Das Erste - kompakt. Chemie Physik Biologie: GK1

261 Pages·2006·7.77 MB·English

by  Jürgen Ernst

Springer-Lehrbuch
Das Erste – kompakt
Herausgeber
Jesko Priewe
Daniel Tümmers
Konzept
PD. Dr. Dr. Oliver Friedrich
Jesko Priewe
Daniel Tümmers
Weitere Titel dieser Reihe:
Friedrich, Physiologie – GK1
978-3-540-36479-5
Krantz, Biochemie – GK1
978-3-540-36470-2
Schön, Medizinische Psychologie und Soziologie – GK1
978-3-540-36361-3
Witt, Anatomie – GK1
978-3-540-36367-5
Priewe/Tümmers (Hrsg.),
Das Erste
Kompendium Vorklinik
978-3-540-32877-3
Jürgen Ernst, Sven Krantz, Martin Witt
Chemie Physik
Biologie – GK1
Mit 152 Abbildungen und 32 Tabellen
123
Prof. Dr. Jürgen Ernst Prof. Dr. Sven Krantz
Auf dem Uhlberg 2 Universität Greifswald
53127 Bonn Institut für Med. Biochemie u. Molekularbiologie
Sauerbruchstraße
17487 Greifswald
Prof. Dr. med. Martin Witt
TU Dresden
Institut für Anatomie
Fetscherstraße 74
01307 Dresden
Reihenherausgeber:
Jesko Priewe
Daniel Tümmers
medicu(r)s GbRmbH
Hauptstraße 580
53347 Alfter
[email protected]
ISBN-13 978-3-540-36485-6 SpringerMedizin Verlag Heidelberg
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Planung: Renate Scheddin, Kathrin Nühse, Heidelberg
Projektmanagement: Sigrid Janke, Heidelberg
Lektorat: Dr. med. Susanne Meinrenken, Freiburg
Layout und Umschlaggestaltung: deblik Berlin
Satz: Fotosatz-Service Köhler GmbH, Würzburg
SPIN 11796756
Gedruckt auf säurefreiem Papier 15/2117 – 5 4 3 2 1 0
V
Vorwort
DIE Klippe im Medizinstudium ist und bleibt das Physikum, oder wie es nunmehr seit kurzer Zeit
genannt wird, das erste Staatsexamen.
Wir widmen uns seit mittlerweile knapp fünf Jahren der professionellen Bewältigung dieser Hürde,
indem wir medicu(r)s – ein Repetitorium für Medizinstudenten – gegründet und seit dieser Zeit schon
zahlreiche Studenten erfolgreich durch die Vorbereitung und die anschließende Prüfung geleitet h aben.
Im Jahr 2004 kam der Springer Verlag mit der Bitte auf uns zu, Fachbücher zur Prüfungsvorbe-
reitung auf das neue erste Staatsexamen zu erarbeiten. Wir haben unsere Zusage an die Bedingung
geknüpft, dass die Bücher sowohl enge klinische Bezüge enthalten müssen, als auch durch eine sinnvoll
dosierte Didaktik geprägt sein sollen. Beide Aspekte haben in diesem Buch ihre Umsetzung auf
besondere Weise gefunden: Zum einen stellen unsere Klinikboxen schon erste klinische Bezüge her.
Zum anderen bieten die Mindmaps einen strukturierten Überblick über den Inhalt der jeweiligen
Kapitel und die Merke-Boxen, sowie Prüfungsfallstricke geben eine Gewichtung vor, worauf Sie in der
Vorbereitung besonders achten sollten.
Dieses Buch ist streng nach dem aktuellen GK1 gegliedert, um Ihnen, liebe Leser, den Weg zu ebnen,
sich strukturiert vorzubereiten, ohne einen thematischen Aspekt zu übersehen oder zu vernachlässigen.
Wir möchten uns in diesem Zusammenhang bei unseren Autoren Herrn Prof. Dr. Ernst,
Herrn Prof. Dr. Krantz und Herrn Prof. Dr. Witt für die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit
bedanken.
Des Weiteren möchten wir uns beim Springer Verlag bedanken, der letztlich das Erscheinen des
