Endspurt Vorklinik: Biochemie II

Skript 7 Enzyme; Vitamine; Organstoffwechsel; Molekularbiologie
7. vollständig überarbeitete Auflage 2025
ISBN: 978-3-13-245904-5
Verlag: Thieme
Format: EPUB
Kopierschutz: 6 - ePub Watermark

E-Book, Deutsch, 100 Seiten

Reihe: Endspurt Vorklinik

Die erste große ärztliche Prüfung und endlich die Vorklinik abschließen: Die Endspurt-Skriptenreihe bereitet dich ideal aufs Physikum vor – auch in der siebten Auflage wieder komplett überarbeitet und aktualisiert durch neue Prüfungsinhalte.

• Mit den Endspurt-Skripten hast du eine präzise Zusammenfassung des prüfungsrelevanten Stoffs. Die Inhalte, zu denen das IMPP seit Frühjahr 2012 Fragen gestellt hat, sind im Text gelb hervorgehoben.
  
• Jedes Skript ist in überschaubare, thematisch zusammengehörende Lernpakete aufgeteilt – ideal abgestimmt auf den Lernplan in via medici (https://viamedici.thieme.de/lernplaner)
  
• Lerntipps und Merke-Boxen unterstützen dich beim strukturierten Lernen, und mit den Rechenbeispielen kannst du mathematisch ausgerichtete Prüfungsaufgaben einüben.
  
• „Blick in die Klinik“-Boxen enthalten spannendes Wissen, das im klinischen Studium vertieft wird – unser Motivationsschub für dich.
  
• In den IMPP-Fakten-Kästen sind alle gelb hinterlegten IMPP-Prüfungsinhalte noch einmal komprimiert und prägnant zusammengefasst.
  

Endspurt Biochemie II: In diesem Heft liegt ein erster Schwerpunkt auf Enzymen. Du findest Erklärungen zur Enzymkinetik, zu Vitaminen, Coenzymen, Spurenelementen und zur Verdauung sowie einen Überblick zum Stoffwechsel der einzelnen Organe. Der letzte Teil ist der Molekularbiologie gewidmet: Hier lernst du alles wichtige zum Nucleinsäurestoffwechsel und zu den Prozessen rund um RNA und DNA. Auch wichtige gentechnische Methoden sind hier beschrieben.

Unter www.thieme.de/endspurt findest du Aktualisierungen zu den Endspurt-Skripten. In via medici werden die Inhalte kontinuierlich aktualisiert.

Ob alles sitzt, weißt du erst, wenn du gekreuzt hast. Deshalb findest du in via medici die passenden Prüfungsfragen zu jedem Lernpaket.

Zielgruppe

Studenten

Autoren/Hrsg.

Fachgebiete

• Medizin | Veterinärmedizin Medizin | Public Health | Pharmazie | Zahnmedizin Vorklinische Medizin: Grundlagenfächer

Leseproben

Quelle: © K. Oborny/Thieme |

1 Grundbegriffe der Energetik

1.1 Enthalpie, Entropie, freie Enthalpie

1.1.1 Allgemeines

Die Energie, die der Organismus zum Leben benötigt, ist im Körper in Form von chemischen Verbindungen gespeichert. Diese Energie wird bei chemischen Reaktionen freigesetzt oder umgewandelt. Dabei spielen Enzyme eine entscheidende Rolle.

Energie existiert in vielen Energieformen: chemische, elektrische, thermische, Lichtenergie, mechanische, elastische usw. Diese lassen sich einer der beiden folgenden Kategorien zuordnen:

• Potenzielle Energie: Energie des Zustands oder der Lage; kann u.a. in chemischen Bindungen, Konzentrationsgradienten oder elektrischen Ladungsungleichgewichten gespeichert sein und kann bei einem bestimmten Prozess freigesetzt werden.

• Kinetische Energie: Energie der Bewegung; leistet Arbeit, indem sie die Position oder den Bewegungszustand von Materie verändert.

Die Energieformen können innerhalb der beiden Kategorien oder auch über ihre Grenzen hinweg ineinander umgewandelt werden.

All diese Reaktionen zusammengefasst bezeichnet man als Metabolismus (Zellstoffwechsel). Die Reaktionen lassen sich in 2 Kategorien einteilen:

• Anabolische Reaktionen: Einfache Moleküle werden unter Energiezufuhr zu komplexeren Molekülen verknüpft; die zugeführte Energie wird in den gebildeten chemischen Bindungen gespeichert.

• Katabolische Reaktionen: Komplexere Moleküle werden zu einfachen Molekülen abgebaut; dabei wird die in den chemischen Bindungen gespeicherte Energie frei.

Anabolische und katabolische Reaktionen sind häufig miteinander gekoppelt. Dabei wird die bei der katabolischen Reaktion freigesetzte Energie für die anabolische Reaktion genutzt.

1.1.2 Energetik chemischer Reaktionen

1.1.2.1 Innere Energie

Jedes System besitzt eine bestimmte Menge an Energie, die man als innere Energie (U) bezeichnet und die die Summe aller möglichen im System vorhandenen Energieformen darstellt. Zur inneren Energie tragen Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den Atomen, Molekülen oder Ionen und deren kinetische Energie bei.

Die innere Energie ändert sich, wenn das System mit der Umgebung Energie in Form von Wärme (Q) austauscht und/oder vom System oder am System Arbeit (W; z.B. Volumenarbeit oder die Veränderung des chemischen Potenzials durch eine Änderung der Teilchenzahl) verrichtet wird.

Die innere Energie des geschlossenen Systems kann sich nach dem ersten Hauptsatz aber nur dann ändern, wenn sich gleichzeitig die innere Energie der Umgebung um mindestens den gleichen Wert, aber mit umgekehrten Vorzeichen ändert.

