Stoffe Flashcards
Woraus besteht Biochemie? (6)
Struktur: Funktionelle Gruppen
Reaktivität: Stoffeigenschaft
Stoffliche Umwandlung: Prozess
Regulation: Änderung
Wechselwirkung (WW): Interaktion
Katalyse: Umsetzung
Bindungstypen
Kovalente Bindung
Elektrostatische/ionische WW
Wasserstoffbrücken Bindung (WBB)
Van der waals Kräften (VdW)
Kovalente Bindung
Die bindungslänge ist definiert
Stärkster Bindungstyp
Kaum variabel
Bsp H-CH3
200-500 kJ/mol
Iris: Bildet sich wenn sich zwei benachtbarte Atome ein Eklektonenpaar teilen =Einfachbindung. Oder zwei Paare= Doppelbindung
Elektrostatische/ionisierende WW
Abstoßend oder anziehend
Kraft steigt distanzabhängig: D x r^2 (D= Dielektrizitätskonstante) -> cloulomb Gesetz
-> sinkt mit steigendem Abstand.
WW im Wasser schwächer, Vakuum als Ausgangsmedium
-> WW von Medium abhängig
Bsp: NaCl-lösung
Stärke als WBB
10 -30 kJ/mol
Iris: Kraft ist Distanzabhämgig und sinkt mit steigendem Abstand.
Ist D groß, ist die Wechselwirkung schwach
WBB
Wasserstoffbrücken Bindung
Donor + Akzeptor
(1nm = 10Å : bindungslänge)
Der Winkel ist schräg, da abhängig von den “elektronenwolken”(Miky Mouse Ohren): bei wasser!!!
-> Distanz und winkelabhängig
Wie ionische WW
Bsp: H3C-OH-OH2
10-30 kJ/mol
Iris: Wasserstoffbrücken haben das bestreben, eine gestreckte Form anzunehmen, sodass Donor, Wasserstoff und Akzeptor auf einer Linie sind.
4-20 KJ mol
VdW
Van der waalskräfte
Dipol geht von delta+ -> delta-
Massepotential: Abstand, kontaktverhältnis
Je größer die Distanz, desto schwächer die Wirkung
Stärke wird aufsummiert (Gekko,Klettverschluss)
Schwach
Bsp. Ar-Ar
1-4 kJ/mol
Iris: Durch unsymetrische Ladungsverteilung innerhalb eines Atoms
- HS der Thermodynamik
Energieerhaltungssatz:
Die gesamtenergie (U) eines Systems und seiner Umgebung sind konstant.
Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden.
- U: Potential, Wirkmächtigkeit, Größe
- System: Innen
- Umgebung: Universum
- HS der Thermodynamik
Ein spontaner Prozess verläuft immer in Richtung größtmöglicher Unordnung im Universum.
- spontan: von alleine (Papier und Feuer-> Flammen
- Unordnung: Anzahl energetisch äquivalenter Möglichkeiten W, in der die Komponenten eines Systems angeordnet werden können (Entropie).
Unordnung
Entropie:
S = k_B ln(W)
- Einheit [J/K]
- k_B: Bolzmann-Konstante
- S= schlampig (? gizem)
Wärmegehalt
Freie Enthalpie G:
DeltaG = delta H -T×deltaS
- H: Enthalpie, Hitze, Energie, die aufgewendet wird
- G: gibbsche Energie/freie Enthalpie->(Hitze)gehalt
Exergoner Vorgang
DeltaG < 0
- Spontaner verlauf
- Freie Energie ist kleiner als 0
Endergoner verlauf
DeltaG > 0
- spontane Rückreaktion
- Freie Energie größer als 0
Hydrophober Effekt
Wassermoleküle gruppieren sich um gelöste apolare (hydrophobe) Stoffe
-> zusamenlagerung der gelösten moleküle, umschließen mit wassermolekülen,u
Umschließenden Oberfläche wird geringer-> Entropie Gewinn, da mehr freie wassermoleküle
Wasserliebend
Polar
Hydrophil
Wasserabstoßend
Apolar, hydrophob
Sowohl wasserliebend als auch wasserabstoßend
Amphiphil
-> Micellen, Bilayer -> Ausbildung durch hydrophoben Effekt
pH
pH = -log[H+]
Mit pH Wertänderung von 1 änder sich [H+] um 10ner Pontenz
säuredissoziationskonstante
pK(a) = -logK(a) = pK_s
- Je 0,5 protoniert/deprotoniert
Niedriger pK(a): mehr protonierte Form Und andersherum
Wozu dient ein Protonengradient?
