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Dieses Buch bietet im kompakten Überblick das gesamte Basiswissen der Physik, Chemie und Biochemie in leicht verständlichen Texten und Abbildungen, bei Beschränkung auf das wirklich Notwendige. Es ist abgestimmt auf die Gegenstandskataloge für den ersten Abschnitt der Ärztlichen und der Pharmazeutischen Prüfung. Für Studierende der Biologie, der Ernährungs- und Umweltwissenschaften dient es zur leichteren Orientierung im Grundstudium und zur optimalen Vorbereitung für die Vor- oder Zwischenprüfung.

 

 

 

 

Für diese Neuauflage haben die Autoren alle Kapitel durchgängig aktualisiert.

 

 

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Materie, Energie, Leben 1 / 1.1 Kennzeichen des Lebendigen 3 / 1.2 Teilen, Wachsen und Vermehren 4 / 1.3 Chemie und Physik als Basis 5 / 1.4 Formen, Strukturen und Funktionen in der Natur 7 / 1.5 Energetik - ohne Energieumsatz ist Leben nicht möglich 8 / 1.6 Leben und die Hauptsätze der Thermodynamik 10 / 1.7 Experimente sind Fragen an die Natur 11 / 1.8 Maße und Messsysteme 13 / 1.8.1 Skalare und vektorielle Größen 14 / 1.8.2 Basisgrößen und Basiseinheiten 15 / 1.8.3 Abgeleitete Einheiten 16 / 1.8.4 Messfehler 18 / 1.8.5 Feblerlortpflanzung 19 / 1.9 Fragen zum Verständnis 20 // Basiswissen Physik // 2 Mechanik 23 / 2.1 Masse 23 / 2.1.1 Die bekannte Materie im Universum 24 / 2.1.2 Eigenschaften der Masse 25 / 2.1.3 Massenkonstanz 27 / 2.1.4 Volumen und Dichte 28 / 2.2 Bewegung 28 / 2.2.1 Bewegungsgröße Geschwindigkeit 28 / 2.2.2 Geradlinig gleichförmige Bewegung 30 / 2.2.3 Geradlinig beschleunigte Bewegung 30 / 2.2.4 Kreisbewegung 32 / 2.3 Kraft 33 / 2.3.1 Kraftbegriff 33 / 2.3.2 Impuls 35 / 2.3.3 Kraftwirkung ¿Beschleunigung" 36 / 2.3.4 Kräftegleichgewicht und Kräfteaddition 36 / 2.3.5 Schwerkraft (Gravitation) 39 / 2.3.6 Trägheitskräfte 40 / 2.3.7 Reibung 41 / 2.4 Arbeit, Energie und Leistung 42 / 2.4.1 Arbeit 42 / 2.4.2 Energiebegriff 43 / 2.4.3 Energieformen 43 / 2.4.4 Energieerhaltung 44 / 2.4.5 Leistung 45 / 2.5 Drehungen am starren Körper 45 / 2.5. 1 Drehmoment und Hebel 45 / 2.5.2 Trägheitsmoment 47 / 2.5.3 Drehimpuls 47 / 2.6 Verformung fester Körper 48 / 2.6.1 Elastische und inelastische Verformung 48 / 2.6.2 Arten der Verformung 49 / 2.7 Flüssigkeiten und Gase 50 / 2. 7 1 Aggregatzustände 50 / 2. 7 2 Druck 50 / 2.7.3 Auftrieb 52 / 2.7.4 Grenzflächenkräfte 53 / 2.7.5 Strömende Flüssigkeiten · 54 / 2.8 Schwingungen und Wellen 58 / 2.8.1 Schwingungen 58 / 2.8.2 Wellen 60 / 2.8.3 Schall 62 / 2.8.4 Elektromagnetische Wellen 64 / 2.9 Fragen zum Verständnis 64 // 3 Thermodynamik 67 / 3.1 Thermodynamische Größen 67 / 3.1.l Temperatur 67 / 3.1.2 Wärmemenge und Wärmekapazität 69 / 3.1.3 Erster Hauptsatz der Thermodynamik 70 / 3.1.4 Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik 71 / 3. 