# Biologie & Chemie Abitur (GK/LK): Genetik & Gentechnik, Neurobiologie, Stoffwechsel (Fotosynthese/Zellatmung), Ökologie, Evolution, Chemisches Gleichgewicht, Säure-Base, Redox & Organische Chemie

> Prüfungswissen für das Biologie-Abitur (Molekulargenetik, Genregulation, Neurophysiologie, Zellatmung & Fotosynthese, Ökologie, Evolution) und Chemie-Abitur (Massenwirkungsgesetz, pH/pKs/Puffer, Titration, Elektrochemie/Nernst, Kunststoffe, Farbstoffe & Aromaten).

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- **Level:** intermediate
- **Languages:** de → de
- **Total Cards:** 32

## Flashcards (32 Cards)

| # | Front (Term / Prompt) | Back (Definition / Answer) | Example | Multiple-Choice Options |
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| 1 | Biologie Abitur (Evolution — Homologiekriterien nach Remane, Analogie, Endosymbiontentheorie und Stammbäume der Primaten): Wie lauten die 3 Homologiekriterien nach Adolf Remane und die Belege der Endosymbiontentheorie? | Drei Homologiekriterien nach Remane (Nachweis gemeinsamer Abstammung / Divergenz): 1) Kriterium der Lage (gleiche relative Lage im Gefügesystem, z. B. Vorderextremität der Landwirbeltiere); 2) Kriterium der spezifischen Qualität (übereinstimmender Feinbau vieler Einzelmerkmale, z. B. Zahnaufbau aus Schmelz, Dentin, Pulpa und Haifisch-Hautzähnchen); 3) Kriterium der Stetigkeit / Kontinuität (Verknüpfung durch Zwischenformen in der Embryonalentwicklung oder durch Fossilien wie *Archaeopteryx* als Brückentier zwischen Reptilien und Vögeln). Analogie (Konvergenz): Funktionsähnlichkeit ohne gemeinsamen Grundbauplan durch Anpassung an gleiche Umweltbedingungen (z. B. Grabbein Maulwurf vs. Maulwurfsgrille; Stromlinienform Hai vs. Delfin). Endosymbiontentheorie (Mitochondrien und Chloroplasten stammen von aufgenommenen aeroben Bakterien bzw. Cyanobakterien ab): Doppelmembran, eigene ringförmige DNA ohne Histone, eigene $70\text{S}$-Ribosomen, Vermehrung durch Zweiteilung. |  |  |
| 2 | Biologie Abitur (Genregulation bei Prokaryoten — Das Operon-Modell nach Jacob und Monod): Vergleichen Sie die Substratinduktion am *lac*-Operon mit der Endproduktrepression am *trp*-Operon. | *lac*-Operon (Substratinduktion für Katabolismus / Abbau von Lactose): Regulatorgen codiert für einen aktiven Repressor, der ohne Lactose an den Operator bindet und die RNA-Polymerase blockiert. Ist Lactose (Induktor Allolactose) vorhanden, bindet sie allosterisch an den Repressor $\implies$ Konformationsänderung, Repressor wird INAKTIV und löst sich vom Operator $\implies$ Strukturgene (*lacZ, lacY, lacA*) werden abgelesen (zusätzliche positive Kontrolle über cAMP-CAP-Komplex bei Glucosemangel!). *trp*-Operon (Endproduktrepression für Anabolismus / Aufbau von Tryptophan): Regulatorgen bildet einen INAKTIVEN Repressor; erst bei hohem Tryptophanspiegel bindet Tryptophan als Corepressor an den Repressor $\implies$ Repressor wird AKTIV, bindet an den Operator und stoppt die weitere Enzymsynthese. |  |  |
| 3 | Biologie Abitur (Proteinbiosynthese bei Prokaryoten vs. Eukaryoten): Welche Schritte umfasst die Transkription, das RNA-Processing (Spleißen, Capping, Polyadenylierung) und die Translation am Ribosom? | Transkription im Zellkern (Eukaryoten): RNA-Polymerase II bindet über Transkriptionsfaktoren an den Promotor (TATA-Box), liest den codogenen DNA-Matrizenstrang in $3' \to 5'$-Richtung ab und synthetisiert die prä-mRNA in $5' \to 3'$-Richtung (Uracil statt Thymin). RNA-Processing (NUR bei Eukaryoten im Zellkern!): 1) $5'$-Cap-Struktur (Schutz vor Abbau, Ribosomenbindung); 2) $3'$-Poly-A-Schwanz; 3) Spleißen durch das Spleißosom: Herausschneiden der nicht-codierenden Introns und Zusammenfügen der Exons zur reifen mRNA (alternatives Spleißen ermöglicht verschiedene Proteine aus einem Gen!). Translation im Cytoplasma am Ribosom (A-, P-, E-Stelle): Aminoacyl-tRNA-Synthetase belädt tRNA spezifisch; Startcodon $\text{AUG}$ (Methionin); Peptidyltransferase-Aktivität in der P-/A-Stelle; Abbruch an den Stoppcodons $\text{UAA}, \text{UAG}, \text{UGA}$. Bei Prokaryoten finden Transkription und Translation räumlich und zeitlich gekoppelt im Cytoplasma statt. |  |  |
| 4 | Chemie Abitur (Chemische Energetik — Satz von Hess, Standardbildungsenthalpie $\Delta_R H^0$, Entropie $\Delta S$ und Gibbs-Helmholtz-Gleichung $\Delta G$): Wann verläuft eine chemische Reaktion freiwillig (exergonisch)? | Satz von Hess: Die Reaktionsenthalpie $\Delta_R H^0 = \sum \Delta_f H^0(\text{Produkte}) - \sum \Delta_f H^0(\text{Edukte})$ hängt nur vom Anfangs- und Endzustand ab (Standardbildungsenthalpie reiner Elemente im Standardzustand $= 0$). Gibbs-Helmholtz-Gleichung für die freie Enthalpie $\Delta G$: $\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S$. 1) $\Delta G < 0$ (exergonisch): Reaktion läuft freiwillig ab (immer freiwillig bei exotherm $\Delta H < 0$ und Entropiezunahme $\Delta S > 0$); 2) $\Delta G = 0$: chemisches Gleichgewicht; 3) $\Delta G > 0$ (endergonisch): Reaktion läuft nicht freiwillig ab (bei $\Delta H > 0$ und $\Delta S > 0$ erst oberhalb der Grenztemperatur $T > \frac{\Delta H}{\Delta S}$ freiwillig!). |  |  |
