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Chemie für Technische Assistenten in der Medizin und in der Biologie, 6. Auflage

Chemie für Technische Assistenten in der Medizin und in der Biologie, 6. Auflage

Dieter Holzner, Karsten Holzner

ISBN: 978-3-527-80949-3

Feb 2018

700 pages

$47.95

Geleitwort der Präsidentin des DVTA ChristianeMaschek XVII

Geleitwort von Dr. habil. Hartmut Böhm XIX

Vorwort XXI

1 Einführung 1

1.1 Ihre beruflichen Tätigkeitsbereiche 1

1.2 Ihre berufsbezogene Chemie-Ausbildung 3

1.3 Wie ist dieses Lehrbuch aufgebaut? 4

1.4 Physik ... Chemie 7

1.5 Chemie ... Biologie 9

2 Stoffe und ihre Einteilung 13

2.1 Die Vielfalt an Stoffen 13

2.2 Einteilung von Stoffen 18

2.3 Charakteristische Eigenschaften reiner Stoffe 18

2.4 Einige grundlegende Begriffe in der Chemie 20

2.5 Stoff-Gemische 24

3 Chemische Elemente, Atom-Aufbau und Isotope 31

3.1 Unterscheidung Elemente ... Verbindungen 31

3.2 Die kleinsten Teilchen chemischer Elemente 32

3.3 Isotope 34

3.4 Die natürliche Radioaktivität 36

3.5 Künstliche Kern-Umwandlungen 39

3.6 Anwendungen von Radionucliden 39

4 Das Periodensystem der Elemente 43

4.1 Einführung 43

4.2 Das heutige Periodensystem 44

4.3 Aufbau-Prinzip der Elektronenhülle 45

4.4 Aufbau des Periodensystems 47

4.5 Einteilung der Elemente in Gruppen 48

4.6 Periodizität von Eigenschaften 50

5 Entstehung chemischer Verbindungen 57

5.1 Übersicht 57

5.2 Ionen-Verbindungen 58

5.3 Entstehung von Molekülen 63

5.4 Elektronegativität 68

5.5 Koordinationsverbindungen (Komplex-Verbindungen) 69

6 Quantitative Angaben in der Chemie 79

6.1 Die Notwendigkeit quantitativer Angaben 79

6.2 Relative Molekülmasse und Formelmasse 80

6.3 Das Internationale Einheiten-System 81

6.4 Das Mol – die Einheit der Stoffmenge 81

6.5 Stoffmengen-Angaben 83

6.6 MolareMasse 84

6.7 Das Dalton als Masseneinheit 86

7 Gase 89

7.1 Die verschiedenen Aggregatzustände 89

7.2 Physikalische Eigenschaften von Gasen 89

7.3 Wasserstoff 93

7.4 Gase in der Umwelt 93

8 Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen 97

8.1 Übersicht 97

8.2 Masse und Volumen bei chemischen Reaktionen 98

8.3 Chemische Gleichgewichte und Massenwirkungsgesetz 100

8.4 Prinzip des kleinsten Zwanges 103

8.5 Energetik chemischer Reaktionen 103

9 Wasser 115

9.1 Wasser als Grundlage der Lebensvorgänge 115

9.2 Chemische Zusammensetzung 115

9.3 Wasserstoffbrücken-Bindungen zwischenWasser-Molekülen 116

9.4 Wasser als Lösungsmittel 116

9.5 Ionenprodukt desWassers 117

9.6 Die Härte desWassers 120

10 Lösungen 123

10.1 Übersicht 123

10.2 Wässrige Lösungen 125

10.3 Gehalts-Angaben von Lösungen 130

10.4 Von der Teilchenanzahl abhängige Lösungs-Eigenschaften 134

10.5 Lösungen von Gasen inWasser 138

11 Säure-Base-Reaktionen 141

11.1 Übersicht 141

11.2 Protonen-Übertragungsreaktionen (Protolysen) 143

11.3 Korrespondierende Säure-Base-Paare 148

11.4 pH-Wert wässriger Lösungen starker Säuren und Basen 149

11.5 Die Neutralisations-Reaktion 150

11.6 Indikatoren 153

11.7 Protolyse von Salzen 154

12 Puffer-Systeme 159

12.1 Übersicht 159

12.2 Qualitative Zusammensetzung von Puffer-Lösungen 160

12.3 Quantitative Zusammensetzung von Puffer-Mischungen 161

12.4 Wirkungsweise von Puffer-Systemen 163

12.5 Anwendungen von Puffer-Systemen 164

12.6 Puffer-Systeme des Blutes 167

13 Oxidations- und Reduktions-Reaktionen (Redox-Reaktionen) 171

13.1 Oxidation und Reduktion unter Beteiligung von Sauerstoff 171

13.2 Oxidation und Reduktion als Elektronen-Übertragung 172

13.3 Oxidationszahlen 175

13.4 Redox-Begriffe in der Übersicht 176

13.5 Aufstellen von Redox-Gleichungen 178

13.6 Redox-Titrationen 179

13.7 Standard-Redox-Potentiale 182