1.5 Thermodynamische Potenziale und Reaktionsabläufe 72 / 3.2 Kinetische Gastheorie 77 / 3.2.1 Ideales Gas 77 / 3.2.2 Zustandsgleichung des idealen Gases 78 / 3.2.3 Reale Gase 80 / 3.3 Wärmetransport 80 / 3.3.1 Wärmeleitung 80 / 3.3.2 Wärmeströmung 81 / 3.3.3 Wärmestrahlung 81 / 3.4 Phasenübergänge 83 / 3.4.1 Schmelz- und Siedepunkt 83 / 3.4.2 Phasengleichgewichte 85 / 3.5 Fragen zum Verständnis 85 // 4 Elektrizität und Magnetismus 87 / 4.1 Elektrostatik 87 / 4.1.1 Ladung und Feld 87 / 4.1.2 Potenzial und Potenzialdifferenz 89 / 4.1.3 Kapazität und Dielektrikum 90 / 4.1.4 Polarisation im elektrischen Feld 91 / 4.2 Gleichstrom 92 / 4.2.1 Elektrischer Strom 92 / 4.2.2 Widerstand 93 / 4.2.3 Elektrische Energie und Leistung 96 / 4.2.4 Strom- und Spannungsmessung 96 / 4.3 Leitungsarten 97 / 4.3.1 Leitung in Festkörpern 97 / 4.3.2 Leitung in Flüssigkeiten 99 / 4.3.3 Leitung in Gasen 100 / 4.3.4 Freie Elektronen 101 / 4.4 Magnetfelder 102 / 4.4.1 Magnetfelder von Strömen 102 / 4.4.2 Magnetische Kraft und Drehmoment 103 / 4.4.3 Magnetismus 105 / 4.4.4 Induktion 107 / 4.5 Wechselströme 110 / 4.5.1 Wechselspannung 110 / 4.5.2 Leistung 111 / 4.5.3 Widerstand 111 / 4.5.4 Schwingkreis 113 / 4.6 Fragen zum Verständnis 114 // 5 Optik 115 / 5.1 Licht 115 / 5.1.1 Entstehung von Licht 117 / 5.1.2 Lichteigenschaften 118 / 5.1.3 Photometrie 119 / 5.1.4 Sehen und Lichtquellen 120 / 5.2 Geometrische Optik 122 / 5.2.l Geradlinige Ausbreitung des Lichts 122 / 5.2.2 Reflexion und Streuung 124 / 5.2.3 Regelmäßig gekrümmte Spiegel (Hohlspiegel) 126 / 5.2.4 Brechung 127 / 5.2.5 Linsen und Abbildung 129 / 5.2.6 Auge und Sehfehler 133 / 5.3 Wellenoptik 135 / 5.3.l Wellennatur des Lichts 136 / 5.3.2 Interferenz 137 / 5.3.3 Beugung 137 / 5.3.4 Polarisation 139 / 5.3.5 Absorption 140 / 5.3.6 Farben 141 / 5.3.7 Röntgenstrahlung 142 / 5.4 Optische Geräte 143 / 5.4.1 Lupe 143 / 5.4.2 Mikroskop 144 / 5.4.3 Fernrohr und Fernglas 146 / 5.4.4 Spektrometer 147 / 5.5 Fragen zum Verständnis 148 // 6 Atom- und Kernphysik 149 / 6.1 Atome 149 / 6.1.1 Bestandteile und Größenordnungen 150 / 6.1.2 Elemente und Isotope 151 / 6.2 Quantenmechanik 152 / 6.2. l Bau der Atomhülle 153 / 6.2.2 Orbitale 155 / 6.3 Atomkerne 159 / 6.3.1 Kernkräfte 160 / 6.3.2 Stabilität 161 / 6.3.3 Radioaktivität 162 / 6.3.4 2.erfallsgesetz 164 / 6.3.5 Kernenergie 165 / 6.4 Ionisierende Strahlung : 167 / 6.4.1 Messgeräte 167 / 6.4.2 Dosimetrie 169 / 6.4.3 Strahlenwirkung 170 / 6.5 Das Periodische System der Elemente 171 / 6.6 Stoffarten und Stoffgemische 175 / 6.7 Fragen zum Verständnis 176 // Basiswissen Chemie // 7 Aggregatzustände und Lösungen 179 / 7 1 Aggregatzustände sind veränderbar 179 / 7.2 Wässrige Lösungen sind besondere Flüssigkeiten 183 / 7.3 Gase 185 / 7.4 Flüssigkeiten und Lösungen 186 / 7.5 Feststoffe 189 / 7.6 Mengen- und Konzentrationsangaben 190 / 7.7 Das Avogadro'sche Gesetz 193 / 7 8 Diffusion und Osmose 194 / 7.9 Fragen zum Verständnis 196 // 8 Chemische Bindung 199 / 8.1 Ionenbindung 200 / 8.1.1 Ionen und Kristallbildung 201 / 8.1.2 Elektrolyse 202 / 8.2 Kovalente Bindung: Atom- oder Elektronenpaarbindung 204 / 8.2.1 Polarisierte Atombindung 208 / 8.2.2 Wasser als Lösemittel und Brückenbildner 210 / 8.2.3 Mehrfachbindungen in Gasmolekülen 212 / 8.3 Koordinative Bindung 213 / 8.4 Metallische Bindung 217 / 8.5 Bindungen an Oberflächen und Katalyse 218 / 8.6 Bindungen in Böden 219 / 8.7 Fragen zum Verständnis 220 // 9 Säuren, Basen, Salze 223 / 9 1 Säuren geben Protonen ab 223 / 9.2 Basen nehmen Protonen auf 225 / 9.3 Salze entstehen beim Neutralisieren 227 / 9.4 Ionennachweise 228 / 9.4.1 