| 5 | Biologie Abitur (Neurobiologie — Ruhepotenzial und Aktionspotenzial): Erklären Sie die Ionenverteilung beim Ruhepotenzial (ca. $-70\text{ mV}$) und die Phasen des Aktionspotenzials am Axonhügel. | Ruhepotenzial (ca. $-70\text{ mV}$): Innenraum reich an $\text{K}^+$-Ionen und organischen Anionen ($\text{A}^-$), Außenraum reich an $\text{Na}^+$- und $\text{Cl}^-$-Ionen; Membran im Ruhezustand fast nur für $\text{K}^+$ durchlässig (Kalium-Hintergrundkanäle $\to \text{K}^+$-Diffusionspotenzial); die Natrium-Kalium-Pumpe erhält die Gradienten unter ATP-Verbrauch aufrecht ($3\,\text{Na}^+$ nach außen, $2\,\text{K}^+$ nach innen). Aktionspotenzial (Alles-oder-Nichts-Gesetz ab Schwellenwert ca. $-50\text{ mV}$): 1) Depolarisation & Overshoot (bis $+30\text{ mV}$): spannungsgesteuerte $\text{Na}^+$-Kanäle öffnen schlagartig $\to$ lawinenartiger $\text{Na}^+$-Einstrom; 2) Repolarisation: Inaktivierung der $\text{Na}^+$-Kanäle (absolute + relative Refraktärzeit!) und verzögerte Öffnung spannungsgesteuerter $\text{K}^+$-Kanäle $\to \text{K}^+$-Ausstrom; 3) Hyperpolarisation: $\text{K}^+$-Kanäle schließen langsam (kurzzeitig ca. $-80\text{ mV}$). Weiterleitung: kontinuierlich an marklosen Axonen, saltatorisch (von Schnürring zu Schnürring, schnell & energiesparend) an myelinisierten Axonen. |  |  |
| 6 | Biologie Abitur (Ökologie | Stickstoffkreislauf: 1) $\text{N}_2$-Fixierung: Knöllchenbakterien (*Rhizobium*) und Cyanobakterien reduzieren Luftstickstoff $\text{N}_2 \to \text{NH}_4^+$; 2) Ammonifikation: Destruenten (Fäulnisbakterien/Pilze) bauen organischen Stickstoff (Proteine/Harnstoff) zu $\text{NH}_3 / \text{NH}_4^+$ ab; 3) Nitrifikation (aerob!): *Nitrosomonas* oxidiert $\text{NH}_4^+ \to \text{NO}_2^-$ (Nitrit), *Nitrobacter* oxidiert $\text{NO}_2^- \to \text{NO}_3^-$ (Nitrat | Kohlenstoffkreislauf, Stickstoffkreislauf und Eutrophierung eines Sees): Erklären Sie Stickstofffixierung, Ammonifikation, Nitrifikation und Denitrifikation sowie das „Umkippen“ eines eutrophen Sees. — für Pflanzen optimal aufnehmbar); 4) Denitrifikation (anaerob bei Sauerstoffmangel im Staunässeboden): Denitrifikanten reduzieren $\text{NO}_3^- \to \text{N}_2\uparrow$. Eutrophierung eines geschichteten Sees im Sommer (Epilimnion/Metalimnion mit Sprungschicht/Hypolimnion): Übermäßiger Phosphat-/Nitrateintrag $\to$ Massenvermehrung des Phytoplanktons (Algenblüte) $\to$ Absinken toter Biomasse ins dunkle Hypolimnion $\to$ aerober Abbau zehrt gesamten $\text{O}_2$ auf $\to$ anaerober Abbau bildet giftiges $\text{H}_2\text{S}, \text{NH}_3, \text{CH}_4$ und setzt im Sediment gebundenes Phosphat frei („Phosphatfalle“). |  |
| 7 | Biologie Abitur (Evolution | Fünf Evolutionsfaktoren (Veränderung der Allelfrequenzen im Genpool einer Population): 1) Mutation (einzige Quelle völlig neuer Allele, ungerichtet); 2) Rekombination (Neuverteilung vorhandener Allele bei Meiose und Befruchtung); 3) Selektion (gerichtete Auslese durch Umweltfaktoren: stabilisierende, gerichtete/transformierende und disruptive/aufspaltende Selektion; natürliche vs. sexuelle Selektion); 4) Gendrift (zufällige Veränderung der Allelfrequenzen, besonders stark bei kleiner Populationsgröße durch Flaschenhalseffekt oder Gründereffekt); 5) Isolation (Unterbindung des Genflusses / reproduktive Isolation). Artbildung: Allopatrisch (durch geografische Trennung/Separation $\to$ unabhängige Evolution in Teilpopulationen bis zur reproduktiven Isolation) vs. Sympatrisch (im selben Verbreitungsgebiet ohne geografische Barriere, z. B. durch Polyploidisierung bei Pflanzen, ökologische Einnischung oder Partnerwahlverhalten wie bei Buntbarschen im Victoriasee | Synthetische Evolutionstheorie, Selektionsformen und Artbildung): Nennen Sie die 5 Evolutionsfaktoren der synthetischen Theorie und vergleichen Sie allopatrische und sympatrische Artbildung. — adaptive Radiation). |  |
| 8 | Chemie Abitur (Chemisches Gleichgewicht & Massenwirkungsgesetz): Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz (MWG) für $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, das Prinzip von Le Chatelier und das Haber-Bosch-Verfahren. | Massenwirkungsgesetz (Guldberg und Waage): Im dynamischen Gleichgewicht ($v_{\text{hin}} = v_{\text{rück}}$) gilt für die Gleichgewichtskonstante $K_c = \frac{c^c(C) \cdot c^d(D)}{c^a(A) \cdot c^b(B)}$ (reine Feststoffe und Lösungsmittel im Überschuss werden nicht in $K_c$ aufgenommen!). Ist $K_c \gg 1$, liegt das Gleichgewicht weit auf der Produktseite. Prinzip des kleinsten Zwangs (Le Chatelier): 1) Temperaturerhöhung begünstigt stets die ENDOTHERME Teilreaktion ($\Delta H > 0$, verändert den Zahlenwert von $K_c$!); 2) Druckerhöhung bei Gasreaktionen verschiebt das Gleichgewicht auf die Seite mit der KLEINEREN Gasteilchenzahl; 3) Konzentrationsänderung (Zugabe eines Edukts / Entzug eines Produkts verschiebt nach rechts); 4) Ein Katalysator setzt nur die Aktivierungsenergie $E_A$ für Hin- und Rückreaktion gleichermaßen herab und verschiebt die Gleichgewichtslage NICHT! Haber-Bosch-Verfahren ($\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightleftharpoons 2\,\text{NH}_3$, $\Delta H^0 = -92\text{ kJ/mol}$, exotherm & Volumenabnahme): Kompromiss aus Reaktionsgeschwindigkeit und Ausbeute bei ca. $400\text{--}500\,^\circ\text{C}$, $200\text{--}300\text{ bar}$ und Eisenoxid-Katalysator. |  |  |