In einem abgeschlossenen System ist die innere Energie dagegen konstant. Möglich ist nur eine Umverteilung der Energiemenge zwischen den im System vorhandenen Energieformen.

1.1.2.2 Enthalpie

Läuft ein Prozess bei konstantem Druck (p) ab, dann wird nur ein Teil der inneren Energie für die Arbeit aufgebracht, die die Veränderung des Volumens des Systems bewirkt (Volumenarbeit), der andere Teil wird als Wärme abgegeben oder aufgenommen. Man führt daher eine neue Zustandsgröße ein, die Enthalpie (H). Die Enthalpie eines Zustands kann man allerdings nicht messen, sondern nur die Differenz zwischen Ausgangs- und Endzustand, die Änderung der Enthalpie (?H), auch als Reaktionsenthalpie bezeichnet.

Die Änderung der Enthalpie (?H) ist definiert als die Wärmemenge, die bei einer chemischen Umsetzung von einem geschlossenen System aufgenommen oder abgegeben wird, wobei der Druck konstant bleibt und außer einer Volumenarbeit keine andere Arbeit verrichtet wird. Es gilt:

• ?H > 0: die innere Energie der Ausgangssubstanz nimmt während der Reaktion zu; Wärmeenergie wird zugeführt; die Reaktion ist endotherm.

• ?H < 0: die innere Energie der Ausgangssubstanz nimmt während der Reaktion ab; Wärmeenergie wird freigesetzt; die Reaktion ist exotherm.

Wenn das System Energie abgibt, kennzeichnet man das also mit einem negativen Vorzeichen. Energiezufuhr erkennt man am positiven Vorzeichen.

Enthalpieänderung

Abb. 1.1 Oben: exotherme Reaktion; unten: endotherme Reaktion.

(Quelle: Boeck, Kurzlehrbuch Chemie, Thieme, 2018)

Die Enthalpie chemischer Substanzen hängt von der Temperatur und vom Druck ab. Deshalb bezieht man sich meist auf Normbedingungen: 25°C und 101,3 kPa, was durch eine hochgestellte Null am Symbol deutlich gemacht wird: ?H0.

Eine Verbindung kann auf verschiedenen Wegen entstehen. Der Satz von Hess besagt, dass die Reaktionsenthalpie vom Reaktionsweg unabhängig ist.

Lerntipp

In der Prüfung könnte dir die Enthalpie in Form der Verdampfungswärme oder Verdampfungsenthalpie begegnen. Beschrieben ist eine Verbindung mit einem Siedepunkt von ca. 12°C, die bei normalem Druck und bei einer Temperatur von ca. 25°C auf die Haut aufgebracht wird und kühlend wirkt. Du sollst nun unter den angebotenen Antworten diejenige herausfinden, die auf die dabei stattfindende Phasenumwandlung zutrifft.

Bei der Verdampfung geht ein Stoff an seinem Siedepunkt vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Für diesen Übergang müssen die Anziehungskräfte der Flüssigkeitsteilchen überwunden werden. Dazu ist eine Energiezufuhr in Form von Wärme erforderlich, die Verdampfungsenthalpie, d.h., bei der Verdampfung handelt sich um eine endotherme Reaktion mit ?H > 0.

1.1.2.3 Entropie

Die Entropie (S) beschreibt den Ordnungsgrad eines Systems oder auch die Wahrscheinlichkeit eines Zustands. Ein System strebt immer den maximalen Grad an Unordnung an. Die Zunahme der Entropie kann einen Prozess antreiben. Jede Änderung der Ordnung bedeutet eine Entropieänderung (?S). Wie die Enthalpie kann man die Entropie eines Zustands nicht messen, sondern nur die Differenz zwischen Ausgangs- und Endzustand, die Entropieänderung (?S).

• ?S > 0: Die Unordnung des Systems nimmt zu.

• ?S < 0: Die Unordnung des Systems nimmt ab.

Ein Beispiel ist der Übergang des Aggregatzustands von fest über flüssig nach gasförmig, wobei die Entropie zunimmt. Wassermoleküle, die z.B. im festen Eis eine festgelegte Position haben, bewegen sich im flüssigen Wasser ungeordnet umher. Die maximale Unordnung ist im gasförmigen Zustand erreicht.

Auch die Zunahme der Teilchenzahl bei einer chemischen Reaktion führt zur Erhöhung der Entropie. Beim Zerfall von einem Molekül Ammoniumchlorid (NH4Cl) in 1 Molekül NH3 und 1 Molekül HCl entstehen aus einem Teilchen 2 Teilchen, woruch die Entropie steigt.

1.1.2.4 Freie Enthalpie

Ein Kriterium für den spontanen Ablauf von Reaktionen liefert die freie Enthalpie (G) (freie Energie, Gibbs' freie Energie, Gibbs-Energie), die die Größen Enthalpie, Entropie und die absolute Temperatur miteinander verknüpft. Die freie Enthalpie ist ein Maß für die nutzbare Energie bzw. die Energie, die zum Verrichten von Arbeit zur Verfügung steht. Der absolute Wert der freien Enthalpie lässt sich nicht messen, wohl aber die Änderung der freien Enthalpie (?G) im Verlauf der Reaktion.

Läuft eine Reaktion in biologischen Systemen bei konstanter Temperatur und konstantem Druck ab, dann wird ?G von 2 thermodynamischen Komponenten bestimmt: der Änderung der Enthalpie (?H; Wärmemenge) und der Änderung der Entropie (?S; Ordnungsgrad des Systems). Den mathematischen Zusammenhang dieses Sachverhalts gibt die...