Wasserstoff (Hydrogenium)
  • O Sauerstoff (Oxygenium)

Diese bilden 96% der Körpermasse!

Mengenelemente / Mineralsalze (7)

-> machen 3% des menschlichen Organismus aus (tägl. Bedarf aus Nahrung am 20mg)

  • Ca -> Knochen, Zähne, Beteiligt an Freisetzung von Neurotransmittern, elektromech. Koppelung bei Muskelkontraktionen
  • P -> Best. von Nukleinsäuren (ATP), Best. von Knochen und Zähnen
  • K -> Erforderlich zur Weiterleitung von Nervenimpulsen, Erforderlich für die Muskelkontraktion
  • Na -> Notwendig zur Weiterleitung von Nervenimpulsen, Muskelkontraktion, Hauption des Extrazellulärraumes, wesentlich zur Aufrechterhaltung der Wasserbilanz
  • Cl -> wesentlich zur Aufrechterhaltung der Wasserbilanz
  • Mg -> Best. vieler Enzyme

Spurenelemente (10)

Bestandteil im menschl. Organsimus 1%, tägl. Zufuhr via Nahrung bis 20mg

  • F
  • Fe (Best von Hämoglobin u. Myoglobin)
  • J (wird z.B. zum Aufbau von Thyroxin benötigt)
  • Co
  • Cu
  • Mn
  • Mo
  • Se
  • Zn (ist z.B. am Aufbau von Insulin beteiligt)
  • Cr

Zusammensetzung der Umgebungs (Einamtumngs)luft

78% N2

21% O2

1% Edelgase

0.03% CO2

"Schüsselelemente" des Lebens

  • Kohlenhydrate
  • Fette
  • Eiweisse
  • Nukleinsäuren

Atom

  • bildet kleinste Einheit eines Elements
  • bestehen aus Kern (p+ und n)
  • und Elektronenhülle (e-)
  • Schalenmodell (K, L, M, N...), jede Schale kann nur bestimmte Anzahl Elektronen enthalten: 1. Schale: 2 Elektronen, äusserste Schale 8 Elektronen.
  • Das Atom insgesammt ist neutral, da gleich viele p+ wie e- enthalten sind

Isotope

Atome eines Elements, die sich in der Neutronenzahl und damit in ihrer Masse unterscheiden. (z.B. Carbo 14, ist für Geografen sehr interessant, da es eine Verfallzeit von ca. 5000 Jahren besitzt)

Periodensystem der Elemente (PSE)

Die chem. Elemente werden auf Grund ihrer Eigenschaften eingeteilt.

  • Die Periode (waagrecht) gibt die Anzahl der Schalen der Aussenelektroden eines Elements an. 
  • Die Gruppen (8 Hauptgruppen) sind in Spalten dargestellt. In den Hauptgruppen ist die Anzahl der Elektronen in der äußeren Elektronenhülle aller Elemente identisch.
    1. Alkalimetalle (ausser H)
    2. Erdalkalimetalle
    3. Bohrgruppe
    4. Kohlenstoffgruppe
    5.Stickstoffgruppe
    6. Chalkogene (Erzbildner)
    7. Halogene (Salzbildner)
    8. Edelgase

Verhalten der Elemtente im Periodensystem

  • Metalle: links
  • Nichtmetalle: rechts
  • je mehr rechts im PSE, desto mehr p+ und e- (stärkere Anziehung von e-)
  • EN nimmt innerhalb einer Periode von links nach rechts zu (bis zur 7. Hauptgruppe) -> Kernladung und Atomradius!
  • Je weiter rechts je kleiner der Atomradius (da mehr p+ im Kern = stärkere Anziehung an e-)
  • Reaktionsfähigkeit bei Metallen nimmt mit steigender Atommasse zu (da Aussenelektronen weiter vom Kern entfernt sind)
  • Reaktionsfähigkeit bei Nichtmetallen nimmt mit steigender Atommasse ab

Massenzahl / Ordnungszahl / Elektronegativität

  • Massenzahl = Nukleonenzahl = Summe der Protonen und Neutronen
    entspricht der Atommasse in U
    (Massenzahl ist nicht im PSE angegeben)
  • Ordnungszahl = Kernladungszahl = Anzahl Protonen
  • Elektronegativität ist oben rechts beim Element angegeben.
  • Neutronenzahl = Massenzahl - Ordnungszahl

Elektronegativität EN

EN ist ein Mass für die Fähigkeit eines Atoms in einer chem. Bindung die Bindungselektronen an zich zu ziehen. Die EN wird u.a. von der Kernladung und dem Atomradius bestimmt.