| 9 | Chemie Abitur (Elektrochemie — Elektrolyse, Überspannung, Faraday-Gesetze und Korrosion): Was unterscheidet Sauerstoffkorrosion von Säurekorrosion und wie funktioniert der kathodische Korrosionsschutz (Opferanode)? | Faraday-Gesetz der Elektrolyse: $Q = I \cdot t = n \cdot z \cdot F \implies m = \frac{M \cdot I \cdot t}{z \cdot F}$ mit Faraday-Konstante $F \approx 96\,485\text{ C/mol}$. Bei der Elektrolyse wässriger Lösungen wird an der Kathode der Stoff mit dem HÖCHSTEN (positivsten) Abscheidepotenzial reduziert und an der Anode der Stoff mit dem NIEDRIGSTEN (negativsten) Abscheidepotenzial oxidiert (unter Berücksichtigung der Überspannung von $\text{H}_2$ an Zink/Blei bzw. $\text{O}_2$ an Platin/Graphit). Korrosion von Eisen (Lokalelement mit edlerem Metall wie $\text{Cu}$): 1) Säurekorrosion ($	ext{pH} < 4$): Kathodenreaktion $2\,\text{H}_3\text{O}^+ + 2\,e^- \to \text{H}_2\uparrow + 2\,\text{H}_2\text{O}$; 2) Sauerstoffkorrosion (neutral/feucht, Rosten): Kathodenreaktion $\frac{1}{2}\,\text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2\,e^- \to 2\,\text{OH}^-$. Aktiver kathodischer Korrosionsschutz (Opferanode): Ein unedleres Metall (Zink oder Magnesium) wird leitend mit dem Eisen verbunden, wirkt als Anode, wird oxidiert und beliefert das Eisen mit Elektronen. |  |  |
| 10 | Chemie Abitur (Elektrochemie | Saure Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle (PEM | Bleiakkumulator, Lithium-Ionen-Akkumulator und Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle): Geben Sie die Elektrodenreaktionen der sauren PEM-Brennstoffzelle und das Funktionsprinzip des Li-Ionen-Akkus an. — Proton Exchange Membrane): Anode (Minuspol, Oxidation): $2\,\text{H}_2 \to 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-$; Kathode (Pluspol, Reduktion): $\text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^- \to 2\,\text{H}_2\text{O}$; Gesamtreaktion: $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \to 2\,\text{H}_2\text{O}$ ($U^0 = 1{,}23\text{ V}$, hoher elektrischer Wirkungsgrad, da kein Carnot-Wirkungsgrad-Limit!). Lithium-Ionen-Akku ($U \approx 3{,}6\text{--}3{,}7\text{ V}$, aprotisches organisches Lösungsmittel, da Lithium heftig mit Wasser reagiert!): Beim Entladen (galvanische Zelle) geben die in die Graphit-Schichtstruktur eingelagerten Lithium-Atome (Interkalationsverbindung $\text{Li}_x\text{C}_6$) an der Anode Elektronen ab ($\text{Li}_x\text{C}_6 \to \text{C}_6 + x\,\text{Li}^+ + x\,e^-$) und die $\text{Li}^+$-Ionen wandern durch den Elektrolyten/Separator in das Übergangsmetalloxid-Gitter der Kathode (z. B. $\text{Li}_{1-x}\text{CoO}_2 + x\,\text{Li}^+ + x\,e^- \to \text{LiCoO}_2$). |  |
| 11 | Chemie Abitur (Organische Chemie —Kunststoffe: Polymerisation, Polykondensation, Polyaddition sowie Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere): Vergleichen Sie die 3 Synthesewege und die 3 Kunststoffklassen. | Synthesereaktionen: 1) (Radikalische/ionische) Polymerisation: Monomere mit $\text{C}=\text{C}$-Doppelbindungen reagieren ohne Abspaltung von Nebenprodukten zu Makromolekülen (PE, PP, PS, PVC, PMMA, PTFE); 2) Polykondensation: Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen (z. B. Dicarbonsäure + Diol $\to$ Polyester wie PET; Dicarbonsäure + Diamin $\to$ Polyamid wie Nylon-6,6 / Perlon) reagieren unter Abspaltung niedermolekularer Nebenprodukte wie $\text{H}_2\text{O}$ oder $\text{HCl}$; 3) Polyaddition: Monomere mit mindestens zwei funktionellen Gruppen und Mehrfachbindungen reagieren durch Protonenübertragung OHNE Abspaltung von Nebenprodukten (Diisocyanat + Diol $\to$ Polyurethan PUR; Epoxidharze). Struktur & thermisches Verhalten: Thermoplaste — lineare/kaum verzweigte Ketten (Zwischenmolekulare Kräfte), beim Erwärmen plastisch verformbar und schmelzbar (recycelbar); Duroplaste — engmaschig dreidimensional durch kovalente Bindungen vernetzt, nicht schmelzbar, zersetzen sich bei großer Hitze (Bakelit); Elastomere — weitmaschig kovalent vernetzt (z. B. durch Schwefelbrücken bei der Vulkanisation von Naturkautschuk), gummielastisch. |  |  |
