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Die mehrwertigen Alkohole treten in der Natur wesentlich häufiger auf als die einwertigen Alkohole. Die einfachsten und sehr bedeutenden Vertreter sind das Ethan-1,2-diol (Ethylenglycol) und das Propan-1,2,3-triol (Glycerol). Mehrwertige Alkohole haben nicht nur in der Natur, sondern auch in der chemischen Industrie und in der Technik Bedeutung.

Die Eigenschaften der mehrwertigen Alkohole werden ganz entscheidend von der Anzahl der Hydroxylgruppen bestimmt.

Alkylbenzene sind aromatische Verbindungen, die durch Friedel-Crafts-Reaktionen synthetisiert werden. Ausgangsstruktur ist ein Benzenring, an den Alkanreste substituiert werden.

Mit der Entstehung der Vielzelligkeit und der damit verbundenen Differenzierung von Zellen in Keimbahn- und Körperzellen ist für die Körperzellen ein Alterungsprozess verbunden, der zum Tod der Zellen und des vielzelligen Organismus führt. Keimzellen (Ei- und Spermazellen) sind potenziell unsterblich, d.h. sie können sich unbegrenzt weiter teilen. Bei ungünstigen Umwelteinflüssen zeigen aber auch diese Zellen Alterungserscheinungen, welche jedoch bei günstigen Bedingungen wieder beseitigt werden können.
Man hat herausgefunden, dass während des Elektronentransportes in der Atmungskette Peroxidionen $(O_2{}^{-})$ entstehen können, die über Wasserstoffperoxid aggressive freie Radikale bilden. Diese Radikale zerstören Proteine, Lipide und DNA. Mit dem Altern nimmt ihre Zahl zu und führt zur Einschränkung der ATP-Produktion. Gegenwärtig läuft die Forschung auf Hochtouren, um Schutzenzyme zu finden, die die freien Radikale ohne negative Folgen abfangen können.

Die Methansäure wird aufgrund ihres Vorkommens in den Giftsekreten der Ameisen auch Ameisensäure genannt. 1670 wurde diese Säure in Waldameisen entdeckt. Ihre Summenformel lautet HCOOH. Sie zählt zur Gruppe der Carbonsäuren und stellt deren stärksten sauren Vertreter dar. Da sie auch als Aldehyd reagieren kann, nimmt sie eine Sonderstellung in der Gruppe der Carbonsäuren ein.

Amine sind organische Stickstoffverbindungen mit der Amino-Gruppe ${\text{(-NH}}_{\text{2}}\text{)}$ als funktioneller Gruppe. Sie weisen ähnliche chemische Eigenschaften wie Ammoniak auf und können vereinfacht als Abkömmlinge (Derivate) des Ammoniaks betrachtet werden.
Amine haben sowohl in der chemischen Industrie als auch in der Natur große Bedeutung. Einige sind lebensnotwendig, andere sehr giftig. In der Industrie werden Amine als Ausgangsstoffe oder Zwischenprodukte wichtiger technischer Verfahren genutzt.

Aminosäuren sind organische Verbindungen, die über mindesten je ein Amino-Gruppe und mindestens eine Carboxy-Gruppe im Molekül verfügen. Die in der Natur am häufigsten vorkommenden Aminosäuren sind die $\alpha$-Aminosäuren. 22 dieser Verbindungen werden als biogene oder proteinogene Aminosäuren bezeichnet, da aus sie die Bausteine der Proteine sind. Aminosäuren liegen in einer zwitterionischen Struktur vor und verhalten sich wie Ampholyte. Die Moleküle können weitere funktionelle Gruppen enthalten, die die Stoffeigenschaften bestimmen.

Aromatische Verbindungen sind cyclische Verbindungen, deren Ringatome ${\text{sp}}^{\text{2}}–$hybridisiert sind. Somit liegen die Ringatome in einer Ebene. Das an jedem Atom des Rings verbleibende p-Orbital steht ober- und unterhalb dieser Ebene. Die Elektronen im gebildeten $\pi -$System sind delokalisiert, was zu einer Energieabsenkung (Mesomerieenergie) führt. Die Anzahl der Elektronen im $\pi -$System entspricht der Hückel-Regel.