  • je höher der Unterschied in der EN der gebundenen Elemente, desto polarer ist die Bindung
  • EN nimmt innerhalt einer Elementperiode von l nach re zu
  • EN nimmt innerhalt einer Elementgruppe von unten nach oben zu
  • Sauerstoff ist sehr elektronegativ, da auf der Valenzschale nur noch 2e- fehlen. Will anderen Atomen die Elektronen "klauen". -> Radikal

Edelgaskonfiguration / Okettregel

8e- auf der Valenzschale (= äusserste Schale). Dieses Atom ist reaktionsträge. Alle Atome sind bemüht, ihre Valenzschale mit 8 Elektronen zu besetzten, entweder durch Elektronenabgabe oder - aufnahme.

Okettregel= erreichen von 8e- bzw 2e-. d.h. erreichen von 8 bzw 2 NCHT BINDENDEN Elektronen im Molekül

Ionen

elektrisch geladene Teilchen

  • Kationen = positiv geladene Teilchen -> hat e- abgegeben
  • Anionen = negativ geladene Teilchen -> hat e- aufgenommen

chem. Verbindungen (Definition)

= Bildung neuer Stoffe mit neuen/anderen Eigenschaften -> Reinstoffe entstehen, dabei wird Energie umgesetzt. Diese Reinstoffe sind nur durch chem. Reaktionen teilbar! (Gemische sind durch Trennverfahren teilbar)

  • Molekularverbindungen (Nichtmetall-Nichtmetall)
  • Ionenverbindungen (Metall-Nichtmetall)

Ionenbindungen

= Salze

  • Metall - Nichtmetall Verbidnungen
  • gem. Okettregel / Edelgaskonfiguration
  • Gitterartige Anordnung der Ionen -> Kristalline Festkörper
  • Ionen in Lösung: Leitfähigkeit, Elektrolythaushalt, Stoffwechselvorgänge
  • Verhältnisformel: Anzahlverhältnis der  Atomarten, die am Aufbau einer Verbindung beteiligt sind:
    Na+ + Cl- --> NaCl

Moleküle

= kovalente Bindungen (= Elektronenpaarbindung)

= Nichtmetall-Nichtmetall Verbindungen

  • Elektronenpaarbindungen, quasi molekularer Kommunismus / Elektronensharing
  • Molekülformel: gibt Art und anzal der Atmone an, aus denen ein Molekül eines Stoffes aufgebaut ist, z.B. H2O / O2

Bindung Ionisch oder Kovalent?

Massgebend ist hier die Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Atomen:

0 = REIN KOVALENT --> UNPOLAR z.B. H-H

0-2 = POLAR KOVALENT

> 2 = IONISCH

Zwischenmolekulare Kräfte

UNPOLARE BINDUNGEN: Schwerpunkt der +/- Ladung fällt zusammen, liegt in der Mitte zw. beiden Atomen, bsp. H-H
=> unpolare Bindungen bilden Van der Waals Kräfte aus

POLARE BINDUNGEN: Die e- des bindenden Elektronenpaares werden von deinem Atom mehr angezogen als vom anderen (unterschiedliche e- Zahl in Schalen, unteschiedliche EN). Teilladungen, sog. Partialladungen werden mit delta - resp. delta + angegeben.
=> Polare Bindungen = Dipole, bilden Wasserstoffbrücken

Wasserstoffbrücken

Dipol-Dipol Wechselwirkungen

  • H-Brücken treten auf, wenn H an eines der 4 Elektronegativsten elemnte F, O, Cl, N gebunden ist. H zieht so freie elektronenpaareanderer Moleküle an. Aktive Stelle für H-Brücken: H ist an F, O, N, Cl gebunden
  • Als Partner für das H-Atom muss ein Atom mit hoher EN und freiem Elektronenpaar zur verfügung stehen: Passive Stellen für H-Brücken: freie Elektronenpaare an O, N, F
  • H-Brücke nur ca. 5% so stark wie kovalente Bindung, aber stärker als van der Waals Wechselwirkung
  • zw. polaren und unpolaren Stoffen werden KEINE H-Brücken gebildet!

Van der Waals Kräfte

= Zwischenmolekulare Kräfte -> Anziehungskräfte zwischen unpolaren Molekülen! Quasi verschiebung der Elektronen im Orbital ergibt eine schwache Anziehungskraft zw. den Molekülen.

