2. 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).

Entropie: S = k_B ln(W) - Einheit [J/K] - k_B: Bolzmann-Konstante - S= schlampig (? gizem)

Freie Enthalpie G: DeltaG = delta H -T×deltaS - H: Enthalpie, Hitze, Energie, die aufgewendet wird - G: gibbsche Energie/freie Enthalpie->(Hitze)gehalt

DeltaG < 0 - Spontaner verlauf - Freie Energie ist kleiner als 0

DeltaG > 0 - spontane Rückreaktion - Freie Energie größer als 0

Stoffe Flashcards by Kim Nadia

Woraus besteht Biochemie? (6)

Struktur: Funktionelle Gruppen

Reaktivität: Stoffeigenschaft

Stoffliche Umwandlung: Prozess

Regulation: Änderung

Wechselwirkung (WW): Interaktion

Katalyse: Umsetzung

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Bindungstypen

Kovalente Bindung

Elektrostatische/ionische WW

Wasserstoffbrücken Bindung (WBB)

Van der waals Kräften (VdW)

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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

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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

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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

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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

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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

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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).

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Unordnung

Entropie:
S = k_B ln(W)

Einheit [J/K]
k_B: Bolzmann-Konstante
S= schlampig (? gizem)

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Wärmegehalt

Freie Enthalpie G:
DeltaG = delta H -T×deltaS

H: Enthalpie, Hitze, Energie, die aufgewendet wird
G: gibbsche Energie/freie Enthalpie->(Hitze)gehalt

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Exergoner Vorgang

DeltaG < 0

Spontaner verlauf
Freie Energie ist kleiner als 0

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Endergoner verlauf

DeltaG > 0

spontane Rückreaktion
Freie Energie größer als 0

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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

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Wasserliebend

Polar

Hydrophil

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Wasserabstoßend

Apolar, hydrophob

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Sowohl wasserliebend als auch wasserabstoßend

Amphiphil

-> Micellen, Bilayer -> Ausbildung durch hydrophoben Effekt

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pH = -log[H+]

Mit pH Wertänderung von 1 änder sich [H+] um 10ner Pontenz

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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