14 Eigenschaften und Reaktionen bestimmter Elemente und Verbindungen 183

14.1 Metalle 183

14.2 Alkalimetalle 187

14.3 Erdalkalimetalle 189

14.4 Bor, Aluminium und Thallium als Elemente der 3. Gruppe 190

14.5 Kohlenstoff-Silicium-Gruppe 191

14.6 Metalle aus den Nebengruppen des Periodensystems der Elemente 195

14.7 Stickstoff-Phosphor-Gruppe 198

14.8 Sauerstoff-Schwefel-Gruppe 201

14.9 Halogene 204

15 Elektrolyte im menschlichen Organismus 209

15.1 Kationen im Elektrolyt-Haushalt 211

15.2 Anionen im Elektrolyt-Haushalt 214

16 Methoden zur Trennung von Stoff-Gemischen 217

16.1 Einführung 217

16.2 Physikalische Verfahren zur Stoff-Trennung 219

16.3 Chromatographische Trennmethoden 220

16.4 Säulen-Chromatographie 221

16.5 Elektrophorese 225

17 Analytische Chemie 227

17.1 Einführung 227

17.2 Volumetrische Bestimmungen 228

17.3 Urtiter-Substanzen 229

17.4 Potentiometrische Messungen 230

17.5 Spektroskopie 231

17.6 Photometrische Bestimmungen 234

17.7 Polarimetrie 235

18 Organische Chemie – Einführung und Übersicht 237

18.1 Entwicklung und Bedeutung der Organischen Chemie 237

18.2 Der Aufbau organischer Verbindungen 238

18.3 Die Vielfalt organischer Verbindungen 241

18.4 Isomerie und Molekül-Modelle 244

18.5 Organische Polymere 246

18.6 Benennung und Einordnung organischer Verbindungen in Verbindungsklassen 246

18.7 Chemische Konstitution und physikalische Eigenschaften 251

18.8 Reaktions-Typen in der Organischen Chemie 253

19 Kohlenwasserstoffe 261

19.1 Einführung 261

19.2 Die homologe Reihe der Alkane 263

19.3 Die Gerüst-Isomerie der Alkane 265

19.4 Cycloalkane 268

19.5 Substitutions-Reaktionen mit gesättigten Kohlenwasserstoffen 269

19.6 Alkene 271

19.7 Alkine 274

19.8 Aromatische Kohlenwasserstoffe 274

20 Alkohole, Ether und Phenole 279

20.1 Einführung 279

20.2 Alkanole 280

20.3 Cycloalkanole 284

20.4 Mehrwertige Alkohole 285

20.5 Ether 286

20.6 Phenole 288

21 Carbonyl-Verbindungen 293

21.1 Einführung 293

21.2 Aldehyde 293

21.3 Ketone 296

21.4 Reaktionen von Carbonyl-Verbindungen 297

22 Carbonsäuren 301

22.1 Einführung 301

22.2 Gesättigte Monocarbonsäuren 302

22.3 Ungesättigte Monocarbonsäuren 304

22.4 Gesättigte und ungesättigte Dicarbonsäuren 304

22.5 Aromatische Mono- und Dicarbonsäuren 305

22.6 Percarbonsäuren 305

22.7 Substituierte Carbonsäuren 306

23 Funktionelle Carbonsäure-Derivate 313

23.1 Einführung 313

23.2 Salze von Carbonsäuren 313

23.3 Carbonsäure-ester 316

23.4 Carbonsäure-anhydride 317

23.5 Carbonsäure-amide 318

24 Stereochemie 321

24.1 Einführung 321

24.2 Optische Aktivität 321

24.3 Optisch aktive Verbindungen mit mehreren asymmetrischen C-Atomen (Chiralitätszentren) 326

24.4 cis-trans-Isomerie 327

25 Fette und Lipide 331

25.1 Einteilung der Fette 331

25.2 Chemische Struktur der Fette 331

25.3 Chemische Eigenschaften der Fette 333

25.4 Physikalische Eigenschaften der Fette 334

25.5 Biologische Bedeutung der Fette 335

25.6 Lipide 336

25.7 Lipide in biologischenMembranen 337

25.8 Steroide 338

26 Kohlenhydrate 343

26.1 Einführung 343

26.2 Monosaccharide 343

26.2.1 Triosen 344

26.2.2 Pentosen 345

26.2.3 Glucose 346

26.2.4 Glycoside 352

26.2.5 Weitere Hexosen 353

26.3 Disaccharide 354

26.4 Polysaccharide 357

27 Schwefelhaltige organische Verbindungen 363

27.1 Einführung 363

27.2 Thioalkohole (Thiole) 363

27.3 Thioether 364

27.4 Thioester 364

27.5 Sulfonsäuren 364

27.6 Amino-sulfonsäuren 365

27.7 Schwefelsäuremonoester 368

27.8 Detergentien/Tenside 369

27.8.1 Chemischer Aufbau von Detergentien 369

27.8.2 Verwendungen von Detergentien 371

28 Stickstoffhaltige organische Verbindungen 375

28.1 Amine 375

28.1.1 Alkylamine (Aminoalkane) 376

28.1.2 Heterocyclische Amine 377

