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Gegenstandskatalog (GK) Chemie für Mediziner (Entwurf)

für den schriftlichen Teil der ärztlichen Vorprüfung (Stand: September 2000, geplantes Inkrafttreten: SS 2002; im Sinne einer angemessenen Übergangszeit wird beim schriftlichen Teil der Ärztlichen Vorprüfung bis einschließlich Frühjahr 2002 der Gegenstandskatalog noch in der Fassung der 3. Auflage (1988) berücksichtigt).

IMPP (Institut für Medizinische und Pharmazeutische Prüfungsfragen)

Grundlagen der Chemie

Begriffe, Definitionen und Zusammenhänge, die für das Verständnis des Aufbaus und der Eigenschaften biochemisch und medizinisch wichtiger Verbindungen sowie für die Beschreibung von Stoffumwandlungen im Stoffwechsel notwendig sind.

1

1.1 Makroskopische Erscheinungsformen der Materie

Aggregatzustände, Phasenumwandlungen

2 Aufbau und Eigenschaften der Materie

2.1 Atome, Isotope, Periodensystem

2.1.1 Begriffe
Elementarteilchen, Ordnungszahl, Kernladungszahl, Massenzahl, Elektronenhülle
2.1.2 Ordnungszahl, Kernladungszahl, Massenzahl
Identifizierung von Ordnungszahl, Kernladungszahl und Massenzahl an entsprechend gekennzeichneten Elementsymbolen
2.1.3 Isotope
Beispiele für stabile Isotope und Radioisotope mit medizinischer Relevanz
2.1.4 Elemente, Moleküle
Element: Zuordnung von Name und Symbol biochemisch und medizinisch wichtiger Elemente. Molekül: relative Atom- und Molekülmasse, Avogadro-Konstante, Stoffmenge Mol
2.1.5 Periodensystem
Ordnungsprinzipien des Periodensystems (Perioden 1 bis 7, Gruppen 1 bis 18), Einordnung biochemisch und medizinisch wichtiger Haupt- und Nebengruppenelemente
2.1.6 biochemisch wichtige Elemente
Zuordnung von Elementen zu wichtigen Enzymen, Coenzymen und anderen biochemischen Verbindungen

2.2 Chemische Bindung

2.2.1 Ionenbindung, Atombindung
Ion, Ionen-Bindung; kovalente Bindung, koordinative Bindung; bindende und freie Elektronenpaare; Elektronegativität
2.2.2 Polarität von Molekülen
Dipolmoment von Molekülen, Assoziation durch H-Brücken und hydrophobe Wechselwirkungen; Beeinflussung physikalischer Eigenschaften durch H-Brücken sowie Hydratation von Ionen und Molekülen
2.2.3 Beispiele
Bindungsverhältnisse und Molekülformen bei den Grundelementen anhand einfacher Beispiele (C: Methan; H: H2; O: Wasser, O2, O3, H2O2; N: Ammoniak, N2, Lachgas, NO, Cyanid); biochemisch relevante Sauerstoffradikale
2.2.4 Biochemisch wichtige Bindungen
Erkennen biochemisch wichtiger Bindungen anhand einfacher Beispiele (keine Molekülorbital(MO)-Theorie), Unterschiede in den Bindungsenergien, Bindigkeit von H, C, O, N, S, Cl, P
2.2.5 Metallkomplexe
Aufbau von Metallkomplexen, Gesamtladung, Koordinationszahl von biochemisch wichtigen Metallionen in Metallkomplexen (Mg, Fe, Co, Zn, Cu), Chelatkomplexe, Erkennen von Chelatkomplexen bei Vorgabe biochemisch und medizinisch wichtiger Metallkomplexe