Ascorbinsäure ist eine ringförmige Verbindung, die besser unter dem Namen Vitamin C bekannt ist. Obwohl der Stoff keine Carbonsäure ist, kann das Molekül zwei Protonen abgeben. Darauf und auf der reduzierenden Wirkung basiert der Einsatz als Konservierungsstoff in der Lebensmittelindustrie.
Dieser ist für die Industrie auch deshalb so interessant, weil Vitamin C einen essenziellen Stoff für den menschlichen Organismus darstellt. Ascorbinsäure ist an der Biosynthese von Hormonen und anderen Eiweißen beteiligt, stärkt das Immunsystem und wirkt als Radikalfänger. Die empfohlene tägliche Aufnahme von Vitamin C beträgt 70-100 mg, unter bestimmten Umständen sogar mehr. Allerdings sollte diese nicht im Zusammenhang mit Süßigkeiten, sondern durch vitaminreiche Obst- und Gemüsesorten aufgenommen werden.

Die Atmungskette ist der letzte Schritt des in den Mitochondrien stattfindenden Glukoseabbaus und schließt sich an die Glykolyse und den Citratzyklus an. Die während des Citratzyklus entstandenen Coenzyme ${\text{NADH}}^{\text{2+}}$ und ${\text{FADH}}_{\text{2}}$ übertragen ihren Wasserstoff an Sauerstoff und bilden somit Wasser – eine Knallgasreaktion mitten in der Zelle - würde diese Reaktion nicht auf viele harmlose Schritte aufgespalten ablaufen – die Atmungskette. Als Endprodukt entsteht ATP, welches dem Organismus als Energie zur Verfügung steht.
Die Enzyme der Atmungskette sind bei Prokaryoten in der Cytoplasmamembran, bei Eukaryoten in der inneren Mitochondrienmembran lokalisiert. Sie bilden eine Reihe/Kette von Redoxsystemen, durch die Elektronen stufenweise in Richtung positiveres Potenzial transportiert werden. Integrale Membranproteine pumpen an drei Stellen der Reaktionskette Protonen durch die Membran, da diese nicht ohne Weiteres die Biomembranen passieren können. Es gibt drei verschiedene Transportarten für Elektronen in der Atmungskette: die ausschließliche Elektronenübertragung (${\text{Fe}}^{\text{3+}}$ zu ${\text{Fe}}^{\text{2+}}$), die Übertragung eines Wasserstoffatoms (${\text{H}}^{\text{+}}\text{+}{\text{e}}^{\text{-}}$) oder die Übertragung eines Hydridions (${\text{H}}^{\text{-}}$).

Benzaldehyd ist der einfachste aromatische Aldehyd mit der Summenformel $C_2{H}_{5}CHO$. Es ist eine nach bitteren Mandeln riechende farblose Flüssigkeit. Benzaldehyd ist sehr reaktionsfreudig. Es ist in Ethanol und Ether gut löslich, in Wasser weniger. Durch Autoxidation geht es leicht zu Benzoesäure über. Benzaldehyd ist in bitteren Mandeln und Kernen verschiedener Früchte zu finden, es kann aber auch technisch produziert werden. Verwendet wird es zur Herstellung von parfümierten Seifen, pharmazeutischen Präparaten, speziellen Farbstoffen, sowie Geruchs- und Geschmacksstoffen in Lebensmitteln.

Der Kohlenwasserstoff Benzen wurde 1825 von M. Faraday entdeckt. Die theoretische Erklärung der aromatischen Struktur gelang erst im 20. Jh. mithilfe der modernen Wellenmechanik. Durch den aromatischen Zustand ist das Benzen relativ reaktionsträge. Typische Reaktionen von Benzen sind elektrophile Substitutionen am Aromaten. Benzen ist ein bedeutender Ausgangsstoff für die chemische Industrie. Es ist der Prototyp aromatischer Verbindungen.

Benzpyren (Benzo[a]pyren, 3,4-Benzpyren) ist ein kondensierter aromatischer Kohlenwasserstoff. Benzpyren ist unlöslich in Wasser aber lipophil. Es gehört in die Klasse der Karzinogene, also den Substanzen, die Tumorzellen erzeugen. Dabei ist nicht das Benzpyren selbst der unmittelbare Auslöser sondern ein Produkt, das bei der Biotransformation gebildet wird.

* 11.10.1884 in Goldschmieden (heute zu Breslau gehörig)
† 31.03.1949 in Buenos Aires

FRIEDRICH BERGIUS war ein deutscher Chemiker. Er entwickelte ein Verfahren zur Hochdruckhydrierung von Kohle, befasste sich mit der Holzverzuckerung und der Umwandlung von Ethen zu Glycol (Ethandiol). 1931 erhielt FRIEDRICH BERGIUS gemeinsam mit CARL BOSCH (1874-1940) den Nobelpreis für Chemie.

