Biologie der Zellen und Gewebe (Fach) / chemische Grundlagen (Lektion)
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Grundlagen Chemie
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- chemische Bindungen -kovalente Bindungen -nicht-kovalente BIndungen: - Wasserstoffbrückenbindungen - Ionenbindungen - Van der Waals'sche Wechselwirkungen
- Dipole Entstehen durch ungleiche Verteilung der Landung in einer Bindung. Es gibt eine elektropositive und eine elektronegative Region.
- Wasserstoffbrückenbindungen Die Polarisierung bei insgesamt neutraler Ladung ermöglicht eine Anziehung benachbarter Dipolmoleküle. • Elektrostatische Anziehungskraft zwischen einem H-Atom, das an ein stark elektronegatives Atom (O oder N) gebunden ist und dadurch positiv polarisiert wird, und einem weiteren, elektronegativen Atom. • Kommen in Proteinen, Nucleinsäuren und Kohlenhydraten häufig vor, weil diese viele polarisierte Gruppen enthalten. • Sind ~ 10 - 20 mal schwächer als eine kovalente Bindung. • stabilisieren die räumliche Anordnung von Proteinen und Nucleinsäuren. ->große Flexibilität der räumlichen Konformation + Konformationsänderungen mit geringem Energieaufwand ! Bindungen Die STäre der H-Brücken ist Richtungsabhängig
- Anomalie des Wassers Die Struktur des Wassers bedingt ungewöhnliche Eigenschaften: • hohe Oberflächenspannung • Verdunstungskälte • ungewöhnlicher Aggregatzustand bei diesen Temperaturen
- Wasser als "Lösungsmittel des Lebens" • Moleküle mit polaren Gruppen und Ionen lösen sich gut in Wasser, weil sie H-Brücken mit Wasser ausbilden können - hydrophil. • Unpolare Moleküle sind schlecht in Wasser lösbar - hydrophob. • Mehrere hydrophobe Moleküle werden sich in Wasser zusammen gruppieren, da sie dann die Struktur des Wassers weniger stören (= energetisch günstigste Anordnung).
- Ionenbindungen Wechselwirkungen eines Kations mit einem Annion Aminogruppe + organische Säuregruppe (z. B. DNA + Histone)
- Van der Waals'sche Wechselwirkungen = Anziehung schwacher Dipole
- Säuren Protonendonatoren
- Basen Protonenakzeptoren
- Phosphatester Verbindung von Alkohol mit Säure unter H2O Abspaltung
- Der pH-Wert = negativer dekadischer Logarithmus der Protonenkonzentration einer wässrigen Lösung. pH = - log10 [H+] Voraussetzung: spontane Autoprotolyse des Wassers
- Kohlenstoff • besitzt 4 Bindungsvalenzen, die in die 4 Ecken eines Tetraeders ragen • bildet lange Ketten, mit oder ohne Verzweigungen, oder Ringe • Doppelbindung und Dreifachbindung sind möglich • alternierende Einfach- und Doppelbindungen = Resonanz (bei Ringen = aromatisch)
- Alkohole Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Hydroxylgruppe funktionelle Gruppe: OH
- Aldehyde Verbindungen mit endständiger COH Gruppe Aldehydgruppe: C=O-H
- Ketone chemische Verbindungen mit nicht endständiger Carbonylgruppe, auch Ketogruppe genannt Ketogruppe: C=O
- Amine Abkömmlinge (Derivate) des Ammoniaks H-Atome sind ersetzt durch organische Molekülgruppen primäre Amine: R-NH2 sekundäre Amine: R - NH - R tertiäre Amine: N R3 quartäre Ammoniumverbindungen: N R4+ (+ X-) Amine reagieren basisch
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- Stereoisomerie Vier unterschiedliche Bindungspartner-> zwei unterschiedliche räumliche Konfigurationen möglich! gleiche Summenformel - spiegelbildlich, Stereoisomere • zentrales, asymmetrisches C-Atom • zwei Stereoisomere pro asymmetrischem C-Atom • eine Verbindung mit n asymmetrischen C-Atomen hat 2n mögliche Stereoisomere!