2.3 Acyclische Kohlenstoffverbindungen, einfache funktionelle Gruppen

2.3.1 Kohlenwasserstoffe
Unterscheidung gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Alkylreste
2.3.2 Formeln
Definitionen: Summen- und Strukturformel
2.3.3 Bindungen
.sigma.- und .pi.-Bindungen, konjugierte Doppelbindungen
2.3.4 Isomerien
Definition der Konstitution und der Konstitutionsisomerie (mit Beispielen)
2.3.5 funktionelle Gruppen
Struktur und Erkennen der funktionellen Gruppe bei Halogenalkanen, Alkoholen, Ethern, Thiolen, Thioethern (Sulfanen), Aminen, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäuren und Carbonsäurederivaten; Carboxylatanion, Mesomerie
2.3.6 Homologe Reihen
Definition
2.3.7 Nomenklatur
Nomenklatur bis maximal C4, bei den Carbonsäuren auch C16/C18 (ohne und mit Doppelbindungen)
2.3.8 physikalische Eigenschaften
Wichtige physikalische Eigenschaften im Vergleich (Siedepunkt, Löslichkeit in Wasser oder Kohlenwasserstoffen)

2.4 Carbo- und Heterocyclen

2.4.1 Cycloalkane, Aromaten
Struktur, Summenformel und Molekülform von Cycloalkanen (C5, C6) und Aromaten (Benzol, Naphthalin)
2.4.2 Heterocyclen
Aliphatische und aromatische Heterocyclen mit O, N oder S (5- und 6-gliedrig): Erkennen von Pyrrol, Imidazol, Pyridin, Pyrimidin, Purin, Thiazol, Furan, Tetrahydrofuran, Pyran, Tetrahydropyran in vorgegebenen Verbindungen

2.5 Stereochemie

2.5.1 Konfiguration
Definition der Konfiguration (mit einfachen Beispielen), Raumformeln
2.5.2 Stereoisomerie
Stereoisomerie: Erkennen von Chiralitätszentren und cis/trans-Isomerie in vorgegebenen Verbindungen; Prinzipien der R/S-Nomenklatur an einfachen Beispielen; Bestimmung der Anzahl möglicher Stereoisomere
2.5.3 Enantiomere, Diastereomere
Definition; Beispiele; physikalische (optische Aktivität), chemische und pharmakologische Effekte der Enantio- und Diastereomerie
2.5.4 Fischer-Projektion, D/L-Nomenklatur
bei .alpha.-Hydroxysäuren, .alpha.-Aminosäuren und Kohlenhydraten
2.5.5 Konformation
Definition; Beispiele: lineare Kohlenwasserstoffe und Cyclohexan/Steroide

3 Stoffumwandlungen

3.1 Homogene Gleichgewichtsreaktionen

3.1.1 chemisches Gleichgewicht
Formulierung von Gleichgewichtsreaktionen: Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante K, Beeinflussung der Gleichgewichtslage
3.1.2 Kinetik, Thermodynamik
kinetische und thermodynamische Aspekte von Gleichgewichtsreaktionen
3.1.3 gekoppelte Reaktionen
Gekoppelte Reaktionen, Gesamtreaktionsgleichung, Gesamtgleichgewichtslage

3.2 Heterogene Gleichgewichtsreaktionen

3.2.1 Begriffe
Definition der Begriffe gesättigte Lösung, Suspension, Emulsion, Aerosol
3.2.2 Verteilung
Verteilung zwischen verschiedenen Phasen: Henry-Daltonsches Gesetz, Nernstscher Verteilungssatz
3.2.3 Oberflächenprozesse
Vorgänge an Oberflächen und Membranen: Adsorption, Osmose, Dialyse; Abhängigkeit der Gleichgewichtslage von Temperatur, Art und Konzentration der Stoffe; Donnan-Gleichgewicht

3.3 Säure/Base-Reaktionen

3.3.1 Definition
von Brönsted-Säuren/Basen
3.3.2 Dissoziationsabhängige Größen
pH-, pKs- und pKb-Werte, starke und schwache Säuren und Basen, Messung von pH-Werten, Titrationskurven
3.3.3 Beispiele, Anwendung
Dissoziation von Schwefelsäure, Chlorwasserstoff, "Kohlensäure", Phosphorsäure, Zitronensäure, Natriumhydroxid und Ammoniak in Wasser; Reaktionsgleichungen, konjugierte Säure/Base-Paare, Ampholyte
3.3.4 Neutralisation, Puffer
Neutralisation, pH-Werte von Salzlösungen, Pufferlösungen, pH-Optimum, Puffergleichung des Phosphatpuffers (pH = 7,2) und des Hydrogencarbonat/CO2-Puffers, Pufferkapazität

