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Questions and Answers
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Wie beeinflussen die kovalenten Bindungen den Abstand der Atome?
Wie beeinflussen die kovalenten Bindungen den Abstand der Atome?
Kovalente Bindungen verringern den Abstand zwischen den Atomen, was deren Stabilität und Bindungsstärke erhöht.
Was sind Wasserstoffbrückenbindungen und wie werden sie in Formeln dargestellt?
Was sind Wasserstoffbrückenbindungen und wie werden sie in Formeln dargestellt?
Wasserstoffbrückenbindungen sind Wechselwirkungen zwischen einem Wasserstoffatom und einem elektronegativeren Atom, dargestellt durch Punkte wie –O–H.....N–.
Was passiert, wenn sich zwei neutrale Atome einander nähern?
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Die temporären Dipole der Atome synchronisieren sich, was zu einer schwachen Anziehungskraft führt.
Wie verändern sich die Bindungseigenschaften bei Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen?
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Was ist der Abstand zwischen Wasserstoffatom und Akzeptoratom in Wasserstoffbrückenbindungen?
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Was charakterisiert die Bindungsenergie von kovalenten Bindungen?
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Welche Rolle spielen die Elektronenhüllen von Atomen bei van-der-Waals-Wechselwirkungen?
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Wie beeinflusst die Elektronenkonfiguration die Ausrichtung kovalenter Bindungen?
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Warum suchen Forscher gezielt nach Anzeichen für flüssiges Wasser bei der Suche nach Leben auf anderen Planeten?
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Wie trägt Wasser zur Struktur von Makromolekülen bei?
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Was bewirkt die Oberflächenspannung des Wassers für tropfenbildende Eigenschaften?
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Warum sind größere Biomoleküle oft nur teilweise wasserlöslich?
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Wie unterstützt Wasser chemische Reaktionen bei der Bildung und Spaltung von Bindungen?
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Was ist die Bedeutung eines flexiblen Verpackungsmaterials für Lebewesen?
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Warum wird ein Baukastensystem aus kleinen Bausteinen als überlegen angesehen?
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Wie interagieren Wassermoleküle mit anderen Molekülen an polaren oder geladenen Bereichen?
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Welche Rolle spielen Transportvesikel im Golgi-Apparat?
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Wie unterscheidet sich das Äußere von Chloroplasten im Lichtmikroskop?
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Was zeigt die Endosymbiontentheorie hinsichtlich der Mitochondrien?
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Welche Struktur innerhalb der Chloroplasten ist für die Lichtreaktionen der Photosynthese verantwortlich?
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In welchen Zelltyp finden sich Mitochondrien und Chloroplasten?
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Was geschieht mit Makromolekülen, wenn sie die trans-Seite des Golgi-Apparats erreichen?
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Welche spezifischen Eigenschaften haben die Membranen der Chloroplasten?
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Was passiert mit den Makromolekülen nach ihrer Modifikation im Golgi-Apparat?
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Was ist die Hauptfunktion der Cristae in Mitochondrien?
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Welche Ähnlichkeiten bestehen zwischen Mitochondrien und heutigen Bakterien?
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Was beschreibt die Endosymbiontentheorie?
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Wie wird die Plasmamembran beschrieben?
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Was ist die Funktion der Ribosomen auf dem rauen endoplasmatischen Reticulum?
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Nennen Sie eine Funktion der Lysosomen.
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Welches Element ist entscheidend für die Funktion von Plasmiden?
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Was ist die Hauptfunktion der Golgi-Apparat?
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Wie beeinflussen Cholesterin und ungesättigte Fettsäuren die Fluidität von Membranen?
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Welche Rolle spielt die Länge der Fettsäuren bei der Festigkeit von Lipiden?
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Inwiefern können Organismen, die in kalten Umgebungen leben, ihre Membranlipidzusammensetzung variieren?
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Was sind Lipid Rafts, und welche Funktion haben sie in Membranen?
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Wie wirken sich ungesättigte Fettsäuren auf den Gefrierpunkt von Fetten aus?
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Wie hängen die Eigenschaften von Cholesterin mit der Temperatur von Membranen zusammen?
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Was beeinflusst die „dichte Anordnung“ der Fettsäureketten in Membranen?
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Warum bilden einige Organismen Lipidkomplexe in ihren Zellmembranen?
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Study Notes
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### Kovalente Bindungen
- Je mehr kovalente Bindungen zwischen Atomen bestehen, desto enger sind sie miteinander verknüpft.
- Dies zeigt sich im Abstand der Atome zueinander und in der Stärke ihrer Verbindung.
- Beispielsweise haben C–C-Bindungen eine Bindungsenergie von 348 kJ/mol, C=C-Bindungen 614 kJ/mol und C≡C-Bindungen 839 kJ/mol.
- Bei kovalenten Bindungen haben die Partner eine feste Orientierung zueinander, die durch die Elektronenstruktur der Atome bestimmt wird.
- Einfachbindungen erlauben Rotationen um die Verbindungsachse, Doppel- und Dreifachbindungen sind starr.
Wasserstoffbrückenbindungen
- Wasserstoffbrückenbindungen sind relativ starke Wechselwirkungen.
- Sie entstehen zwischen einem Wasserstoffatom, das an ein elektronegatives Atom (Donor) gebunden ist, und einem anderen elektronegativen Atom (Akzeptor).
- Die stärkste Wirkung tritt auf, wenn die drei beteiligten Atome auf einer geraden Linie liegen.