| 12 | Biologie Abitur (Genmutationen, Epigenetik & Gentechnik): Unterscheiden Sie Punktmutationen (*silent, missense, nonsense*), Rastermutationen (*frameshift*), epigenetische Mechanismen (DNA-Methylierung vs. Histon-Acetylierung) sowie PCR und CRISPR/Cas9. | Genmutationen: Substitution (Punktmutation) $\to$ stumme Mutation (*silent*: gleiche Aminosäure wegen Redundanz des Codes), Fehlsinnmutation (*missense*: falsche AS, z. B. Sichelzellanämie), Unsinnmutation (*nonsense*: vorzeitiges Stoppcodon). Insertion oder Deletion von $1$ oder $2$ Basenpaaren $\to$ Leserasterverschiebung (*frameshift*, ab der Stelle komplett veränderte AS-Sequenz). Epigenetik (Veränderung der Genaktivität ohne Änderung der DNA-Sequenz): DNA-Methylierung an Cytosin (CpG-Inseln) und Histon-Deacetylierung führen zu dicht gepacktem Heterochromatin (Gen-Silencing / Abschaltung); Histon-Acetylierung lockert das Chromatin zu Euchromatin (Transkription aktiviert). PCR (Polymerase-Kettenreaktion): 1) Denaturierung ($94\text{--}96\,^\circ\text{C}$), 2) Primer-Hybridisierung / Annealing ($50\text{--}65\,^\circ\text{C}$), 3) Elongation mit hitzestabiler *Taq*-Polymerase ($72\,^\circ\text{C}$). |  |  |
| 13 | Chemie Abitur (Säure-Base-Titrationen): Vergleichen Sie den Verlauf der Titrationskurve einer starken Säure (Salzsäure) mit einer schwachen Säure (Essigsäure) bei Titration mit Natronlauge ($\text{NaOH}$). | 1) Starke Säure ($\text{HCl}$) + starke Base ($\text{NaOH}$): tiefer Start-pH, kein Pufferbereich, steiler pH-Sprung, Äquivalenzpunkt (ÄP) liegt exakt bei $\text{pH} = 7{,}0$ (neutrale $\text{NaCl}$-Lösung; geeigneter Indikator: Bromthymolblau oder Phenolphthalein). 2) Schwache Säure ($\text{CH}_3\text{COOH}$) + starke Base ($\text{NaOH}$): höherer Start-pH, flacher Pufferbereich um den Halbäquivalenzpunkt (bei $\frac{1}{2}V_{\text{ÄP}}$ gilt $\text{pH} = \text{p}K_S(\text{HAc}) = 4{,}75$), kürzerer pH-Sprung und der Äquivalenzpunkt liegt im ALKALISCHEN Bereich bei $\text{pH} > 7$ (ca. $8{,}7$), weil die gebildeten Acetat-Ionen $\text{CH}_3\text{COO}^-$ als schwache Base mit Wasser zu $\text{OH}^-$ reagieren (geeigneter Indikator mit Umschlagsbereich im Alkalischen: Phenolphthalein!). Wichtig: Das benötigte Volumen $V_{\text{ÄP}}(\text{NaOH})$ hängt NUR von der Stoffmenge $n(\text{HA})$ ab, nicht von der Säurestärke! |  |  |
| 14 | Chemie Abitur (Farbstoffchemie & Aromaten): Erklären Sie den Zusammenhang zwischen absorbiertem Licht, Komplementärfarbe, Chromophor, Auxochrom/Antiauxochrom sowie den Ablauf der Azokupplung. | Farbigkeit organischer Verbindungen: Ein ausgedehntes System konjugierter Doppelbindungen (delokalisierte $\pi$-Elektronen, HOMO-LUMO-Übergang) verringert die Anregungsenergie $\Delta E = h \cdot \frac{c}{\lambda}$ so weit, dass Licht aus dem sichtbaren Bereich ($\lambda \approx 380\text{--}780\text{ nm}$) absorbiert wird; das menschliche Auge nimmt die KOMPLEMENTÄRFARBE wahr (bathochromer Effekt = Verschiebung der Absorption zu größeren Wellenlängen / Farbvertiefung; hypsochromer Effekt = Farbaufhellung). Nach Witt: Chromophor = farbgebende Gruppe mit konjugierten Mehrfachbindungen (z. B. Azogruppe $-\text{N}=\text{N}-$, Nitrogruppe, Chinonsystem); Auxochrom = Elektronendonator mit $+\text{M}$-Effekt ($-\text{OH}, -\text{NH}_2, -\text{N(CH}_3)_2$); Antiauxochrom = Elektronenakzeptor mit $-\text{M}$-Effekt ($-\text{NO}_2, -\text{C}=\text{O}, -\text{SO}_3\text{H}$) $\implies$ Push-Pull-System! Azofarbstoffe (z. B. Methylorange): 1) Diazotierung eines primären aromatischen Amins (Anilin + $\text{NaNO}_2 + \text{HCl}$ bei $0\text{--}5\,^\circ\text{C}$ im Eisbad $\to$ Benzoldiazonium-Ion $\text{C}_6\text{H}_5-\text{N}\equiv\text{N}^+$); 2) Azokupplung ($S_E$-Reaktion des elektrophilen Diazonium-Ions in *para*-Stellung an einen aktivierten Aromaten wie Phenol oder *N,N*-Dimethylanilin). |  |  |
| 15 | Chemie Abitur (Biochemie — Aminosäuren, Zwitterionen, Isoelektrischer Punkt IEP und Proteinstrukturen): Was ist der isoelektrische Punkt (IEP) einer Aminosäure und wie verhalten sich Aminosäuren bei der Gelelektrophorese? | Aminosäuren liegen in wässriger Lösung und im Kristall als Zwitterionen ($\text{H}_3\text{N}^+-\text{CHR}-\text{COO}^-$) vor (hoher Schmelzpunkt, gute Wasserlöslichkeit, Ampholyte). Der isoelektrische Punkt (IEP) ist genau der pH-Wert, bei dem die Aminosäure nach außen elektrisch neutral ist (maximale Konzentration der Zwitterionen, minimale Wasserlöslichkeit, keine Wanderung im elektrischen Feld!). Bei $\text{pH} < \text{IEP}$ (saure Lösung) überwiegt die Kationform ($\text{H}_3\text{N}^+-\text{CHR}-\text{COOH}$) $\implies$ wandert zur Kathode (Minuspol); bei $\text{pH} > \text{IEP}$ (alkalische Lösung) überwiegt die Anionform ($\text{H}_2\text{N}-\text{CHR}-\text{COO}^-$) $\implies$ wandert zur Anode (Pluspol). Nachweise: Ninhydrin-Reaktion (blauvioletter Farbstoff Ruhemanns Purpur für freie $\alpha$-Aminosäuren), Biuret-Reaktion ($\text{Cu}^{2+}$ in alkalischer Lösung gibt violetten Komplex ab Tripeptiden/Proteinen), Xanthoprotein-Reaktion ($\text{HNO}_3$ nitriert aromatische AS wie Tyrosin/Phenylalanin gelb). |  |  |