3.4 Redox-Reaktionen

3.4.1 Definitionen
Definition der Redox-Reaktion; Elektronenabgabe/Elektronenaufnahme; Oxidationsmittel/Reduktionsmittel; oxidiertes/reduziertes Produkt; Dehydrierung/Hydrierung
3.4.2 einfache Reaktionsgleichungen
Erkennen von Redox-Reaktionen und Ergänzung einfacher Gleichungen; Aufstellen von Gleichungen unter Verwendung einfacher Oxidations- und Reduktionsmittel
3.4.3 elektrochemische Zellen
Beschreibung einfacher elektrochemischer Zellen, Elektrodenpotential, Normalwasserstoffelektrode, Spannungsreihe, Nernstsche Gleichung
3.4.4 Redox-Reaktionen
Knallgas-Reaktion, pH-Abhängigkeit des Redox-Potentials, Energiebilanz, Atmungskette (s. 12.8 [Biochemie!])
3.4.5 biochemische Redoxreaktionen
Biologisch relevante Redoxreaktionen von Kohlenstoffverbindungen: Alkohole/Aldehyde/Carbonsäuren, Alkohole/Ketone, Hydrochinon/Chinon, Alkan/Alken, Thiole/Disulfide

3.5 Bildung und Eigenschaften der Salze

3.5.1 Bildung
Bildung aus den Elementen (einfache Beispiele) und durch Neutralisation
3.5.2 Eigenschaften
Löslichkeit in Wasser, Dissoziation, Hydratation, Lösungswärme, Seifen
3.5.3 schwerlösliche Salze
Fällungs-Reaktionen
3.5.4 Elektrochemische Anwendung
Elektrolyse
3.5.5 biochemisch wichtige Salze
Beispiele; die zehn am häufigsten vorkommenden Kationen und Anionen, Spurenelemente

3.6 Ligandenaustausch-Reaktionen

3.6.1 Ligandenaustausch-Reaktionen, Eigenschaften
Erkennen von Ligandenaustausch-Reaktionen, Anwendung des Massenwirkungsgesetzes, Stabilität von Metallkomplexen, Komplexkonstanten, Chelat-Effekt; Veränderung der Eigenschaften von Metallionen durch Komplexierung; Ionenkanäle
3.6.2 Beispiele
Biochemische und medizinische Bedeutung an ausgewählten Beispielen

3.7 Additions/Eliminierungs-Reaktionen

3.7.1 Additionen, Eliminationen
Hydrierung/Dehydrierung und Hydratisierung/Dehydratisierung an einfachen Beispielen; Erkennen bei vorgegebenen biochemischen Reaktionen
3.7.2 Reaktionen der Carbonylgruppe
von Aldehyden und Ketonen mit Wasser, Alkoholen und primären Aminen
3.7.3 Tautomerie, Kondensationen
Keto-Enol-Tautomerie; Aldol-Kondensation, Ester-Kondensation; Bezug zur Mevalonsäure- bzw. Fettsäure-Biosynthese

3.8 Substitutionsreaktionen

3.8.1 Reaktionsablauf, reaktive Teilchen
Lösen und Knüpfen kovalenter Bindungen: Radikal, Nucleophil, Elektrophil
3.8.2 Reaktionen am gesättigten Kohlenstoffatom
Nucleophile Substitution zur Erzeugung der unter 2.3.5 genannten funktionellen Gruppen; Bezug zur Funktion von S-Adenosyl-Methionin (SAM) als Methylierungsmittel
3.8.3 Reaktionen am ungesättigten Kohlenstoffatom
Bildung/Hydrolyse von Carbonsäureestern und Carbonsäureamiden
3.8.4 Carbonsäureamide
Säure-Base-Verhalten der Amide, partieller Doppelbindungscharakter; Thermodynamik vs. Kinetik der Amidhydrolyse in Wasser
3.8.5 Aromaten
Reaktionen an Aromaten (einfache Beispiele für Bromierung, Acylierung, Alkylierung, Sulfonierung)