Farbreaktionen 228 / 9.4.2 Nachweis durch Fällung 230 / 9.5 Fragen zum Verständnis 231 // 10 Gleichgewichtsreaktionen 233 / 10.1 Massenwirkungsgesetz 234 / 10.2 Das Prinzip vom kleinsten Zwang nach Le Chatelier 238 / 10.3 Anwendung des Le-Chatelier-Prinzips 240 / 10.4 Systeme ohne Stillstand: Fließgleichgewichte 242 / 10.5 Dissipative Muster und biologische Oszillation 243 / 10.6 Fragen zum Verständnis 244 // 11 Redox- und Säure/Base-Reaktionen 245 / 11.1 Abgabe und Aufnahme von Elektronen und Protonen 245 / 11.1.1 Oxidationszahl oder Oxidationsstufe 246 / 11.1.2 Aufstellen einer Redox-Gleichung 247 / 11.1.3 Redox- oder Spannungsreihe 250 / 11.2 Säure-Base-Reaktionen 252 / 11.2.1 Protolyse und Protonenübertragung 252 / 11.2.2 Amphoteredefault]Amphotere Stoffe 254 / 11.2.3 Erweiterung der Säure-Base-Definition 254 / 11.2.4 Die Definition von Usanovich 255 / 11.2.5 Harte und weiche Säuren und Basen (HSAB-Prinzip) 256 / 11.2.6 Dissoziationsgleichgewicht: Säure- und Basenstärke 256 / 11.3 Der pH-Wert - die Säure-Base-Reaktion des Wassers 257 / 11.4 Kationensäuren und Anionenbasen 260 / 11.5 Hydrolyse 261 / 11.6 Pufferung 262 / 11.7 Konzentrationsbestimmung durch Titration 263 / 11.8 Redox- bzw. Säure-Base-Reaktionen in der belebten Natur 264 / 11.9 Fragen zum Verständnis 265 // Basiswissen Biochemie und Physiologie // 12 Stoffe, Energie und Information 269 / 12.1 Energetische Aspekte 270 / 12.2 Cherniosmose, aktiver Transport und Gradienten 271 / 12.3 Information und Grundlagen der Reizbarkeit 274 / 12.4 Anpassung 275 / 12.5 Das Haber-Bosch-Verfahren: vom Mangel zum Überschuss 281 / 12.6 Kooperative Systeme: Regelung und Steuerung 284 / 12.7 Negative Rückkopplung 286 / 12.8 Fragen zum Verständnis 288 // 13 Organische Kohlenstoffverbindungen - eine erste Übersicht 289 / 13.1 Organische Chemie und Biochemie sind nicht identisch 290 / 13.2 Organische Stoffe sind Kohlenstoffverbindungen 291 / 13.3 Alkane bilden die Basis der Biomoleküle 292 / 13.4 Benennung organischer Verbindungen 295 / 13.5 Alkene und Alkine sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe 298 / 13.6 Aromaten sind besondere Kohlenstoffringe 301 / 13.7 Funktionelle Gruppen bestimmen die Reaktivität 304 / 13.8 Biologisch wichtige Stoffklassen 305 / 13.8.1 Alkohole 305 / 13.8.2 Carbonylverbindungen: Aldehyde und Ketone 309 / 13.8.3 Carbonsäuren 311 / 13.8.4 Ester 314 / 13.9 Wichtige Reaktionstypen organischer Moleküle 315 / 13.9.1 Addition 315 / 13.9.2 Substitution 317 / 13.10 Fragen zum Verständnis 318 // 14 Kohlenstoffhydrate 319 / 14.1 Isomerien bei Monosacchariden 320 / 14.2 Moleküldarstellung - die Fischer-Projektion 322 / 14.3 Ringbildung der Monosaccharide (Halbacetale) 324 / 14.4 Glycosidbindungen bilden Oligo- und Polysaccharide 328 / 14.5 Einige Zuckerderivate 333 / 14.6 Fragen zum Verständnis 336 // 15 Aminosäuren, Peptide, Proteine 339 / 15.1 Proteine bestehen aus Aminosäuren 339 / 15.2 Einige Aminosäurederivate 343 / 15.2.1 Decarboxylierung führt zu Aminen 343 / 15.2.2 Aus Aminosäuren leiten sich viele Alkaloide ab 345 / 15.2.3 Betalaine und Betaine sind weitere Aminosäurederivate 346 / 15.3 Aminosäuren sind Zwitterionen 347 / 15.4 Aminosäuren verbinden sich zu Peptiden 348 / 15.5 Proteine haben eine dreidimensionale Struktur 350 / 15.5.1 Primärstruktur: Die Reihenfolge entscheidet 350 / 15.5.2 Sekundärstruktur: Bindungen intra- und intermolekular 351 / 15.5.3 Tertiärstruktur: Proteine mit Domänen und Motiven 353 / 15.5.4 Quartärstruktur: Komplexe Proteine mit Untereinheiten 354 / 15.6 Raumstruktur und Denaturierung 355 / 15.7 Zur Funktion einiger Peptide 356 / 15.8 Aufgabenfelder der Proteine ·. 