- Die Abstände zwischen den Atomen betragen etwa 150–260 pm zwischen Wasserstoffatom und Akzeptoratom und 240–350 pm zwischen Akzeptor und Donoratom.
- In Formeln werden Wasserstoffbrückenbindungen oft durch Punkte zwischen Donor und Akzeptor gekennzeichnet: –O–H.....N–
Van-der-Waals-Wechselwirkungen
- Van-der-Waals-Wechselwirkungen entstehen zwischen eigentlich unpolaren Partnern.
- Die Ladungsschwerpunkte der Elektronenhülle eines Atoms schwanken leicht und weichen vorübergehend vom positiv geladenen Atomkern ab.
- Dies führt zu temporären elektrischen Dipolen.
- Nähern sich zwei solche Atome an, stimmen sich ihre temporären Dipole aufeinander ab, und die Elektronenhüllen synchronisieren ihre Verschiebungen.
- Das Ergebnis ist eine schwache Anziehungskraft, die noch geringer ist als eine Wasserstoffbrückenbindung und nur über extrem kurze Distanzen wirkt.
Wasser als Lösungsmittel
- Wasser ist ein polares Lösungsmittel, das gut in der Lage ist, polare Substanzen zu lösen.
- Wassermoleküle lagern sich mit ihrer positiven Seite an polare oder geladene Bereiche anderer Moleküle.
- Biologisch wichtige Moleküle präsentieren meist nach außen elektrisch geladene Regionen und sind daher gut in Wasser löslich.
- Größere Biomoleküle haben oft auch unpolare Abschnitte, die weniger gut mit Wasser wechselwirken.
- Diese Bereiche werden bei der räumlichen Faltung solcher Moleküle oft in die wasserabgewandten Innenbereiche verlegt.
- Wasser beeinflusst somit die Struktur der Makromoleküle.
Wasser bei chemischen Reaktionen
- Wasser nimmt an vielen chemischen Reaktionen teil.
- Es kann z.B. die Bindung anderer Moleküle aufbrechen oder eine neue Bindung unterstützen.
- Es kann als überflüssiges kleines Molekül abgespalten werden oder die Reaktionsprodukte umschließen, wodurch die Rückreaktion erschwert wird.
Oberflächenspannung von Wasser
- Die Oberflächenspannung von Wasser entsteht durch die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen an der Oberfläche.
Flüssigkeit von Wasser
- Wasser bleibt aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen bis weit unter den Gefrierpunkt flüssig.
### Lipid-Membranen
- Lange und gesättigte Fettsäuren machen Lipide starr und fest wie in Butter.
- Kurze und ungesättigte Fettsäuren machen Lipide flüssig wie in Ölen und Membranen.
- Cholesterol beeinflusst die Fluidität von Membranen.
- Es taucht in den Innenbereich der Membranen ein und stört die dichte Anordnung von Fettsäureketten.
- Cholesterol dehnt den Übergang zwischen der gelartigen und der fluiden Phase über einen breiten Temperaturbereich aus.
- Cholesterol bildet mit einigen anderen Lipiden Komplexe, die als Lipid Rafts bezeichnet werden und wie „Flöße“ in der Membran schwimmen.
Eukaryotische Zellen
- Eukaryotische Zellen besitzen zahlreiche interne Membransysteme, die in spezialisierte Kompartimente mit unterschiedlichen Aufgaben unterteilt sind.
- Der Golgi-Apparat ist ein Organell, das Proteine verarbeitet und modifiziert.
- Frisch produzierte Makromoleküle wandern in Transportvesikeln auf die cis-Seite des Golgi-Apparats, wo sie modifiziert und zur trans-Seite weitergereicht werden.
Endosymbiontentheorie
- Gemäß der Endosymbiontentheorie nahm eine eukaryotische Urzelle zunächst ein Bakterium auf, das auf die Veratmung von stofflicher Nahrung angewiesen war, ohne es zu verdauen.
- Aus diesem Bakterium entwickelte sich das Mitochondrium.
- Nach der Endosymbiontentheorie ging ein großer Teil des Erbguts und der Zellfunktionen im Laufe der Zeit auf den größeren Partner der Gemeinschaft über.
- Mitochondrien und Chloroplasten ähneln dennoch in vielen Punkten eher heutigen Bakterien und einzelligen Algen als den Zellen, in denen sie leben.
Chloroplasten
- Chloroplasten sind von zwei Membranen umgeben und beherbergen ein stark gefaltetes Membransystem, in welches die Komplexe für die Lichtreaktionen der Photosynthese eingebaut sind.
Mitochondrien
- Die innere der beiden Mitochondrienmembranen ist stark gefaltet.
- An diesen Cristae läuft die Zellatmung ab.
Zellwände
- Pflanzenzellen besitzen eine Zellwand, die außerhalb der Plasmamembran liegt.
- Sie besteht aus Cellulose und anderen Polysacchariden.
- Die Zellwand verleiht der Zelle Stabilität und Schutz.
Bakterienzellen
- Bakterienzellen besitzen eine Plasmamembran, eine Zellwand, eine Kapsel und einen Nucleoid (ringförmige DNA).
- Sie können auch Pili (Haare) und Flagellen (Geißeln) besitzen.
- Bakterien besitzen außerdem Plasmide, kleine, ringförmige DNA-Moleküle, die sich unabhängig vom Hauptchromosom replizieren können.
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