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1 _______________________________________________________________ Inhalt Verführung zum Experiment………………………………………... 7 1 Dem Leben auf der Spur……………………………………………….... 13 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 Reizbarkeit und Bewegung – Beispiele und Sonderfälle………... Organismen atmen: Basisprozesse des Lebens…………………. Ein Kreislauf wie in der Natur: Atmung und Photosynthese…….. Sonne und Leben – vom Licht getriebener Protonentransport…. Osmose – Gewichtsveränderung in Wasser und in Salz-Lösung Vitalitätstest: Plasmolyse oder das Cytoplasma hebt ab………... Diffusion: Alles, was nicht fest ist, bewegt sich…………………… Transpiration: Ohne Verluste geht es nicht……………………….. Quellung: Volumenzunahme mit Sprengkraft…………………….. Kohäsion und Adhäsion: Weshalb Wasser nach oben fließt……. Lotus-Effekt: Abstoßende Oberflächen schützen………………… Energie, Verbrennung und Entfärben von Kalium-permanganat 13 15 17 18 19 20 22 24 25 27 29 30 2 Atome, Moleküle und Ionen……………………………………………... 33 2.1 2.2 2.3 2.4 Elektrische Ladung: Kann man Atome auseinander nehmen?.... Elektrostatische Gesetze: Gegensätze ziehen sich an………….. Elektronenbewegung in Metallen: Ladung, Strom und Spannung……………………………….…….. Wasser – ein Stoff mit zwei Ladungen…………………………….. 34 35 37 39 3 Aggregatzustände und Lösungen……………………………………... 41 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 Verräterischer Schmelzpunkt: Welche Substanz ist es?.............. Sieden: Zustandsänderung mit gewaltiger Volumenzunahme…. Sublimation: Den flüssigen Zustand überspringen………………. Viskosität: Zähigkeit gibt Aufschluss über die Moleküllänge……. Exotherme Wasseranlagerung und endotherme Dissoziation….. Umkehrbar: Hydratisierung und Dehydratisierung……………….. Gesättigte Lösungen: Nichts geht mehr…………………………… Temperatur und Lösevorgang: Mit Wärme geht es besser……... Löslichkeit organischer Stoffe im Wasser: Die Gruppe entscheidet……………….…………………………….. 42 44 46 47 49 50 51 52 52 4 Chemische Bindung……………….……………………………………... 55 4.1 4.2 4.3 Nachweis von Ionen und ihrer Ladung……………………………. 56 Elektrolyse von Wasser…………………………………………..…. 58 Ladung oder Wertigkeit von Ionen: Die FARADAY-Konstante….... 60 2 _______________________________________________________________ 5 Säuren, Basen, Salze……………….……………………………………. 65 6 Gleichgewichtsreaktionen……………….……………………………… 79 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 Ionen-Nachweise: Das Unsichtbare sichtbar machen…………... Wasser ist nicht gleich Wasser…………………………………….. Kohlenstoffdioxid und Carbonat: Fällung von Kalk………………. Kalk in Stein- und Bodenproben…………………………………… Salze werden sichtbar – ohne Wasser……………………………. Photometrische Konzentrationsbestimmung: Wie viel ist drin?.... Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen: einmal hin – einmal her Elektrolyse einer Kupfersalz-Lösung – mit anderen Augen gesehen….……………………………………. Elektrische Spannung ohne Steckdose…………...………………. Der BAUMANN-Versuch – Modell für ein Fließgleichgewicht?…… Manchmal geht es schlagartig: LANDOLTscher Zeitversuch…….. Modell biologischer Oszillationen: BELOUSOV-ZHABOTINISKII-Reaktion…………………………………. 66 70 73 74 75 77 79 81 83 85 87 89 7 Redox- und Säure/Base-Reaktionen……………….………………….. 