358 / 15.9 Fragen zum Verständnis , 360 // 16 Enzyme und Enzymwirkungen 361 / 16.1 Biochemische Reaktionen und Gleichgewicht 361 / 16.2 Katalysatoren erniedrigen die Aktivierungsenergie 362 / 16.3 Enzyme arbeiten hochspezifisch 364 / 16.4 Manche Enzyme benötigen Coenzyme 366 / 16.5 Enzyme haben besondere kinetische Eigenschaften 368 / 16.6 Enzymaktivitäten werden reguliert 370 / 16.6.1 Kontrolle der Enzymverfügbarkeit 370 / 16.6.2 Kontrolle der Enzymaktivität 371 / 16.7 Die Enzymaktivität hängt von Temperatur und pH-Wert ab 377 / 16.8 Enzyme tragen genormte Bezeichnungen 378 / 16.9 Fragen zum Verständnis 379 // 17 Lipide 381 / 17 1 Fettsäuren sind langkettige Monocarbonsäuren 381 / 17.2 Fette sind die Glycerolester verschiedener Carbonsäuren 383 / 17.3 Biosynthese: Fettsäureketten wachsen immer um C2-Einheiten 385 / 17 4 Strukturlipide bilden das Grundgerüst einer Membran 386 / 17 5 Biomembranen enthalten Funktionsproteine 390 / 17 6 Fragen zum Verständnis 394 // 18 Nucleotide und Nucleinsäuren 395 / 18.1 Basen bilden Nucleoside und Nucleotide 397 / 18.2 Zahlreiche Nucleotide bilden das Polynucleotid der DNA 399 / 18.3 Die Sekundärstruktur der RNA 404 / 18.4 Gene gezielt verändern: Die CRISPR/Cas-Technik 406 / 18.5 Fragen zum Verständnis 408 // 19 Photosynthese 409 / 19 1 Die Photosynthese gliedert sich in zwei Reaktionsbereiche · 411 / 19.2 Lichtreaktionen: Pigmentsysteme wandeln Lichtenergie um 412 / 19.2.1 Die 1. Lichtreaktion: 0 2-Entwicklung und ATP-Bildung 414 / 19.2.2 Die 2. Lichtreaktion erzeugt NADPH 417 / 19.3 Biochemie nach der Photochemie: der Calvin-Zyklus 420 / 19.3.1 Phase 1: Ribulose-1,5-bisphosphat wird carboxyliert 421 / 19.3.2 Phase 2: Reduktion zum Kohlenhydrat 421 / 19.3.3 Phase 3: Regeneration des COi-Akzeptors 423 / 19.4 Photorespiration ist C02-Abgabe im Licht 424 / 19.5 C4-Weg der photosynthetischen C-Assirnilation 425 / 19.6 Photosynthese als komplexer Redox-Prozess 426 / 19.7 Fragen zum Verständnis 427 // 20 Atmung 429 / 20.1 Die Kohlenhydratveratmung verläuft in zwei Teilprozessen 431 / 20.2 Die Glycolyse ist der Weg von der Hexose zum Pyruvat 432 / 20.3 Acetyl-Coenzym A ist das zentrale Verbindungsglied 434 / 20.4 Der Citratzyklus ist ein Redoxprozess 435 / 20.5 Atmungskette: Gebundener Wasserstoff wird zu Wasser 436 / 20.6 Gluconeogenese: Zuckersynthese aus Abbauprodukten 440 / 20.7 Anaerobe Atmung 441 / 20.8 Fragen zum Verständnis 443 // 21 Gärung 445 / 21.1 Unterschiede im terminalen Elektronenakzeptor 446 / 21.2 Umwandlung von Pyruvat zu Ethanol - die alkoholische Gärung 447 / 21.3 Milchsäurebildung aus Pyruvat- Homolactische Gärung 448 / 21.4 Umschalten können - der Pasteur-Effekt 449 / 21.5 Fragen zum Verständnis 450 // Antworten und Lösungen zu den Fragen 453 // Periodensystem 487 // Zum Weiterlesen 491 // Sachverzeichnis 495