| 16 | Chemie Abitur (Organische Chemie — Reaktionsmechanismen $S_R, A_E, S_N1/S_N2, S_E$): Ordnen Sie die 4 Grundmechanismen den Stoffklassen Alkane, Alkene, Halogenalkane und Aromaten (Benzol) zu. | 1) Radikalische Substitution ($S_R$): Alkane + Halogene ($\text{Br}_2, \text{Cl}_2$) unter UV-Licht/Hitze $\to$ Kettenstart (homolytische Spaltung $\text{Br}_2 \xrightarrow{h\nu} 2\,\text{Br}^\bullet$), Kettenfortpflanzung, Kettenabbruch. 2) Elektrophile Addition ($A_E$): Alkene + $\text{Br}_2 / \text{HBr}$ an die elektronenreiche $\text{C}=\text{C}$-Doppelbindung $\to$ Polarisierung, $\pi$-Komplex, cyclisches Bromonium-Ion bzw. stabileres Carbenium-Ion (Markovnikov-Regel: $+\text{I}$-Effekt der Alkylgruppen stabilisiert $3^\circ > 2^\circ > 1^\circ$ Carbenium-Ionen!), Rückseitenangriff des Nukleophils. 3) Nukleophile Substitution ($S_N$): Halogenalkane + $\text{OH}^- \to$ Alkohole ($S_N2$: einstufiger synchroner Rückseitenangriff mit Walden-Umkehr, bevorzugt bei primären Halogenalkanen; $S_N1$: zweistufig über planares Carbenium-Ion mit Racematbildung, bevorzugt bei tertiären Halogenalkanen und polaren protischen Lösungsmitteln). 4) Elektrophile aromatische Substitution ($S_E$): Benzol (delokalisiertes $6\,\pi$-Elektronensystem, Hückel-Regel $4n+2$, Mesomerieenergie!) + Elektrophil $\text{Br}^+ / \text{NO}_2^+$ mit Katalysator ($\text{FeBr}_3$ bzw. Nitriersäure $\text{HNO}_3/\text{H}_2\text{SO}_4$) über $\sigma$-Komplex (Wheland-Komplex) und Rearomatisierung durch $\text{H}^+$-Abspaltung. |  |  |
| 17 | Biologie Abitur (Neurobiologie — Bau der Netzhaut und Fototransduktion in den Stäbchen der Wirbeltiere): Was geschieht bei Dunkelheit vs. Belichtung in einer Fotorezeptorzelle? | Inverses Prinzip der Fototransduktion in Stäbchen (Sehpurpur Rhodopsin = Opsin + 11-*cis*-Retinal): 1) Im DUNKELN ist die Konzentration an cyclischem GMP (cGMP) hoch $\implies \text{cGMP}$-abhängige $\text{Na}^+$-Kanäle sind OFFEN (Dunkelstrom) $\implies$ das Stäbchen ist auf ca. $-30\text{ mV}$ depolarisiert und schüttet kontinuierlich den hemmenden Neurotransmitter Glutamat auf die nachgeschaltete Bipolarzelle aus. 2) Bei LICHTEINimfall isomerisiert 11-*cis*-Retinal zu *all-trans*-Retinal $\implies$ Aktivierung des G-Proteins Transducin $\implies$ Aktivierung der Phosphodiesterase (PDE), die $\text{cGMP}$ zu $\text{GMP}$ abbaut $\implies \text{Na}^+$-Kanäle SCHLIESSEN sich $\implies$ Hyperpolarisation der Rezeptorzelle auf $-70\text{ mV} \implies$ Glutamatausschüttung sinkt $\implies$ Bipolarzelle wird enthemmt und aktiviert die Ganglienzelle (Sehnerv). |  |  |
| 18 | Biologie Abitur (Klassische Genetik & Stammbaumanalyse): Wie unterscheidet man im Stammbaum autosomal-dominante, autosomal-rezessive, X-chromosomal-rezessive und X-chromosomal-dominante Erbgänge? | 1) Autosomal-dominant: Merkmal tritt in fast jeder Generation auf; zwei gesunde Eltern können KEIN krankes Kind haben; zwei kranke Eltern ($Aa \times Aa$) können ein gesundes Kind ($aa$) haben! 2) Autosomal-rezessiv: Überspringt oft Generationen; zwei gesunde (heterozygote $Aa$) Eltern haben ein krankes Kind ($aa$, sowohl Töchter als auch Söhne). 3) X-chromosomal-rezessiv (Rot-Grün-Sehschwäche, Hämophilie A): Fast nur Männer ($X^a Y$) betroffen; kranke Tochter ($X^a X^a$) MUSS einen kranken Vater ($X^a Y$) und eine Konduktorin-Mutter haben; vom kranken Vater sind niemals die Söhne direkt betroffen. 4) X-chromosomal-dominant: Kranker Vater ($X^A Y$) vererbt das Merkmal an ALLE Töchter, aber an KEINEN Sohn. |  |  |
| 19 | Chemie Abitur (Organische Chemie — Homologe Reihen, Funktionelle Gruppen und Zwischenmolekulare Kräfte): Wie beeinflussen Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen Siedetemperatur und Wasserlöslichkeit? | Stärke der zwischenmolekularen Wechselwirkungen (bestimmt Siedepunkt): Van-der-Waals-Kräfte (temporäre Dipole, steigen mit Kettenlänge/Oberfläche: Alkane) $<$ permanente Dipol-Dipol-Kräfte (Aldehyde, Ketone, Ester, Halogenalkane) $<$ Wasserstoffbrückenbindungen ($-\text{OH}, -\text{NH}_2$: Alkohole) $<$ doppelte H-Brücken über Dimere (Carbonsäuren $-\text{COOH}$ haben noch höhere Siedepunkte als Alkohole gleicher molarer Masse!). Löslichkeitsregel *Similia similibus solvuntur* („Gleiches löst sich in Gleichem“): Kurzkettige Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol) sind dank der hydrophilen $-\text{OH}$-Gruppe unbegrenzt mit Wasser mischbar; ab Butanol/Pentanol überwiegt der unpolare, hydrophobe (lipophile) Alkylrest. |  |  |
| 20 | Chemie Abitur (Elektrochemie — Galvanische Zelle, Daniell-Element, Standardelektrodenpotenzial $E^0$ und Nernst-Gleichung): Wie lauten die Elektrodenreaktionen im Daniell-Element und die Nernst-Gleichung bei $25\,^\circ\text{C}$? | Merksatz für ALLE elektrochemischen Zellen: **A**node = **O**xidation, **K**athode = **R**eduktion (**OMA**: **O**xidation **M**inuspol **A**node im galvanischen Element; bei der Elektrolyse ist dagegen die Anode der Pluspol!). Im Daniell-Element ($\text{Zn}/\text{Zn}^{2+} \parallel \text{Cu}^{2+}/\text{Cu}$): Zink ist unedler ($E^0(\text{Zn}/\text{Zn}^{2+}) = -0{,}76\text{ V} < E^0(\text{Cu}/\text{Cu}^{2+}) = +0{,}34\text{ V}$): Anode (Minuspol, Oxidation): $\text{Zn} \to \text{Zn}^{2+} + 2\,e^-$; Kathode (Pluspol, Reduktion): $\text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \to \text{Cu}$; Zellspannung unter Standardbedingungen: $\Delta E^0 = E^0_{\text{Kathode (Akzeptor)}} - E^0_{\text{Anode (Donator)}} = 0{,}34\text{ V} - (-0{,}76\text{ V}) = 1{,}10\text{ V}$. Nernst-Gleichung für die Konzentrationsabhängigkeit des Halbzellenpotenzials bei $25\,^\circ\text{C}$ ($z$ = Zahl der übertragenen Elektronen): $E = E^0 + \frac{0{,}059\text{ V}}{z} \cdot \lg\left(\frac{c(\text{Ox})}{c(\text{Red})}\right)$. |  |  |