Als energiespeicher
Beispiel für Entropie getriebenen Prozess
Feuer an Papier halten-> Papier geht in Flammen auf
Was bedeutet:
DeltaG = deltaH _system - T×deltaS_system < 0
Exergoner prozess, läuft spontan ab
Was bedeutet DeltaG in BC?
Gibbsche freie Energie-> wärmegehalt
Formel für pH
pH = -log×[H+]
-> bedeutet 10x mehr H+ bei pH6 vgl zu pH7, 100x mehr H+ zu pH5
Kann verändert werden durch:
- Temperatur
- Ionenstärke
- Mikroumgebung( zb durch Ladungsstabilisierung durch andere Stoffe)
Was ist wenn pH = pK_s?
[H+] = [OH-]
Puffer
Im pufferbereich verändert sich das verhältnis pH=pK_s über einen längeren Zeitraum nur geringfügig.
Reines wasser verändert den pH sofort, abr mit aceton/Essig in bestimmtenpH-Bereich kaum veränderung.
HA + H2O H3O+ +A-
K_s = [H+] = [A-]/[HA]
pK_a = -logK_a
pH = -log[H+]
-> logK_a = log[H+] + log([A-]/[HA])
-> pH = pK_a + log([A-]/[HA])
Wenn pK_a =pH, dann log=1
Bei 10×[HA] =[A-] -> log = -1
Puffer: pH = pK_a +/- 1
Zb aminogruppen
Wieso sind nur ein paar Elemente relevant für unseren Körper? Bzw was macht diese Elemente aus?
Bioverfügbarkeit und löslichkeit
Grundelemente (96%)
Mengenelemente (3%)
Spurenelemente (<0,1%)
Beispiele für Molekülklassen
Aminosäuren
Kohlenhydrate Proteine
Lipide
BC: betrachten des Aufbaus und der Eigenschaften
Entropie
S - Unordnung
Enthalpie
H - Wärmegehalt
Wie fkt. ein Puffer?
pH-Wert ändert sich nur unmerklich bei Säure/base-Zugabe
Puffer = Säure + Säure-Anion
- es entsteht ein GGW, das sich bei Säure/Basen-Zugabe ausgleicht
Puffer: zB Essigsäure + H20 EssigSäure-Anion + H30+
Henderson-Hesselbach-Gl
Puffergelichung
beschreibt ein Säure-Base-Gleichgewicht einer teilweise dissoziierten, also schwachen Säure oder Base in wässriger Lösung
pH = pKs + log[A-]/[HA]
Die funktionellen Gruppen
siehe Bild
Was sind Resonanzstrukturen?
- Darstellung realistischer Bindungsverhältnisse
- kovalente Bindungen
- elektronen können über mehrere Atome verteilt werden
Was ist eine elektrostatische WW
anziehende Kraft zwischen zwei ungleichgeladene Atome
Salze we NaCl
Warum ist Wasser ein Lösungsmittel für so viele biologische Moleküle?
- biolog. Moleküle haben polare Eigenschaften
- Wasser sehr polar
- kann mit anderen polaren Molekülen konkurrieren
- schwächt WBB und elektrostatische WW
- O-Atom Akzeptor
- H-Atom Donor
Auswirkungen vieler vdW WW
Gesamtinteraktion zwischen zwei sehr großen Molekülen stabilisieren
vdW-WW an Grenzfläche
Wenn die meisten Proteine einer Zelle von Wasser umgeben sind, welche funktionelle Gruppe erwarten Sie an der Oberfläche ienes wasserlöslichen Proteins?
Polare funktionelle Gruppen und geladene Aminosäuren
unpolare Seitenketten aggregieren sich zum Zentrum des Proteins
Wenn der 1. HS der Thermodynamik wahr ist, wie können biologische Prozesse ablaufen?
- Energie in versch. Formen
- Wärme, chemische Energie
- Energiespeicherung in chem. Bindungsenergie
- Nutzung zur Arbeitsverrichtung
Wie können Zellen exisitieren wenn der 2. HS der Thermodnamik
Entropie im lokalisierten System erniedrigt
Entropieerhöhung eines größeren Systems
Universum
Beispiel Entropie-getriebener Prozess
Mischen von zufälligen Atomen
Mischen verschiedener Gase
∆G = ∆H_system -T∆S_system < 0
Änderung der freien Energie muss negativ sein, damit eine Reaktion spontan verläuft
Nur unter diesen Umständen kann die Gesamtentropie ansteigen
Bedeutung von ∆G in der Biochemie
- Gibbs freie Energie
- Änderung der freien Energie
- gibt an ob Prozess spontan oder nicht spontan verläuft
- negativ – spontan
- positiv – nicht spontan
Welche thermodynamischen Änderungen der freien Energie begleiten die Proteinfaltung?
Kombination
