Chemie - Cheatsheet

Atombau und Periodensystem

Definition:

Atombau beschreibt die Struktur eines Atoms, Periodensystem ordnet Elemente nach steigender Kernladungszahl und ähnlichen Eigenschaften.

Details:

• Atommodell: Elektronen, Protonen, Neutronen
• Kernladungszahl (Z): Anzahl der Protonen, definiert das Element
• Massenzahl (A): Protonen + Neutronen
• Periodensystem:
  • Perioden: horizontale Reihen, Anzahl der Elektronenschalen
  • Gruppen: vertikale Spalten, ähnliche chemische Eigenschaften
• Elektronenkonfiguration: Verteilung der Elektronen auf die Schalen
• Ordnungszahl: Position eines Elements im Periodensystem

Kovalente Bindungen und deren Einfluss auf Molekülstruktur

Definition:

Bei kovalenten Bindungen teilen sich zwei Atome Elektronenpaare, um stabile Elektronenkonfigurationen zu erreichen.

Details:

• Kovalente Bindung: Überlappung von Atomorbitalen zur Elektronenpaarbildung.
• Einfachbindung (z.b. H—H): ein Elektronenpaar geteilt.
• Doppelbindung (z.b. O=O): zwei Elektronenpaare geteilt.
• Dreifachbindung (z.b. N≡N): drei Elektronenpaare geteilt.
• Bindungslänge und -energie: Stärker bei Mehrfachbindungen, aber kürzer.
• Molekülgeometrie: Bestimmt durch VSEPR-Modell.
• Elektronegativität: Bestimmt Partialladungen und Polarität des Moleküls.

Säure-Base-Theorien und deren Anwendungen in der Medizin

Definition:

Säure-Base-Theorien helfen, chemische Reaktionen, die Protonenübertragungen beinhalten, zu verstehen. In der Medizin relevant für Diagnostik und Therapie.

Details:

• Brönsted-Lowry-Säure: Protonen (H⁺)-Donator
• Brönsted-Lowry-Base: Protonen (H⁺)-Akzeptor
• Lewis-Säure: Elektronenpaar-Akzeptor
• Lewis-Base: Elektronenpaar-Donator
• Henderson-Hasselbalch-Gleichung: \[\text{pH} = \text{p}K_a + \text{log} \frac{[\textit{A}^-]}{[\text{HA}]}\]
• Blut-pH-Wertregulation durch Puffersysteme: z.B. Bicarbonat-Puffer \[ \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3 \rightleftharpoons \text{HCO}_3^- + \text{H}^+ \]
• Azidose: pH < 7.35
• Alkalose: pH > 7.45
• Anwendungen: Blutgasanalysen, Medikamentenwirkung, Elektrolythaushalt

Redoxreaktionen und ihre Relevanz im Stoffwechsel

Definition:

Redoxreaktionen; Austausch von Elektronen; eine Substanz wird oxidiert (Elektronenabgabe), eine andere reduziert (Elektronenaufnahme).

Details:

• Wichtig für Energiegewinnung: Zellatmung (Glykolyse, Citratzyklus, Atmungskette).
• ATP-Produktion durch oxidative Phosphorylierung.
• NADH + FADH₂ als Elektronenträger.
• Glucoseoxidation: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energie.

Stereochemie und Isomerie in biomolekularen Prozessen

Definition:

Stereochemie und Isomerie: Studiert die räumliche Anordnung von Atomen in Molekülen und deren Auswirkungen auf biochemische Prozesse. Wesentlich für die Erkennung und Bindung von Biomolekülen.

Details:

• Isomere: Moleküle mit gleicher Summenformel aber unterschiedlicher Struktur.
• Stereoisomere: Gleiche Bindungsstruktur, unterschiedliche räumliche Anordnung.
• Enantiomere: Spiegelbild-Isomere, nicht deckungsgleich. Wichtig in der Pharmakologie. Beispiel: L-Dopa (aktive Form) und D-Dopa (inaktiv).
• Diastereomere: Nicht-spiegelbildliche Stereoisomere. Unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften.
• Chiralität: Eigenschaft eines Moleküls, keine interne Symmetrieebene zu haben. Zusammenhang mit Enzymaktivität und Substratspezifität.
• Epimere: Diastereomere, die sich nur in einem Stereozentrum unterscheiden. Beispiel: Glucose und Galactose.
• Z/E Isomerie: Unterschiedliche Anordnung von Substituenten um Doppelbindungen (Cis-/Trans-Isomerie).

Substitution- und Eliminierungsreaktionen in organischen Molekülen

Definition:

Organische Reaktionen, bei denen entweder eine Gruppe durch eine andere ersetzt wird (Substitution) oder Atome/Atomgruppen aus einem Molekül entfernt werden, meist unter Bildung einer Doppelbindung (Eliminierung).

Details:

• Substitution: Ersatz einer Atomgruppe durch eine andere (z.B. \textbf{SN1}, \textbf{SN2})
• Eliminierung: Abspaltung von Atomen oder Atomgruppen, Bildung einer Doppelbindung (z.B. \textbf{E1}, \textbf{E2})
• SN1: zweistufig, intermediäres Carbokation, bevorzugt bei tertiären Alkoholen
• SN2: einstufig, Übergangszustand, bevorzugt bei primären Alkoholen
• E1: zweistufig, intermediäres Carbokation, bevorzugt bei schwachen Basen
• E2: einstufig, Übergangszustand, bevorzugt bei starken Basen
• Abhängigkeit von Bedingungen wie Base/Nukleophil-Stärke, Substratstruktur, Lösungsmittel

Glykolyse und Citratzyklus als zentrale Stoffwechselwege

Definition:

Glykolyse: Glucose wird zu Pyruvat abgebaut, liefert ATP und NADH. Citratzyklus: Pyruvat wird zu Acetyl-CoA umgewandelt und in den Zyklus eingeschleust, erzeugt ATP, NADH, und FADH2

Details:

• Glykolyse findet im Zytoplasma statt:
• Schritte: Glucose → 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH
• Citratzyklus tritt in den Mitochondrien auf
• Acetyl-CoA + Oxalacetat → Citrat
• 8 Schritte, um Oxalacetat zu regenerieren
• Produkte pro Zyklus: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP, 2 CO2

Fettsäuresynthese und -abbau für die Energiebereitstellung

Definition:

Umwandlung von Acetyl-CoA zu Fettsäuren und der Abbau von Fettsäuren zu Acetyl-CoA zur ATP-Gewinnung.

Details:

• Fettsäuresynthese: Im Cytosol, Schlüsselenzym ist die Fettsäuresynthase
• Startmolekül: Acetyl-CoA und Malonyl-CoA
• Endprodukt: Palmitinsäure (C16)
• Reaktionsschritte: Kondensation, Reduktion, Dehydratisierung, Reduktion
• Fettsäureabbau (Beta-Oxidation): In den Mitochondrien
• Prozess: Verkürzung der Fettsäuren um 2 Kohlenstoffatome pro Zyklus
• Jeder Zyklus produziert: 1 Acetyl-CoA, 1 NADH, 1 FADH2
• Acetyl-CoA in den Citratzyklus, NADH und FADH2 zur Elektronentransportkette