| 21 | Biologie Abitur (Stoffwechsel — Zellatmung im Detail): Nennen Sie Kompartimente, Ausgangs-/Endstoffe und die ATP-/NADH-Bilanz der 4 Teilprozesse der aeroben Dissimilation (Zellatmung). | Summengleichung: $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \to 6\,\text{CO}_2 + 12\,\text{H}_2\text{O}$ ($\Delta G^0 = -2870\text{ kJ/mol}$). 1) Glykolyse (im Cytoplasma, anaerob): $1\text{ Glucose } (\text{C}_6) \to 2\text{ Pyruvat } (\text{C}_3) + 2\text{ ATP (netto)} + 2\text{ NADH+H}^+$ (Schlüsselenzym Phosphofructokinase wird allosterisch durch ATP/Citrat gehemmt und durch AMP/ADP aktiviert!). 2) Oxidative Decarboxylierung (Mitochondrienmatrix): $2\text{ Pyruvat} \to 2\text{ Acetyl-CoA } (\text{C}_2) + 2\,\text{CO}_2 + 2\text{ NADH+H}^+$. 3) Citratzyklus / Krebs-Zyklus (Mitochondrienmatrix): $2\text{ Acetyl-CoA} + 6\,\text{H}_2\text{O} \to 4\,\text{CO}_2 + 2\text{ GTP (ATP)} + 6\text{ NADH+H}^+ + 2\text{ FADH}_2$. 4) Atmungskette / Oxidative Phosphorylierung (innere Mitochondrienmembran / Cristae): $10\text{ NADH+H}^+$ und $2\text{ FADH}_2$ geben Elektronen über Komplex I–IV auf Sauerstoff ab ($\text{O}_2 \to \text{H}_2\text{O}$); der aufgebaute Protonengradient im Intermembranraum treibt durch chemiosmotische Kopplung die ATP-Synthase an ($\approx 26\text{--}34\text{ ATP}$; Gesamtbilanz: $30\text{--}38\text{ ATP pro Glucose}$). |  |  |
| 22 | Chemie Abitur (Organische Chemie — Veresterung und Esterhydrolyse / Verseifung): Erklären Sie den säurekatalysierten Mechanismus der Veresterung und warum die alkalische Esterhydrolyse (Verseifung) vollständig und irreversibel abläuft. | Säurekatalysierte Veresterung (Gleichgewichtsreaktion mit $K_c \approx 4$ bei Ethansäure + Ethanol): $\text{R}_1-\text{COOH} + \text{HO}-\text{R}_2 \stackrel{\text{H}^+}{\rightleftharpoons} \text{R}_1-\text{COO}-\text{R}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Mechanismus: Protonierung des Carbonyl-Sauerstoffs erhöht die Elektrophilie des Carbonyl-C-Atoms $\to$ nukleophiler Angriff des Alkohols $\to$ Protonenwanderung $\to$ Abspaltung von $\text{H}_2\text{O}$ und Deprotonierung. Alkalische Esterhydrolyse (Verseifung mit $\text{NaOH}$): $\text{R}_1-\text{COO}-\text{R}_2 + \text{OH}^- \to \text{R}_1-\text{COO}^- + \text{R}_2-\text{OH}$. Sie verläuft VOLLSTÄNDIG (irreversibel), weil im letzten Schritt die gebildete Carbonsäure durch $\text{OH}^-$ sofort zum mesomeriestabilisierten Carboxylat-Anion ($\text{R}_1-\text{COO}^-$) deprotoniert wird, das von $\text{OH}^-$ nicht mehr nukleophil angegriffen werden kann. |  |  |
| 23 | Biologie Abitur (Neurobiologie — Chemische Synapse, EPSP/IPSP und Synapsengifte): Beschreiben Sie die Erregungsübertragung an einer cholinergen Synapse und die Wirkweise typischer Neurotoxine. | Ablauf an der chemischen Synapse: 1) Aktionspotenzial erreicht das präsynaptische Endknöpfchen $\to$ Depolarisation öffnet spannungsgesteuerte $\text{Ca}^{2+}$-Kanäle $\to \text{Ca}^{2+}$-Einstrom; 2) Vesikel verschmelzen durch Exocytose mit der präsynaptischen Membran und schütten Acetylcholin (ACh) in den synaptischen Spalt aus; 3) ACh bindet nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an ligandengesteuerte $\text{Na}^+$-Kanäle der postsynaptischen Membran $\implies \text{Na}^+$-Einstrom erzeugt ein erregendes postsynaptisches Potenzial (EPSP; hemmende Synapsen mit GABA öffnen dagegen $\text{Cl}^-$- oder $\text{K}^+$-Kanäle $\implies$ Hyperpolarisation / IPSP; räumliche und zeitliche Summation am Axonhügel); 4) Acetylcholinesterase spaltet ACh in Acetat und Cholin (Wiederaufnahme in die Präsynapse). Synapsengifte: Curare (kompetitiver Antagonist an ACh-Rezeptoren $\to$ schlaffe Lähmung); $\alpha$-Latrotoxin der Schwarzen Witwe (massiver $\text{Ca}^{2+}$-Einstrom $\to$ Dauerentleerung der Vesikel, Krämpfe); Botulinumtoxin (hemmt Vesikelexocytose $\to$ schlaffe Lähmung); E605/Sarin/Alkylphosphate (hemmen Acetylcholinesterase irreversibel $\to$ ACh-Dauererregung, Krämpfe/Atemlähmung; Antidot: Atropin). |  |  |
| 24 | Biologie Abitur (Stoffwechsel — Fotosynthese: Lichtreaktion, Calvin-Zyklus sowie $\text{C}_3$-, $\text{C}_4$- und CAM-Pflanzen): Vergleichen Sie Primärreaktion und Sekundärreaktion im Chloroplasten sowie die Anpassungen von $\text{C}_4$- und CAM-Pflanzen. | 1) Lichtabhängige Primärreaktion (Thylakoidmembran): Fotolyse des Wassers am Fotosystem II ($\text{P}_{680}$: $2\,\text{H}_2\text{O} \to \text{O}_2 + 4\,\text{H}^+ + 4\,e^-$), Elektronentransportkette über Plastochinon, Cytochrom-$b_6 f$-Komplex (pumpt $\text{H}^+$ ins Thylakoidlumen $\to$ Fotophosphorylierung von ADP zu ATP an der ATP-Synthase) zum Fotosystem I ($\text{P}_{700}$) und Reduktion von $\text{NADP}^+$ zu $\text{NADPH+H}^+$ durch die NADP-Reduktase. 2) Lichtunabhängige Sekundärreaktion / Calvin-Zyklus (Stroma): a) Kohlenstofffixierung von $\text{CO}_2$ an Ribulose-1,5-bisphosphat ($\text{RuBP}, \text{C}_5$) durch das Enzym Rubisco zu 2 Molekülen 3-Phosphoglycerat ($\text{PGS}, \text{C}_3$); b) Reduktion unter Verbrauch von ATP und $\text{NADPH+H}^+$ zu Glycerinaldehyd-3-phosphat ($\text{GAP/PGL} \to$ Glucoseaufbau); c) Regeneration des Akzeptors $\text{RuBP}$. Um bei Hitze/Trockenheit die Fotorespiration der Rubisco zu vermeiden, nutzen $\text{C}_4$-Pflanzen (Mais, Zuckerrohr: hochaffine PEP-Carboxylase in Mesophyllzellen $\to$ Oxalacetat/Malat $\to$ Calvin-Zyklus in Leitbündelscheidenzellen) eine RÄUMLICHE Trennung und CAM-Pflanzen (Sukkulenten, Ananas: nächtliche $\text{CO}_2$-Fixierung als Äpfelsäure in der Vakuole) eine ZEITLICHE Trennung. |  |  |