3.9 Sonstige Reaktionen

3.9.1 Nukleinsäuren
Keto-Enol-Tautomerie: tautomere Formen der Nukleinbasen
3.9.2 Carbonsäuren
Decarboxylierung
3.9.3 "anorganische" Säuren
Veresterung und Amidbildung bei Schwefelsäure, "Kohlensäure" und Phosphorsäure (biochemische Beispiele)

Chemie biologisch und medizinisch relevanter Naturstoffe

4 Kohlenhydrate

4.1 Monosaccharide

4.1.1 Klassifizierung
Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Aldosen, 2-Desoxyaldosen, Ketosen, Pyranosen, Furanosen, Aminozucker
4.1.2 Beispiele
Glycerinaldehyd, Ribose, Desoxyribose, Glucose, Fructose, Mannose, Galaktose, Glucosamin, Galaktosamin, N-Acetyl-Neuraminsäure
4.1.3 Schreibweisen
Erkennen von vorgegebenen Verbindungen (s. Chemie 2.5) in der Fischer-Projektion, Haworth-Formel und Sesselform-Schreibweise
4.1.4 Stereochemie
D- und L-Reihe, .alpha.- und .beta.-Anomere, 4C1-Konformation bei Pyranosen der D-Reihe
4.1.5 Reaktionen
Prinzip der Umsetzung mit: alkoholischen OH-Gruppen (Halbacetale und Acetale), Aminen, Oxidationsmitteln (-onsäuren, -uronsäuren), Reduktionsmitteln (Zuckeralkohole)

4.2 Disaccharide

4.2.1 Klassifizierung, Aufbau
1,4-, 1,6-Verknüpfung, .alpha.- und .beta.-glycosidische Bindung (Haworth- oder Sesselform-Schreibweise), Erkennen der enthaltenen Monosaccharide
4.2.2 Beispiele
Saccharose, Lactose, Maltose, Isomaltose
4.2.3 Reaktionen
Bildung durch Kondensation, säure- oder enzymkatalysierte Hydrolyse zu Monosacchariden

4.3 Oligo- und Polysaccharide

4.3.1 Klassifizierung, Aufbau
Homo-, Heteroglykane; Erkennen der enthaltenen Monosaccharide, .alpha.- und .beta.-glycosidische Bindung, Kennzeichnung von Haupt- und Nebenketten, linearer oder helikaler Aufbau der Hauptkette
4.3.2 Struktur
Strukturprinzip von Glykogen, Stärke, Zellulose, Glykosaminoglykanen

5 Aminosäuren, Peptide, Proteine

5.1 Aminosäuren

5.1.1 Klassifizierung
L-Reihe (Fischer-Projektion, Stereoformel), .alpha.-Aminogruppe, proteinogen - nicht proteinogen, essentiell - nicht essentiell, hydrophobe - hydrophile Reste
5.1.2 Eigenschaften
Struktur in Abhängigkeit vom pH-Wert (Ampholyte), isoelektrischer Punkt; saure, neutrale, basische Aminosäuren, Wanderungsrichtung im elektrischen Feld bei vorgegebenem pH-Wert, Verhalten an Ionenaustauschern; Puffereigenschaften, Redoxverhalten (Cystein - Cystin)
5.1.3 Beispiele
die proteinogenen Aminosäuren; Ornithin, Citrullin, .beta.-Alanin, Homocystein
5.1.4 Reaktionen
Aminogruppe: Bildung von Schiffschen Basen, Amiden; Carboxylgruppe: Bildung von Estern und Anhydriden, Amiden, Decarboxylierung; Disulfidbrücken; N- und O-Glykoside

5.2 Peptide

5.2.1 Klassifizierung, Aufbau
Di-, Tri-, Oligo- und Polypeptide; Erkennen der C- und N-terminalen Aminosäure, Sequenz, Erkennen der enthaltenen Aminosäuren bei vorgegebener Strukturformel
5.2.2 Peptidbindung
Erkennen in vorgegebenen Verbindungen, Ladungsverteilung, partieller Doppelbindungscharakter, herabgesetzte Basizität des N-Atoms
5.2.3 Reaktionen
Synthese durch Kondensation (Aktivierung der Carboxylgruppe), Hydrolyse unter dem Einfluß starker Säuren oder Basen

