Definition, chemische Grundlagen

Question 1

Nennen Sie die Charakteristika lebender Systeme

Answer 1

1) Kompartismus: Abgrenzung gegenüber Ihrer Umwelt
2) Hoher Grad an Ordnung: definierte Zusammensetzung, genetischer Bauplan, der archiviert und weitergegeben werden
3) Metabolismus: Stoffwechsel in Kontakt mit Umwelt
4) Ontogonese: Entwicklung und Wachstum, Teilung, Differenzierung
5) Reproduktion und Fortpflanzung: Fortpflanzung und Weitergabe genetischer Information
6) Anpassung und Evolution: Mutierbarkeit der genetischen Information, Vererbung, Veränderung über Zeit, Phylogenese
7) Regulation: offene Systeme in Fließgleichgewicht
8) Bewegung: aktive Orts- und Formveränderung
9) Informationsverarbeitung: Voraussetzung für Reizbarkeit und Reaktionsvermögen, Kommunikation in und zwischen Lebewesen

Question 2

Aus welchen Elementen sind lebende Systeme aufgebaut? Wozu werden die zehn häufigsten Elemente in den Zellen/menschlichen Körper benötigt?

Answer 2

6 nichtmetallische Elemente* C, H, O, N, P, S
5 essenziellen Ionen Na, Mg, Cl, K, Ca
* Machen > 97% des Gewichtes der meisten Organismen aus

C – Kohlenstoff: Organische Moleküle, Kohlendioxid CO2
H – Wasserstoff: Wasser, organische Moleküle, Energie
O – Sauerstoff: Atmung, Wasser
N – Sticksoff: Enzymen, DNA, Proteine. Außerhalb von lebenden Systemen in Luft
P - Phosphor: Knochen, Energie, Baustein bei Nukleinsäuren
S – Sulfat: Aminosäuren, Proteine, Zellatmung
Na: Elektrolyte, Wasserhaushalt
Mg: Knochen, Biochemische Reaktionen
K: Elektrolyte, Muskel Kontraktionien
Ca: häufigste Ion, wichtig bei Ionenübertragung bei Muskelzellen, Zähne, Knochen

Question 3

Welche Bedeutung hat Wasser für das Leben und auf welchen Eigenschaften beruht dies?

Answer 3

• Gehört zu den wichtigsten Verbindungen in biologischen Systeme
• Hauptbestandteile aller Lebewesen (Menschen 60 - 70 %)
• Wichtigste intrazelluläre und extrazelluläre Transport- und Lösungsmittel
• Eines der Endprodukte der Atmungskette
• Ausgangspunkt der Photosynthese
• An vielen Stoffwechselreaktionen beteiligt
• Asymmetrische Ladungsverteilung im Wassermolekül
• Gutes Lösungsmittel für polare Verbindungen
• Dipolmomente ermöglicht Wasserstoffbrückenbindungen (verantwortlich für wichtige Eigenschaften von Wasser, z. b: Aggregatzustand, Dichte Anomalie, hoher Siedepunt)

Question 4

Was zeichnet Kohlenstoff als Grundbestandteil aus?

Answer 4

• Kohlenstoffatome sind vierwertig –> kann 4 Bindungen eingehen
• Mit wenigen Ausnahmen bildet C das Gerüst aller organischen Moleküle
• Es kann sich und andere Atome zu Ketten und Ringen verbinden
• C-Atome können auch Doppelbindungen miteinander eingehen

Question 5

Was versteht man unter chemischer Evolution?

Answer 5

Entstehung von Lebewesen aus an-/organischen Stoffen

* Skizze

Question 6

Beschreiben Sie den Versuchsaufbau und die zentrale Bedeutung des Experiments von Stanley Miller.

Answer 6

Idee: Eine Art von Ursuppe, wo alle Elemente entstanden sind,
Substanzen, welche frühe Erdatmosphäre bildeten wurden zusammengemischt und elektrische Ladungen (Blitze) ausgesetzt. Dadurch wurden dem ganzen System Energie zugeführt. Kein Sauerstoff darf in dem System sein, denn es gab in der Uratmosphäre auch keinen Sauerstoff. Wasser wird erhitzt, zirkuliert durch die Atmosphäre mit den Blitzen und wird anschließend wieder aufgefangen –> in diesen Produkten könnten lebenswichtige Aminosäuren nachgewiesen werden.

Question 7

Was versteht man unter biologischer Evolution?

Answer 7

• Entstand währen der schellen O2 Anreicherung der Atmosphäre
• Biologische Evolution mit ersten Zellen
• Zellen in langen Zeiten differenzieren
• • Entstehung erster Einzeller (Prokaryoten) vor ca. 3,5 Milliarden Jahren
• • Eukaryoten: vor etwa 1,5 Milliarden Jahren
• • Mehrzellige Organismen: vor etwa 680 Millionen Jahren
• Charles Darwin: alles Leben auf der Erde hat einen gemeinsamen Ursprung

Question 8

Nennen Sie die Grundelemente organischer Verbindungen

Answer 8

Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O, Stickstoff N , Schwefel S, Phosphor P