| 25 | Chemie Abitur (Kohlenhydrate — Fischer-Projektion, Haworth-Projektion, Mutarotation und Glykosidische Bindung): Erklären Sie die Mutarotation der D-Glucose und warum Maltose und Cellobiose reduzierend wirken, Saccharose aber nicht. | D-Glucose bildet in wässriger Lösung durch intramolekulare Halbacetalbildung zwischen der $-\text{OH}$-Gruppe am chiralen $\text{C}5$-Atom und der Aldehydgruppe am $\text{C}1$-Atom einen Sechsring (Pyranose) mit einem neuen asymmetrischen Zentrum am anomeren $\text{C}1$-Atom: $\alpha$-D-Glucopyranose ($-\text{OH}$ an $\text{C}1$ in Haworth-Projektion nach UNTEN) steht über die offenkettige Aldehydform (ca. $0{,}02\%$) im Gleichgewicht mit $\beta$-D-Glucopyranose ($-\text{OH}$ an $\text{C}1$ nach OBEN) $\implies$ Änderung des optischen Drehwinkels bis zum Gleichgewichtswert $+52{,}7^\circ$ heißt Mutarotation. Disaccharide: In Maltose ($\alpha$-1,4-glykosidisch) und Cellobiose ($\beta$-1,4-glykosidisch) hat der zweite Glucose-Baustein am $\text{C}1$ noch eine freie Halbacetal-OH-Gruppe, die sich zur Aldehydform öffnen kann $\implies$ reduzierend (Fehling positiv)! In Saccharose sind $\alpha$-D-Glucose ($\text{C}1$) und $\beta$-D-Fructose ($\text{C}2$) über beide anomeren Zentren ($\alpha, \beta$-1,2-glykosidisch, Vollacetal) verknüpft $\implies$ keine Ringöffnung möglich, NICHT reduzierend (Fehling negativ). |  |  |
| 26 | Chemie Abitur (Organische Chemie | 1) Primärer Alkohol ($R-\text{CH}_2\text{OH}$) + $\text{CuO} \to$ Aldehyd ($R-\text{CHO}$) + $\text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$ $\xrightarrow{[\text{O}]}$ Carbonsäure ($R-\text{COOH}$); 2) Sekundärer Alkohol ($R_1-\text{CH(OH)}-R_2$) + $\text{CuO} \to$ Keton ($R_1-\text{CO}-R_2$) + $\text{Cu} + \text{H}_2\text{O}$ (nicht ohne C-C-Bindungsbruch weiter oxidierbar); 3) Tertiärer Alkohol ($R_3\text{C}-\text{OH}$): kein H-Atom am carbinolischen C-Atom $\implies$ nicht mild oxidierbar! Nachweis der Aldehydgruppe $-\text{CHO}$ (und reduzierender Zucker wie Glucose, Fructose durch Keto-Enol-Tautomerie, Maltose, Lactose | Oxidation von Alkoholen und Nachweisreaktionen für Aldehyde / Reduzierende Zucker): Welche Produkte entstehen bei der Oxidation primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole mit heißem $\text{CuO}$? — NICHT Saccharose!): Fehling-Probe ($\text{Cu}^{2+}$ in alkalischer Tartratlösung wird zu ziegelrotem $\text{Cu}_2\text{O}\downarrow$ reduziert) und Tollens-Probe / Silberspiegelprobe ($[\text{Ag(NH}_3)_2]^+$ wird zu elementarem Silber $\text{Ag}\downarrow$ reduziert, während das Aldehyd zum Carboxylat $-\text{COO}^-$ oxidiert wird). |  |
| 27 | Biologie Abitur (Ökologie | Klimaregeln für homoiotherme (gleichwarme) Tiere: Bergmannsche Regel (in kälteren Regionen sind Individuen einer Art/Verwandtschaftsgruppe größer $\implies$ kleineres Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis $A/V$ verringert den relativen Wärmeverlust); Allensche Regel (Körperanhänge wie Ohren/Schwänze sind in kalten Regionen kleiner). Drei Lotka-Volterra-Regeln (Räuber-Beute-Beziehung): 1) Periodische Populationsschwankungen (Maxima der Räuber folgen zeitverzögert auf die Maxima der Beute); 2) Konstanz der Mittelwerte beider Populationen über lange Zeiträume; 3) Störung der Mittelwerte: nach gleich starker Dezimierung beider Populationen erholt sich die Beutepopulation schneller als die Räuberpopulation. Fortpflanzungsstrategien: r-Strategen (hohe Nachkommenzahl, kaum Brutpflege, kurze Lebensdauer, rasche Besiedlung | Abiotische und biotische Faktoren, Bergmann-/Allen-Regel, Lotka-Volterra-Regeln und Stickstoffkreislauf): Formulieren Sie die 3 Lotka-Volterra-Regeln und unterscheiden Sie r- und K-Strategen. — z. B. Bakterien, Blattläuse) vs. K-Strategen (Anpassung an die Kapazitätsgrenze $K$, wenige Nachkommen, intensive Brutpflege, lange Lebensdauer — z. B. Elefant, Mensch). |  |