5.3 Proteine

5.3.1 Klassifizierung, Aufbau
Einfache Proteine, zusammengesetzte Proteine (Glykoproteine, Metalloproteine, Proteine mit prosthetischen Gruppen, Lipoproteine), globuläre und fibrilläre Proteine, Primärstruktur (Sequenz), Sekundärstruktur (.alpha.-Helix, Faltblattstruktur), Tertiär- und Quartärstruktur (Definition, Bindungsarten zur Stabilisierung der Proteinstruktur), native und denaturierte Proteine
5.3.2 Eigenschaften
Ampholyte, Puffer, hydrophile/hydrophobe Proteine, Beeinflussung der Löslichkeit (Temperatur, Salze, organische Lösungsmittel, pH-Wert), Denaturierung, Wanderung im elektrischen Feld; analytische und präparative Trennung nach Ladung, Molmasse, Affinität
5.3.3 Strukturaufklärung
Hydrolyse, Bestimmung des N-Terminus, Prinzip der Sequenzierung

6 Fettsäuren, Lipide

6.1 Fettsäuren

6.1.1 Klassifizierung
geradzahlig - ungeradzahlig, gesättigt - ungesättigt, Nomenklaturprinzipien, essentiell - nicht essentiell
6.1.2 Beispiele
Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure
6.1.3 Eigenschaften
Löslichkeit, Anionen als oberflächenaktive Stoffe, Seifen, Bildung von Phasengrenzflächen und Mizellen in Wasser
6.1.4 Reaktionen
Bildung von Estern und Amiden, Reaktivität der ungesättigten Fettsäuren an der Doppelbindung

6.2 Acylglycerine

6.2.1 Klassifizierung, Struktur
Triacylglycerine, Phosphoglycerine
6.2.2 Eigenschaften
Löslichkeit, Bildung von Phasengrenzflächen und Mizellen in Wasser, Bildung von Doppelschichten und Liposomen

6.3 Sphingolipide

6.3.1 Klassifizierung, Struktur
Sphingosin als der zugrunde liegende Alkohol, Strukturelemente von Sphingolipiden (neu)
6.3.2 Eigenschaften
Beteiligung von Sphingolipiden am Aufbau von Lipiddoppelschichten, Vorstufen für Signalmoleküle (neu)

6.4 Steroide

6.4.1 Klassifizierung, Struktur
Isopren als Grundstruktur der Isoprenlipide, strukturelle Merkmale von Cholesterin, Gallensäuren und Steroidhormonen

7 Nucleotide, Nukleinsäuren, Chromatin

7.1 Nucleotide

7.1.1 Struktur
Basen: Purin- und Pyrimidinbasen; Pentosen; Nucleoside sowie deren Mono-, Di- und Triphosphate; zyklische Nucleotide; N-glykosidische Bindungen, Phosphorsäureester- und -anhydridbindung
7.1.2 Reaktionen
Spaltung der glykosidischen Bindungen sowie der Phosphorsäureester- und -anhydridbindungen durch Hydrolyse

7.2 Nukleinsäuren

7.2.1 Klassifizierung
DNA, RNA (mRNA, tRNA, rRNA, snRNA, hnRNA)
7.2.2 Struktur
Prinzip des Aufbaus eines DNA- bzw. RNA-Einzelstrangs, der DNA-Doppelhelix, 5'- und 3'-Ende, Phosphodiesterbindung; Gesetzmäßigkeiten der Basenpaarung, Wasserstoffbrücken, große und kleine Furche der DNA, DNA-Topologie
7.2.2 Reaktionen
Abbau durch enzymatische Hydrolyse, Hybridisierung, Denaturierung, Änderung der Viskosität, UV-Absorption