91 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 92 Metalle und ihre Salz-Lösungen: Ein erster Schritt zur Spannungsreihe…………………………...... Der pH-Wert von Salz-Lösungen: Das Starke setzt sich durch… 95 Der pH-Wert von Bodenproben: Zu sauer oder zu basisch?........ 97 99 Titrimetrische Bestimmung (Maßanalyse): Wie sauer, wie basisch?............................................................... Pufferung durch die Ionen schwacher Säuren und Basen..…….. 101 8 Zucker und andere Kohlenhydrate..……………….………………….. 103 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13 Elementaranalyse: Kohlenstoff im Kohlenhydrat…………………. Zucker enthalten gebundene Energie……………………………... Qualitativer Nachweise von Zuckern: MOLISCH-Test…………….. Empfindlichkeit der MOLISCH-Reaktion……………………………. Nachweis gebundener und freier Pentosen: BIAL-Test………….. Nachweis gebundener und freier Pentosen: TOLLENS-Test…….. Nachweis von Desoxyribose: DISCHE-Reaktion………………….. Nachweis gebundener und freier Ketohexosen: SELIWANOFF-Test…………………………………………………….. Nachweis gebundener und freier Ketohexosen: ZEREWITINOW -Test…………………………………………………… Nachweis reduzierender Zucker: FEHLING-Test………………….. Nachweis reduzierender Zucker: BENEDICT-Test………………… Nachweis reduzierender Zucker: TROMMERsche Probe…….…… Nachweis reduzierender Zucker: Silberspiegel-Test……….…… 103 104 105 106 107 108 108 109 110 111 113 114 114 3 _______________________________________________________________ 8.14 8.15 8.16 8.17 8.18 8.19 8.20 8.21 8.22 Nachweis reduzierender Zucker mit Methylenblau………………. Mono- und Disaccharide: BARFOED-Test……….…………………. Glucose-Nachweis mit Teststreifen: GOD-Test……….…………. Dünnschichtchromatographische Trennung von Zuckern………. Optische Aktivität einer Zucker-Lösung……………...……….…… Säurehydrolyse der Glykosidbindung der Saccharose……….…. Nachweis pflanzlicher Stärke mit LUGOLscher Lösung………….. Säurehydrolyse von Stärke…………………………………….…… Nachweis von Cellulose in Pflanzenteilen und Pflanzenprodukten……….………………………………………….. 8.23 Säurehydrolyse der Glykosidbindung der Saccharose………….. 115 116 117 118 122 123 124 126 127 126 9 Aminosäuren und Peptide…………..……………….………………….. 129 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12 9.13 9.14 9.15 9.16 9.17 9.18 9.19 9.20 9.21 Elementaranalyse: Aminosäuren enthalten Stickstoff…………… Visualisierung von Aminosäuren und Peptiden…………………... Nachweis der Peptid-Bindung: Biuret-Reaktion………………….. Protein-Nachweis mit Coomassie-Reagenz………………………. Aromatische Aminosäuren: Xanthoprotein-Probe………….…….. Nachweis von Tyrosin: FOLIN-CIOCALTEU-Reaktion……………… Nachweis von Tryptophan: HOPKINS-COLE-Test…………………. Nachweis schwefelhaltiger Aminosäuren: NPN-Test……………. Nachweis schwefelhaltiger Aminosäuren: Bleiacetat-Test……… Nachweis von gebundenem Arginin: SAKAGUCHI-Test…………... Aminosäurespektrum von Gewebeextrakten……………………... Papierchromatographie von Aminosäuren: Rundfilter-Verfahren…………………………………………………. Aminosäure-Lösungen zeigen verschiedene pH-Werte…………. Demonstration des isoelektrischen Punktes……………………… Titration einer Aminosäure………………………………………….. Photometrische Konzentrationsbestimmung von Tyrosin……….. Makromoleküle mit Kolloidcharakter: FARADAY-TYNDALL-Effekt… Quantitative Proteinbestimmung: Biuret-Verfahren……………… Proteine lassen sich ausfällen……………………………………… Proteine tragen beeinflussbare elektrische Ladungen…………... Papierelektrophorese von Proteinen………………………………. 