Physikalische Chemie für Biologen und Biochemiker

Man ist allgemein der Ansicht - und wir teilen diese Meinung -, daB Unterricht in physikalischer Biochemie in bester Form geleistet wird, indem die Studenten selbst Aufgaben losen. Aber haufig sind die ausgewahlten Beispiele vielleicht ausgezeichnet fUr Chemiestudenten geeignet, geben jedoch wenig fUr Biochemiestudenten her, da sie keine rechte Anwendung ftir ihr Gebiet besitzen. Wir haben hier versucht, Aufgaben zu stellen, von den en wir meinen, daB Studenten im erst en (oder zweiten) Studienjahr sie bewaltigen konnen sollten, und die doch einige der heute wichtigen Vorstellungen und Methoden darstellen. Oas Gewicht liegt mehr bei den Grundlagen, weniger bei ausgekltigel ter mathematischer Behandlung (wie sie leider in vielen physikalisch chemischen Lehrbtichern getibt wird). Aus dieser Sicht haben wir un seren Text besonders als Anleitung fUr die Aufgaben am Ende jeden Kapitels geschrieben. Auch die durchgeftihrten Aufgabenbeispiele bil den einen integralen und wichtigen Teil des Textes - sie soli ten jeweils einige neue Punkte darstellen. Besondere Bedeutung miBt das Buch der Behandlung von Gleichgewichten und Geschwindigkeiten bei, denn wir glauben, daB das Verstandnis dieser Grundlagen eine solide Basis flir schwierigere Gebiete (etwa die physikalische Chemie der Ma kromolektile) liefert.