7.3 Chromatin

7.3.1 Struktur
Aufbau aus DNA, Histonen und Nicht-Histon-Proteinen, Struktur der Nukleosomen

8 Vitamine, Vitaminderivate, Coenzyme

8.1 Allgemeines

8.1.1 Definition und Klassifikation
Vitaminbegriff, Zuordnung von Namen und Buchstabenkurzform, Einteilung in wasser- und lipidlöslich
8.1.2 Herkunft, Stabilität
Vorkommen der in 8.1.3 genannten Vitamine in wichtigen Nahrungsmitteln, Stabilität bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln (Erhitzen, Licht- und Sauerstoffeinwirkung; s.a. 22.2.5 [Biochemie!])
8.1.3 Beispiele
Erkennen bei vorgegebener Struktur, bei zusammengesetzten Molekülen; Erkennen der Bausteine: Cholecalciferol (D3) und sein 1,25-Dihydroxyderivat (Calcitriol), Phyllochinone, Tocopherole, Retinsäure, Retinal, Retinol, Thiamin und Thiamindiphosphat, Riboflavin, FMN, FAD, Nicotinsäureamid, NAD(P)+, NAD(P)H, Pyridoxin und Pyridoxalphosphat, Biotin, Cobalamin, Folsäure, Ascorbinsäure

8.2 Biochemischer Mechanismus

 
Zusammenhang zwischen Vitamin und Coenzym, Kennzeichnung der funktionellen Gruppe, Beteiligung an Enzymreaktionen, Signaltransduktion, Antioxidation

8.3 Pathobiochemie

 
Avitaminosen, Hypo- und Hypervitaminosen
(Rachitis, Skorbut, Perniziosa)

9 Grundlagen der Thermodynamik und Kinetik

Begriffe, Definitionen und Zusammenhänge, die für das Verständnis der Energetik und der Kinetik biochemisch und medizinisch wichtiger Reaktionen, z.B. für die Beschreibung von Stoffumwandlungen im Stoffwechsel, notwendig sind.

9.1 Grundbegriffe der Energetik und Kinetik

9.1.1 endergon/exergon, endotherm/exotherm
Definition der Begriffe
9.1.2 Gibbs' freie Energie (= freie Reaktionsenthalpie)
.Delta.G: maximal geleistete Arbeit bei reversibel isotherm und isobar geführten Prozessen in geschlossenen Systemen
9.1.3 Reaktionsenthalpie
.Delta.H: Reaktionswärme einer isotherm und isobar geführten Reaktion
9.1.4 Reaktionsentropie
.Delta.S: Maß für die Änderung des Ordnungszustandes eines Systems im Verlauf einer Reaktion
9.1.5 Gibbs-Helmholtz-Gleichung
Kenntnis, daß in geschlossenen Systemen (isotherm, isobar) .Delta.G = .Delta.H - T.Delta.S gilt; Bedeutung der Gleichung
9.1.6 Änderung von Gibbs' freier Energie bei Konzentrationsänderungen
(.Delta.G0 und .Delta.G0')
9.1.7 Gibbs' freie Energie und EMK ("elektromotorische Kraft")
Bedeutung der Gleichung .Delta.G = -z·F·.Delta.E; Berechnungen an biochemisch wichtigen Beispielen
9.1.8 Reaktionsgeschwindigkeit
zeitliche Änderung der Konzentration (dc/dt) als Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit für eine gegebene Reaktion, Bedeutung des Vorzeichens
9.1.9 Reaktionsordnung
Definition des Begriffs Reaktionsordnung, Benennung von Kriterien, an denen die Reaktionsordnung (0., 1., 2. sowie pseudonullte und -erste Ordnung) erkannt wird
9.1.10 geschwindigkeitsbestimmender Teilschritt
Erkennen des geschwindigkeitsbestimmenden Teilschritts in einer aus mehreren Teilreaktionen bestehenden Reaktionskette (bei Angabe entsprechender Größen)
9.1.11 Energieprofil
Erkennen von "Übergangszustand" (aktivierter Komplex), "Zwischenstufe", "Aktivierungsenergie" (.Delta.G*) und "Reaktionsenergie" (.Delta.G) anhand einer Skizze des Energieprofils einer Reaktion, Angabe der Ordinatenbezeichnung
9.1.12 Parallelreaktionen
Erkennen der bevorzugt ablaufenden Reaktion in einem System mit mehreren Reaktionswegen mit unterschiedlicher Aktivierungsenergie
9.1.13 Katalyse
Wirkungsweise eines Katalysators: Einfluß des Katalysators auf Reaktionsgeschwindigkeit, Aktivierungsenergie, Gleichgewichtslage

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www@chemie.fu-berlin.de Letzte Änderung: 2003-07-31