129 131 133 134 135 136 137 138 139 140 140 144 145 146 148 149 150 151 152 154 155 10 Lipide…………………………………………………….………………….. 157 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 Lipophil und lipophob………………………………………………... Gewinnung von Pflanzenfetten…………………………………….. Einfache Elementaranalyse………………………………………… Es riecht brenzlig: Acrolein-Probe…………………………………. Fettes oder ätherisches Öl?......................................................... Verseifung von Pflanzenfetten……………………………………… 158 159 160 161 162 163 4 _______________________________________________________________ 10.7 Nachweis ungesättigter Fettsäuren………………………………... 164 10.8 Fettverdauung im Reagenzglas: Modellversuch…………………. 166 10.9 Chromatographie von Membranlipiden……………………………. 167 11 Nucleinsäuren und Nucleotide…………………………………………. 170 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 Löslichkeitsverhalten von RNA und DNA…………………………. Isolierung von RNA aus Bäckerhefe………………………………. Isolierung von DNA aus der Küchen-Zwiebel…………………….. Nachweis freier Phosphorsäure……………………………………. Nachweis von Ribose und Desoxyribose…………………………. DNA-Nachweis im Zellkern FEULGEN-Reaktion mit SCHIFFs Reagenz………………………..... 11.7 Nachweis der Purin-Basen…………………………………………. 11.8 Dünnschichtchromatographische Trennung von DNA-Basen..… 11.9 Unterscheidung von Ribo- und 2’Desoxyribonucleotiden……….. 170 171 172 174 175 175 177 177 179 12 Pigmente und andere Naturstoffe……………………………………… 180 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11 12.12 12.13 12.14 Trennung von Blattpigmenten im Zweiphasensystem…………… Zerlegung des Chlorophyll-Moleküls durch Verseifung………….. Papierchromatographische Trennung lipophiler Blattpigmente… Dünnschichtchromatographie lipophiler Blattpigmente………….. Säulenchromatographie im kleinen Stil: Tafelkreide und Glasstab…………………………………………… Dünnschichtchromatographie hydrophiler Blattpigmente……….. Papierchromatographie von Blüten- und Fruchtpigmenten……... Elektrophoretische Trennung von Anthocyanen und Betalainen Anthocyane sind pH- und Redox-Indikatoren…………………….. Chromatographische Trennung ätherischer Öle…………………. Papierchromatographische Trennung von Alkaloiden…………… Mikrosublimation von Coffein………………………………………. Nachweis von Vitamin C……………………………………………. Vitamin C in Brausetabletten……………………………………….. 180 182 185 187 188 190 191 192 195 196 198 200 201 202 13 Enzyme und Enzymwirkungen…………………………………………. 204 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 Proteinnatur der Enzyme……………………………………………. Katalase-Aktivität in Pflanzengeweben (in vivo-Test)……………. Nachweis pflanzlicher Phenoloxidasen (Mikro-Nachweis)……… Pepsin verdaut Protein……………………………………………… Proteasen in Waschmitteln…………………………………………. Enzymatischer Nachweis von Glucose: GOD-Test……………… Bestimmung der Wechselzahl am Beispiel der Katalase……….. Enzymkinetik: Substratsättigung der Katalase…………………… Amylasen bauen pflanzliche Stärke enzymatisch ab……………. 205 205 206 208 209 210 211 213 214 5 _______________________________________________________________ 13.10 13.11 13.12 13.13 13.14 13.15 13.16 13.17 13.18 Abhängigkeit der Amylase-Aktivität vom pH-Wert……………….. Amylase-Aktivität in Getreidekeimlingen………………………….. Carboanhydrase: Die Katalyse beschleunigt beträchtlich………. Spaltung von Milchfett durch Pankreas-Lipase…………………... Enzymhemmung und Enzymspezifität: Harnstoffabbau durch Urease……………………......................... Exoenzyme: Carbivore Pflanzen verdauen Filme………………... Succinat-Degydrogenase: Kompetitive Hemmung………………. Nachweis der Malat-Dehydrogenase: Optischer Test…………… Kinetik der Alkohol-Dehydrogenase……………………………….. 