Bier ist eines der ältesten biotechnologisch hergestellten Produkte der Menschheit. Es war bereits den Sumerern und im alten Ägypten bekannt. Getreide ist das Ausgangsprodukt, das bei der Bierherstellung in Malz und danach in eine Maische umgewandelt wird. Die in der Maische enthaltenen Zucker werden von Hefe zu Alkohol gegoren. In Deutschland darf seit 1516 nur Gerste, Weizen, Wasser, Hopfen und Hefe zum Bierbrauen verwendet werden (Reinheitsgesetz).

Die Technik des Bierbrauens von der Gerste bis zum Bier als umfasst weit mehr als den Prozess der alkoholischen Gärung. Der biochemische Hintergrund kann im Chemieunterricht durch eine Reihe von Experimenten untersucht werden. Im Rahmen des Projektes wird die Geschichte der Bierbrauerei und die moderne Technologie der Bierherstellung erläutert.

Nach dem zweiten Weltkrieg wurden eine Vielzahl von Entdeckungen im Grenzgebiet zwischen Biologie und Chemie gemacht. Dazu zählt die weitgehende Aufklärung der Reaktionen bei der Fotosynthese und die Klärung der Struktur der DNA als Überträger der Erbinformation. Mit der Molekularbiologie und der Gentechnologie bildeten sich neue Spezialgebiete der Naturwissenschaft heraus.
Mithilfe der Röntgenstrukturanalyse ließen sich auch die Strukturen komplizierter Moleküle beschreiben und damit wurde die Grundlage für deren Synthese geschaffen. Auf diese Weise wurde eine Vielzahl von neuen Arzneistoffen, Schädlingsbekämpfungsmitteln oder Waschmittelzusätzen entwickelt. Dabei kam es nicht nur auf die Wirkung der Stoffe sondern zunehmend auch auf deren Umweltverträglichkeit an. Die Eutrophierung der Gewässer und der beginnende Abbau der Ozonschicht wiesen darauf hin, dass die Natur nicht unbegrenzt mit den Abprodukten der menschlichen Zivilisation belastet werden kann.
Außerdem arbeiteten Physiker und Chemiker an der Erschließung neuer Energiequellen. Dabei stand noch die Kernenergie im Zentrum des Interesses, auch wenn die alte Idee der umweltverträglichen Brennstoffzellen bereits wieder aufgegriffen wurde. Der hohe Entwicklungsstand der Werkstoffchemie und der Astrophysik ermöglichte in den 60er-Jahren die bemannte Raumfahrt.

In keinem Land der Welt gibt es mehr Brotsorten, die regelmäßig im Handel angeboten werden, als in Deutschland: mehr als 200. Dieser großen Variationsbreite liegen wenige, jahrtausendealte Grundrezepte der Herstellung zugrunde.

* 24.03.1903 in Bremerhaven-Lehe
† 18.01.1995 in München

Adolf Butenandt war einer der bedeutendsten Biochemiker des 20. Jahrhunderts.
Seine Arbeiten zur Erforschung der chemischen Struktur und zur Wirkungsweise der Sexualhormone z. B. Androsteron, Progesteron oder Testosteron waren Bahn brechend.
Er klärte den Tryptophan- Stoffwechsel bei Insekten auf und isolierte in fast zwanzigjähriger Arbeit den Insektenlockstoff des Seidenspinners (Bombyx mori), das Bombykol.
BUTENANDT bekam 1939 (überreicht 1949) gemeinsam mit L. Ruzicka den Nobelpreis für Chemie.

* 08.04.1911 in Saint Paul (Minnesota)
† 08.01.1997 in Berkely (Kalifornien)

Melvin Calvin ist ein amerikanischer Chemiker. In den fünfziger Jahren klärte er mit Hilfe des radioaktiv markierten Kohlenstoffs einen Teil der Fotosynthese auf, der nach ihm mit „Calvin-Zyklus“ benannt wurde. Für diese bahnbrechenden Ergebnisse erhielt Calvin 1961 den Nobelpreis für Chemie.
Calvin isolierte das Rhesus-Antigen und erforschte die Entstehung von Krebs, die chemische Evolution auf der Erde und Theorien zur Urzeugung. Calvin war während des zweiten Weltkrieges an der Entwicklung der Atombombe in den USA mitbeteiligt.

Die Carbonsäuren weisen sehr unterschiedliche Strukturen auf, da es sich um Derivate der entsprechenden Kohlenwasserstoffe handelt. Die bekanntesten Vertreter sind sicherlich die Alkansäuren, aber auch ungesättigte Carbonsäuren oder aromatische Verbindungen gehören dazu. Das gemeinsame Strukturmerkmal besteht in der Carboxylgruppe, die bei allen Carbonsäuren die Eigenschaften mit beeinflusst.