| 28 | Biologie Abitur (Molekulargenetik — DNA-Replikation): Beschreiben Sie den Ablauf der semikonservativen DNA-Replikation an Leitstrang (*leading strand*) und Folgestrang (*lagging strand*) mit allen beteiligten Enzymen. | Semikonservative Replikation (Meselson-Stahl-Experiment): 1) Topoisomerase entspiralisiert die Doppelhelix; 2) Helicase trennt die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Basenpaaren ($	ext{A}=	ext{T}$ 2 H-Brücken, $	ext{G}\equiv\text{C}$ 3 H-Brücken) an der Replikationsgabel auf; 3) Primase synthetisiert kurze komplementäre RNA-Primer ($3'$-OH-Ende als Startpunkt); 4) DNA-Polymerase III knüpft Desoxyribonukleosidtriphosphate (dNTPs) IMMER nur in $5' \to 3'$-Richtung an das $3'$-OH-Ende an: am $3' \to 5'$-Matrizenstrang kontinuierlich (Leitstrang), am antiparallelen $5' \to 3'$-Strang diskontinuierlich in kurzen Okazaki-Fragmenten (Folgestrang); 5) DNA-Polymerase I (RNase H) ersetzt die RNA-Primer durch DNA-Nukleotide; 6) DNA-Ligase verknüpft die verbleibenden Lücken im Zucker-Phosphat-Rückgrat unter ATP-Verbrauch. |  |  |
| 29 | Biologie Abitur (Immunbiologie — Spezifische humorale und zelluläre Immunantwort, ELISA-Test und Impfung): Wie wirken T-Helferzellen, B-Plasmazellen und cytotoxische T-Killerzellen zusammen? | Nach Antigenpräsentation durch Makrophagen/dendritische Zellen auf MHC-II-Rezeptoren: 1) T-Helferzellen ($\text{CD4}^+$) erkennen das Antigen und schütten Cytokine (Interleukine) aus; 2) Humorale Immunantwort: B-Lymphozyten mit passendem Rezeptor proliferieren (klonale Selektion) und differenzieren zu Gedächtniszellen und Plasmazellen, die maßgeschneiderte Antikörper (Immunglobuline IgG/IgM mit variabler Fab-Region und konstanter Fc-Region) zur Neutralisation/Präzipitation/Agglutination sezernieren; 3) Zelluläre Immunantwort: Cytotoxische T-Killerzellen ($\text{CD8}^+$) erkennen virusbefallene oder entartete Körperzellen über MHC-I-Komplexe und lösen deren Apoptose (programmierter Zelltod durch Perforin/Granzym) aus. Aktive Immunisierung (Schutzimpfung mit abgeschwächten Antigenen/mRNA $\to$ Gedächtniszellen, Langzeitschutz) vs. Passive Immunisierung (Heilimpfung mit fertigen Antikörpern $\to$ Sofortschutz, kein Immungedächtnis). |  |  |
| 30 | Chemie Abitur (Aromaten — Zweitsubstitution am Benzolring, $+\text{I}/-\text{I}$- und $+\text{M}/-\text{M}$-Effekte): Welche Erstsubstituenten dirigieren in *ortho/para*-Stellung und welche in *meta*-Stellung? | 1) Substituenten 1. Ordnung (dirigieren den Zweitsubstituenten in *ortho*- und *para*-Stellung): Elektronendonatoren mit $+\text{M}$-Effekt ($-\text{OH}, -\text{OR}, -\text{NH}_2, -\text{NR}_2$) oder $+\text{I}$-Effekt (Alkylgruppen wie $-\text{CH}_3$ im Toluol) erhöhen die Elektronendichte im Ring und aktivieren ihn (Ausnahme: Halogene $-\text{F}, -\text{Cl}, -\text{Br}, -\text{I}$ dirigieren wegen ihres $+\text{M}$-Effekts ebenfalls nach *ortho/para*, desaktivieren aber wegen ihres stärkeren $-\text{I}$-Effekts die Reaktionsgeschwindigkeit!). 2) Substituenten 2. Ordnung (dirigieren in *meta*-Stellung und desaktivieren den Ring stark): Elektronenakzeptoren mit $-\text{M}$- und $-\text{I}$-Effekt ($-\text{NO}_2, -\text{CN}, -\text{CHO}, -\text{COR}, -\text{COOH}, -\text{SO}_3\text{H}$). |  |  |
| 31 | Biologie Abitur (Enzymatik — Michaelis-Menten-Kinetik und Hemmtypen): Vergleichen Sie kompetitive Hemmung, allosterische (nicht-kompetitive) Hemmung und Substratinduktion im $v([S])$-Diagramm. | Michaelis-Menten-Konstante $K_M$: Substratkonzentration $[S]$, bei der die halbmaximale Reaktionsgeschwindigkeit $\frac{1}{2}v_{\max}$ erreicht wird (kleines $K_M =$ hohe Substrataffinität des Enzyms). 1) Kompetitive Hemmung: Inhibitor ähnelt dem Substrat und konkurriert um das aktive Zentrum $\implies K_M$ steigt scheinbar an, aber durch sehr hohe Substratkonzentration $[S]$ wird dieselbe Maximalgeschwindigkeit $v_{\max}$ erreicht! 2) Allosterische (nicht-kompetitive) Hemmung: Inhibitor bindet an das allosterische Zentrum und verändert die Raumstruktur des aktiven Zentrums $\implies$ auch durch hohe $[S]$ nicht aufhebbar, $v_{\max}$ SINKT ($K_M$ bleibt unverändert). RGT-Regel der Temperaturabhängigkeit bis zum Temperaturoptimum, darüber irreversible Denaturierung der Tertiärstruktur. |  |  |
| 32 | Chemie Abitur (Säure-Base-Gleichgewichte nach Brønsted | Nach Brønsted sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren. Ionenprodukt des Wassers bei $25\,^\circ\text{C}$: $K_W = c(\text{H}_3\text{O}^+) \cdot c(\text{OH}^-) = 10^{-14}\text{ mol}^2/\text{L}^2 \implies \text{pH} + \text{pOH} = 14$ und für jedes korrespondierende Säure-Base-Paar $\text{p}K_S + \text{p}K_B = 14$. 1) Starke einprotonige Säure ($\text{p}K_S < 0$, vollständige Protolyse): $\text{pH} = -\lg(c_0(\text{HA}))$; 2) Schwache Säure ($\text{p}K_S > 4{,}5$): $\text{pH} = \frac{1}{2}\left(\text{p}K_S - \lg(c_0(\text{HA}))\right)$; 3) Pufferlösung (schwache Säure $\text{HA}$ + korrespondierende Base $\text{A}^-$, z. B. Essigsäure/Acetat-Puffer oder Kohlensäure/Hydrogencarbonat-Blutpuffer) | pH-Wert, $\text{p}K_S$/$\text{p}K_B$ und Henderson-Hasselbalch-Puffergleichung): Wie berechnet man den pH-Wert starker und schwacher Säuren sowie eines Puffersystems? — Henderson-Hasselbalch-Gleichung: $\text{pH} = \text{p}K_S + \lg\left(\frac{c(\text{A}^-)}{c(\text{HA})}\right)$. Am Halbäquivalenzpunkt einer Titration gilt $c(\text{A}^-) = c(\text{HA}) \implies \text{pH} = \text{p}K_S$ (maximale Pufferkapazität!). |  |

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