28.1.3 Amine mit alkoholischen Hydroxy-Gruppen 377

28.1.4 Aromatische Amine 377

28.2 Ungesättigte Stickstoff-Heterocyclen 378

28.3 Harnstoff und Ureide 379

28.4 Guanidin 381

28.5 Quartäre Ammoniumsalze 381

28.6 Stickstoffhaltige organische Verbindungen als Komplexbildner 382

28.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 383

29 Farbstoffe 387

30 Aminosäuren und Peptide 395

30.1 Einführung 395

30.2 Eigenschaften vonMonoamino-monocarbonsäuren 397

30.3 Monoamino-dicarbonsäuren 401

30.4 Diamino-monocarbonsäuren 402

30.5 Aminosäuren im Stoffwechsel 403

30.6 Peptide 403

31 Proteine 415

31.1 Einführung 415

31.2 Einteilung der Proteine 417

31.2.1 Lipoproteine 420

31.2.2 Glycoproteine 421

31.2.3 Protein-Phosphorylierung 423

31.3 Eigenschaften von Proteinen 424

31.4 Proteom-Forschung 427

31.5 Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Struktur von Proteinen 430

32 Isolierung und Aufreinigung von Proteinen 435

32.1 Einführung 435

32.2 Reinigung von Peptiden und Proteinen durch chromatographische Trennverfahren 436

32.3 Protein-Trennungen aufgrund von Ladungs-Unterschieden 438

32.4 Zweidimensionale Gel-Elektrophorese 439

33 Enzyme 443

33.1 Einführung 443

33.2 Chemischer Aufbau und Eigenschaften der Enzyme 446

33.3 Einordnung und Benennung von Enzymen 448

33.3.1 Oxidoreduktasen 451

33.3.2 Transferasen 452

33.3.3 Hydrolasen 452

33.3.4 Lyasen 453

33.3.5 Isomerasen 453

33.3.6 Ligasen 453

33.4 Enzym-Kinetik 454

33.5 Verwendung von Enzymen 456

34 Vitamine und Coenzyme 459

34.1 Vitamine 459

34.2 Die Coenzyme NAD⊕ und FAD 463

34.3 Die Bedeutung von NAD⊕¨MNADH für quantitative Bestimmungen 465

35 Biochemie 469

35.1 Einführung 469

35.2 Stoffwechsel 472

35.3 Gemeinsamkeiten des Stoffwechsels 475

35.4 Bioenergetik 476

35.4.1 Die Schlüsselstellung von Adenosin-triphosphat im Energie-Stoffwechsel 477

35.4.2 Oxidative Phosphorylierung 481

36 Fettsäure-Stoffwechsel 485

36.1 Abbau der Fettsäuren 485

36.2 Ketonkörper 487

37 Kohlenhydrat-Stoffwechsel 489

37.1 Glycolyse 489

37.2 Der Pentosephosphat-Weg 493

37.3 Gluconeogenese 495

38 Citronensäure-Cyclus 499

38.1 Einführung 499

38.2 Das Stoffwechsel-Geschehen im Citronensäure-Cyclus 500

39 Stoffwechsel-Reaktionen von Aminosäuren 505

39.1 Katabolismus von Aminosäuren 505

39.2 Harnstoff-Synthese 507

40 Nucleotide 511

40.1 Einführung 511

40.2 Mononucleotide 513

40.3 Benennung von Nucleotiden 515

40.4 Nucleosid-triphosphate 516

40.5 Oligonucleotide – Chemischer Aufbau 517

41 Nucleinsäuren 521

41.1 Einführung 521

41.2 Chemischer Aufbau der Nucleinsäuren 521

41.3 Chemische Eigenschaften von Nucleinsäuren 526

41.4 Vorkommen von DNA 526

42 Kunststoffe 529

42.1 Einleitung 529

42.2 Herstellung von Kunststoffen 529

42.3 Eigenschaften von Kunststoffen 532

42.4 Verwendung von Kunststoffen 533

43 Biotechnologie und Gentechnologie 535

43.1 Einführung 535

43.2 Grundlagen der Gentechnologie 537

43.3 Industrielle Biotechnologie 539

43.4 Gentechnisch veränderte Pflanzen 541

44 Arzneimittel-Wirkstoffe 545

44.1 Einführung 545

44.2 Wechselwirkungen zwischen Organismen und Stoffen 546

44.3 Antibiotika 548

44.4 Gentechnisch hergestellte Proteine 550

44.5 Biopharmazeutika 552

Anhang A-1

Abkürzungen 555

Anhang A-2

Chemische Elemente in alphabetischer Reihenfolge (Auswahl) 559

Anhang A-3

pH-Werte von wässrigen Lösungen 561

Anhang A-4

Gehalts-Angaben einiger handelsüblicher Säuren 563

Anhang A-5

Glossar 565

Anhang A-6

Weiterführende Literatur 585

Anhang A-7

Adressen imWorldWideWeb 589

Anhang A-8

Institutionen, in denen Technische Assistenten

in derMedizin und in der Biologie tätig sind 597

Anhang A-9

Antworten zu den Verständnisfragen 599

Anhang A-10

Periodensystem 617

Index 619