Eine einfache Carbonsäure (Monocarbonsäure) erkennt man leicht an der Carboxylgruppe -COOH. Manche Carbonsäuren können auch mehrere Carboxylgruppen im Molekül enthalten. Daneben existieren auch Verbindungen, die neben der Carboxylgruppe noch mindestens eine andere funktionelle Gruppe aufweisen. Dazu gehören z. B. die Halogencarbonsäuren, die Hydroxy- oder die Aminosäuren.

Chemosynthese (auch Chemolithotrophie oder Chemoautotrophie) ist eine Form des chemotrophen Energiestoffwechsels (Chemotrophie), bei dem anorganische Verbindungen oder Ionen die Reduktionsäquivalente für den Energiegewinn liefern. Chemosynthese betreiben chlorophyllfreie Prokaryoten. Sie kommt bei Bodenbakterien und Wasserbakterien vor. Dieser Prozess wurde von SERGEJ NIKOLAJEWITSCH WINOGRADSKIJ (1856-1953) bei den schwefeloxidierenden Bakterien, eisenoxidierenden Bakterien (1887, 1889) und den nitrifizierenden Bakterien (1890) entdeckt.
Bei der Chemolithotrophie werden durch die Oxidation von anorganischen Stoffen ATP als Energiequelle und das Reduktionsmittel ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ als Voraussetzungen für die Herstellung von Kohlenhydraten im CALVIN-Zyklus bereitgestellt. Bei der ersten Phase werden u.a. durch Nitrifikation oder Schwefeloxidation die Voraussetzungen für den CALVIN-Zyklus gebildet. Besondere Bedeutung haben u.a. nitrifizierende Bakterien im Rahmen des Stickstoffkreislaufs oder Schwefelbakterien für die Reinigung der Abwässer.

Der Citratzyklus ist eine 1937 von H.A. KREBS, G. MARTIUS und F. KNOPP etwa gleichzeitig entdeckte zyklische biochemische Reaktionskette, welche in allen lebenden Zellen abläuft. Er verläuft unter Beteiligung von Zitronensäure (Citrat), die zum Zwecke der Gewinnung von Reduktionsäquivalenten in andere organische Säuren umgewandelt wird. Er oxidiert in acht Schritten Acetyl-Reste zu Wasser und Kohlenstoffdioxid. Die dabei gewonnenen Reaktionsprodukte werden an die Atmungskette weitergegeben. Durch anschließende oxidative Phosphorylierung gewinnt die Zelle aus diesem Vorgang 10 ATP pro Acetyl-Gruppe.

Außerdem erfüllt der Citratzyklus eine Schlüsselfunktion im intermediären Stoffwechsel der Zelle. Er verbindet den energieliefernden Endabbau des aus dem Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel stammenden Zwischenprodukts Acetyl-Coenzym A mit der Erzeugung zahlreicher Vorstufen für anabole Biosynthesewege.

Coenzyme und Cofaktoren sind niedrigmolekulare, nichtproteinartige Bestandteile von Enzymen. Coenzyme (latein. cum = zusammen, mit) sind komplexe organische Moleküle (Vitamine, Nucleotide), die meist nur locker oder vorübergehend, seltener kovalent (fest) an den Proteinanteil des Enzyms (Apoenzym) gebunden sind.
Bei Cofaktoren handelt es sich um Metallionen wie ${\text{K}}^{\text{+}}{\text{, Na}}^{\text{+}}{\text{, Mg}}^{\text{2+}}{\text{, Cu}}^{\text{2+}}{\text{oder Fe}}^{\text{2+}}\text{,}$ die in dieser Form als Elektronenakzeptoren dienen.

* 08.06.1916 in Northampton/England
† 28.07.2004 San Diego/USA

FRANCIS HARRY COMPTON CRICK war bereits studierter Physiker als er 1947 nach Cambridge ging, um Biologie zu studieren. Er wurde mit der Röntgenstrukturanalyse vertraut. Diese Methode wird auf kristalline Stoffe angewendet. Sie dient dem Erkennen von Raumstrukturen, welche zu klein sind, um mit einem Mikroskop aufgelöst werden zu können. CRICK hatte bereits Pionierarbeit mit der Anwendung der Röntgenstrukturanalyse in der Molekularbiologie geleistet. Zusammen mit seinem jungen Kollegen JAMES D. WATSON gelang es ihm, die Struktur der Erbsubstanz Desoxyribonucleinsäure (DNA) aufzuklären. Für diese Leistung bekamen CRICK und WATSON (geb. 1928) 1962 den Nobelpreis für Medizin/Physiologie.