Inhalt

1. Der erste Haupsatz der Thermodynamik.- 1.1. Was ist Thermodynamik?.- 1.2. Grundlegende Definitionen.- 1.3. Wechselwirkung der Systeme mit ihrer Umgebung.- 1.4. Formulierung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 1.5. Anwendungen des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 1.6. Ausgearbeitete Beispiele.- 1.7. Thermochemie.- 1.8. Bindungsenergien.- 1.9. Ausgearbeitete Beispiele.- 1.10. Aufgaben.- 2. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 2.1. Einleitung.- 2.2. Die Bedeutung der Entropie.- 2.3. Formulierung des zweiten Hauptsatzes.- 2.4. Reversible und irreversible Vorgänge.- 2.5. Der Begriff der Freien Energie.- 2.6. Standardbedingungen.- 2.7. Ausgearbeitete Beispiele.- 2.8. Die biochemische Standardbedingung.- 2.9. Aufgaben.- 3. Das chemische Gleichgewicht.- 3.1. Einführung.- 3.2. Die Beziehung zwischen ?G0 und der Gleichgewichtskonstante..- 3.3. Anwendungen auf Lösungen.- 3.4. Ausgearbeitete Beispiele.- 3.5. Der Unterschied zwischen ?G und ?G0.- 3.6. Die Änderung der Gleichgewichtskonstante mit der Temperatur..- 3.7. Ausgearbeitete Beispiele.- 3.8. Die Messung der thermodynamischen Funktionen einer Reaktion.- 3.9. Aufgaben.- 4. Ligandenbindung von Makromolekülen.- 4.1. Einführung.- 4.2. Die Bindungsgleichung Auswertung von Bindungsmessungen..- 4.3. Ausgearbeitetes Beispiel.- 4.4. Ausgearbeitetes Beispiel.- 4.5. Gleichgewichte bei mehreren Bindungsstellen.- 4.6. Ausgearbeitetes Beispiel.- 4.7. Ungleiche Bindungsstellen auf einem Makromolekül.- 4.8. Experimentelle Methoden zur Erstellung von Bindungswerten.- 4.9. Methoden.- 5. Die Thermodynamik der Lösungen.- 5.1. Einführung.- 5.2. Gleichgewichte zwischen Phasen.- 5.3. Das Raoultsche Gesetz Ideale Lösungen.- 5.4. Alternative Definition einer idealen Lösung.- 5.5. Eigenschaftenidealer Lösungen.- 5.6. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.7. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.8. Unnormale Molekulargewichte.- 5.9. Nichtideale Lösungen der Begriff der Aktivität.- 5.10. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.11. Elektrolytlösungen.- 5.12. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.13. Schwerlösliche Salze.- 5.14. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.15. Lösungen von Makromolekülen.- 5.16. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.17. Der Donnan-Effekt.- 5.18. Ausgearbeitetes Beispiel.- 5.19. Aufgabe.- 5.20. Bestimmung des Molekulargewichts von Makromolekülen.- 5.21. Zahlenmittel-Molekulargewicht.- 5.22. Gewichtsmittel-Molekulargewicht.- 5.23. Der Begriff des Chemischen Potentials.- 5.24. Aufgaben.- 6. Säuren und Basen.- 6.1. Einführung.- 6.2. Der Begriff des pH-Wertes.- 6.3. Säuren und Basen.- 6.4. Ausgearbeitete Beispiele.- 6.5. Pufferlösungen.- 6.6. Ausgearbeitetes Beispiel.- 6.7. Die Dissoziation polyprotischer Säuren.- 6.8. Ausgearbeitetes Beispiel.- 6.9. Der Einfluß der Ionenstärke auf Säure-Basen-Gleichgewichte.- 6.10. Aufgaben.- 7. Elektrochemische Zellen: Redoxvorgänge.- 7.1. Redoxvorgänge.- 7.2. Die Thermodynamik reversibler Zellen.- 7.3. Ausgearbeitetes Beispiel.- 7.4. Arten von Halbzellen.- 7.5. Halbzellen-Elektrodenpotentiale.- 7.6. Elektrochemische Zellen.- 7.7. Ausgearbeitete Beispiele.- 7.8. Die Bezeichnung elektrochemischer Zellen.- 7.9. Ausgearbeitete Beispiele.- 7.10. Berechnung thermodynamischer Parameter.- 7.11. Die Nernstsehe Gleichung.- 7.12. Ausgearbeitete Beispiele.- 7.13. Biochemische Standardbedingungen.- 7.14. Die Nernstsehe Gleichung und das Chemische Gleichgewicht...- 7.15. Der Einfluß nicht-idealer Lösungen.- 7.16. Gekoppelte Redoxvorgänge.- 7.17. Aufgaben.- 8. Kinetik chemischer Reaktionen.- 8.1. Der Verlauf einer Reaktion.- 8.2. Ordnungund Molekularität einer Reaktion.- 8.3. Arten der Geschwindigkeitsverläufe.- 8.4. Ausgearbeitetes Beispiel.- 8.5. Ausgearbeitetes Beispiel.- 8.6. Bestimmung der Ordnung einer Reaktion.- 8.7. Ausgearbeitetes Beispiel.- 8.8. Eine Bemerkung zu den Einheiten.- 8.9. Die Kinetik einiger anderer Verlaufsformen.- 8.10. Einfluß der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit.- 8.11. Ausgearbeitetes Beispiel.- 8.12. Bedeutung der Parameter in der Arrheniusschen Gleichung.- 8.13. Theorie des Übergangszustandes.- 8.14. Der Einfluß des pH-Wertes auf die Reaktionsgeschwindigkeit.- 8.15. Der Einfluß der Ionenstärke auf die Reaktionsgeschwindigkeit.- 8.16. Der Einfluß eines Wechsels des Isotopenverhältnisses auf die Reaktionsgeschwindigkeit.- 8.17. Aufgaben.- 9. Die Kinetik enzymkatalysierter Reaktionen.- 9.1. Einführung.- 9.2. Steady-state-Kinetik.- 9.3. Auswertung kinetischer Messungen.- 9.4. Hemmungen an Enzymen.- 9.5. Ausgearbeitetes Beispiel.- 9.6. Der Einfluß des pH-Wertes auf enzymatische Reaktionen.- 9.7. Ausgearbeitetes Beispiel.- 9.8. Der Einfluß der Temperatur auf enzymatische Reaktionen.- 9.9. Zusammenfassung.- 9.10. Aufgaben.- 10. Spektrophotometrie.- 10.1. Spektrum elektromagnetischer Wellen.- 10.2. Ausgearbeitetes Beispiel.- 10.3. Das Lambert-Beersche Gesetz.- 10.4. Ausgearbeitete Beispiele.- 10.5. Günstige Konzentrationsbereiche.- 10.6. Ausgearbeitetes Beispiel.- 10.7. Zwei absorbierende Verbindungen.- 10.8. Ausgearbeitetes Beispiel.- 10.9. Isosbestische Punkte.- 10.10. Aufgaben.- 11. Isotope in der Biochemie.- 11.1. Anwendungen der Isotopentechnik.- 11.2. Ausgearbeitetes Beispiel.- 11.3. Aufgaben.- Anhang 1: Die Abhängigkeit der Enthalphie und Entropie von Druck und Temperatur.- Anhang 2: Eine Gleichung für mehrfache Bindungsstellen.- Anhang 3: DieHalbwertszeit-Methode zur Bestimmung der Reaktionsordnung.- Anhang 4: Die Wechselwirkung eines Enzyms mit Substrat und Inhibitor.- Lösungen der Aufgaben.- Einige nützliche Konstanten.