Säuren

Azide

  • Molekülverbindungen, die beim Lösen in Wasser H+ (neg geladenes Säurerestion) abspalten.
  • Protonendonatoren (Protonenspender)
  • Je mehr H+ eine flüssigkeit hat, desto Saurer/azider ist sie
  • Entstehung Säuren: Nichtmetalloxide mit Wasser (CO2 + H2O -> H2CO3 Kohlensäure)
                                  Wasserstoffhalogene in wässriger Lsg (HCl)

Basen

Laugen, alkalisch

  • Wässerige Lösung, die Hydroxidionen OH- enthalten -> H+ aufnehmen
  • Protonenakzeptoren = Protonenfänger
  • Entstehung Basen: Metalloxide mit Wasser (MgO + H2O -> Mg(OH)2
                                
    Alkali- u. Erdalkalimetalle mit Wasser (2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2)

Puffersysteme

können überschüssige H+ Ionen auffangen oder bei Mangel wieder abgeben. Bsp. Kohlensäure-Bicaronatsystem, Proteinpuffer, Phosphatpuffer.

Die Körperflüssigkeiten befinden sich in einer gewissen Bandbreite des pH Wertes. Blut: 7.35-7.45, toleriert keine Schwankungen des pH Wertes. Je nach pH Wert (z.B. in den Verdauungssäften) werden Enzyme aktiviert oder deaktiviert, Proteine denaturiert etc)

pH Wert

je mehr H+ Ionen eine Flüssigkeit enthält, deso saurer ist sie.

Sauer: 0-7 

Neutral: 7

Basisch: 7-14

Blut: 7.35-7.45

Oxidation

Erhöhung der Oxidationszahl

Abgabe von e-

"Verbrennung", Stoff verbindet sich mit O2; exotherm

Oxidationsmittel übertragen O2 auf andere Stoffe

Reduktion

Abnahme der Oxidatonszahl

Aufnahme von e-

Einem Oxid wird O2 entzogen; endotherm

Reduktionsmittel bsp. Fe, C, Mg

Redoxreaktion

Ablauf von Oxidation und Reduktion zur selben Zeit.

Oxidationszahl

gibt an, wieviele Elektronen ein Atom in einer Verbindung im Verleich zum elementraren Zustand aufgenommen oder abgegeben hat.

Bindungselektronen dem Elektronegativeren Atom zuordnen

unpolare Bindungen: Elektronenzahl zur Hälfte teilen

chem. Formel der Photosynthese

6 CO2 + 6 H2O  Licht, Chlorophyl→ C6H12O6 + 6O2

Monosaccharide

C6H12O6

Glucose (Dextrose, Aldose)

Fructose (Laevulose, Ketose)

Galaktose

⇒ mind. 1 Aldehyd oder Ketogruppe

⇒ mind 2 OH Gruppen

Disaccharide

C12H22O11

Saccharose (alpha Glucose + Fructose)

Maltose (alpha Glucose + alpha Glucose)

Laktose (beta Glucose + Galaktose)

Cellobiose (beta Glucose + beta Glucose)

Oligosaccharide

3-10 Glucosen → Dextrine (entsteht durch erhitzen von Stärke → Brotrinde)

Polysaccharide

(C12H22O11)n

10 - mehrere 100'000 Glucosen

Stärke (alpha Glucosen → Amylose (1 Kette) und Amylopektin (verzweigte Ketten)

Gykogen (alpha Glucosen, Speicherung von ca. 500g in Muskel und Leber)

Zellulose (beta Glucosen, können nicht enzymatische gestpalten werden → dies machen Bakterien z.B. bei Kühen)

Inulin (Frutosen)

Saccharose

alpha Glucose + Fructose

Maltose

alpha Glucose + alpha Glucose

Laktose

beta Glucose + Galaktose

Cellobiose

beta Glucose + beta Glucose

Bedeutung der Kohlenhydrate im Organismus

  • Energielieferant 1g = 17 kJ → Gewinnung von ATP
  • Aufbaustoff (Glykogen, Glykoproteine (mucine, enzyme), Glykolipide (ganglioside)
  • Ballaststoffe

Kohlenhydratverdauung

  1. Mund: alpha Speichelamylase → kürzere Polysachharidketten, Maltose
  2. Lumen des 12-Fingerdarms: alpha Pankreasamylase → Maltose, Disaccharide
  3. Epithel des Dünndarms: Disaccharidasen → Monosaccharide

Triglyceride

  • können im Körper selber hergestellt werden, ausser die 2 essentiellen Fettsäuren: Linolsäure und Linolensäure und die semiessentielle Arachidonsäure
  • Trigylceride entstehen durch Kondensation (unter Abspaltung von O2) aus 3 meist verschiedenen Fettsäuren und Glycerin
  • Alkylrest der Fettsäure = Polar, bildet H-Brücken, C-Kette = unpolarer Rest
  • die Fettsäuren bestimmen die Eigenschaft der Trigylcerides

Étudier