215 217 218 219 221 224 226 227 229 14 Photosynthese………………….…………………………………………. 232 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 14.11 14.12 14.13 Blattpigmente absorbieren Licht……………………………………. Chlorophylle und ihre Rotfluoreszenz……………………………... Vom Licht angeregtes Chlorophyll reduziert Farbstoffe…………. Photosynthese setzt Sauerstoff frei: Indigoblau-Nachweis……… Photosynthese im Wasser: Sauerstoffnachweis mit Pyrogallol… Sauerstoff erleichtert: Die Bojen-Methode………………………… Photochemisch aktive Chloroplasten: Die HILL-Reaktion……….. Photosynthese verbraucht CO2……………………………………. CO2-Kompensationspunkt bei C3- und C4-Pflanzen……………... Der Lichtkompensationspunkt der Photosynthese……………….. Das Blatt bildet im Licht Stärke…………………………………….. Pflanzen benötigen für die Photosynthese Kohlenstoffdioxid…... Messung der O2-Entwicklung: Bläschen-Zählmethode………….. 233 235 236 238 239 241 242 244 246 247 249 251 252 15 Atmung……….………………….…………………………………………. 255 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8 15.9 15.10 15.11 15.12 15.13 15.14 15.15 15.16 Veratmung ist Substanzverlust…………………………………….. Bei der Atmung entsteht Wärme…………………………………… Elektronenfluss bei Atmungsprozessen (TTC-Methode)………... Unsere Atemluft enthält CO2……………………………………….. CO2 als Atmungsprodukt……………………………………………. Atmen in der Petrischale……………………………………………. Sauerstoffverbrauch bei der Atmung – der Kerzentest………….. Atmen auch grüne Pflanzen?....................................................... Die Atmung verbraucht O2: Ein volumetrischer Nachweis………. Quantitative CO2-Bestimmung in der Atemluft des Menschen…. Respiratorischer Quotient des Menschen………………………… Respiratorischer Quotient keimender Samen oder Früchte…….. Im Citrat-Zyklus wird Wasserstoff übertragen (Modellversuch)… Chromatographie von Carbonsäuren aus dem Citrat-Zyklus…… Rhythmisch sauer – die CAM-Pflanzen…………………………… Redoxzustände mitochondrialer Cytochrome…………………….. 256 256 257 258 260 262 263 264 265 268 269 271 272 274 275 277 6 _______________________________________________________________ 16 Gärung……….………………….…………………………………………. 279 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9 16.10 16.11 16.12 16.13 16.14 Auf dem Weg zur Gärung: Glykolytischer Hexose-Abbau………. CO2-Abgabe bei der ethanolischen Gärung………………………. Umschalten können – der PASTEUR-Effekt………………………... Vergärbarkeit verschiedener Substrate…………………………… Induktion der Glucose-Epimerase…………………………………. Hefe spaltet Saccharose……………………………………………. Ethanal ist Zwischenverbindung der ethanolischen Gärung……. Destillation von Ethanol……………………………………………... Nachweis von Ethanol: Iodoform-Probe…………………………... Ethanol ist brennbar…………………………………………………. Ethanolnachweis mit Chromverbindungen………………………... Milchsäure-Gärung………….……………………………………….. Betont anrüchig: Die Buttersäure-Gärung………………………… Energetik der alkoholischen Gärung………………………………. 279 281 282 283 285 287 288 289 291 292 293 293 295 296 Zum Weiterlesen………………………………………...................... 299 Register…………………………………………………...................... 302