Buches ermöglicht hat. Hier danken wir insbesondere Frau Kathrin Nühse für die stets gute und
konstruktive Zusammenarbeit und Frau Sigrid Janke für das professionelle Projektmanagement.
Zum Schluss danken wir unseren Ehefrauen Nadine und Petra für ihren Rückhalt, ihre Geduld
und häufige Rücksichtnahme.
Unser großer Wunsch ist es, dass Ihnen, liebe Leser, dieses Buch bei der Bewältigung Ihrer Prüfung
hilft und Sie sich im Nachhinein gerne an die »Zeit des Lernens und Leidens« zurückerinnern.
Bonn, Juli 2006
Daniel Tümmers und Jesko Priewe
Wir Autoren des vorliegenden Repetitoriums der Physik, Chemie und Biologie für Mediziner haben
uns der Aufgabe gestellt, die vom GK1 geforderten naturwissenschaftlichen Grundkenntnisse mög-
lichst übersichtlich darzustellen und ihre Bedeutung für die Medizin durch typische Anwendungsbei-
spiele aus Medizin und Alltag anschaulich zu machen. Wir glauben, dass uns dazu unsere langjährige
Erfahrung mit der Problematik befähigt, wie man den eigentlich fachfremden Medizinern das für sie
Wichtige in unseren Fächern durch Vorlesungen und Praktika vermittelt. Als involvierte Dozenten in
dem von den Herausgebern angebotenen Repetitorium für Medizinstudenten war es für uns deshalb
besonders reizvoll, unsere dort verwendeten Skripte nochmals genau nach dem GK1 zu überarbeiten
und in Buchform herauszubringen. Wir hoffen, den mit Wissensstoff von so viel Fächern überhäuften
Medizinstudenten mit diesem Band nicht nur einen knappen und zugleich anregenden Leitfaden für
»Das Erste« geben zu können, sondern auch einen bleibenden Zugang zu aktuellen und allgemeinen
naturwissenschaftlichen Fragestellungen. Wir danken Frau Susanne Meinrenken für das kompetente
Lektorat.
Bonn, Greifswald und Dresden, August 2006
Jürgen Ernst, Sven Krantz und Martin Witt
Die Herausgeber
Jesko Priewe
geboren 1974 in Bonn-Bad Godesberg, verheiratet. Studium der Humanmedizin an
der Ruhr-Universität-Bochum und der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität
Bonn, Studium der Gesundheitsökonomie, Akademie Prof. Dr. Braunschweig, Köln.
2003 Gründung der Firma medicu(r)s GbRmbH. Geschäftsführer der medicu(r)s
GbRmbH von 2003 bis heute. Seit 2006 Tätigkeit in der Klinik für Innere Medizin am
Marienhospital Euskirchen. Herausgeber des Bandwerkes »Das Erste – kompakt« mit
den Einzelwerken: »Chemie, Physik, Biologie«; »Biochemie«; »Medizinische Psycho-
logie und Soziologie«; »Anatomie«; »Physiologie«. Herausgeber des Kompendiums
»Das Erste – kompakt . Kompendium Vorklinik« im Springer-Verlag Heidelberg.
Daniel Tümmers
geboren 1976 in Hamm, verheiratet. Studium der Humanmedizin an der Universität
Bochum von 1998 bis 2002. Studium der Biologie, Germanistik und Pädagogik an der
Universität Essen von 2002 bis 2006. 2003 Gründung der Firma medicu(r)s GbRmbH.
Geschäftsführer der medicu(r)s GbRmbH von 2003 bis heute. 2006 Staatsarbeit zum
Thema: »Das Arzt-Patienten-Gespräch«. Herausgeber des Bandwerkes »Das Erste –
kompakt« mit den Einzelwerken: »Chemie, Physik, Biologie«; »Biochemie«; »Medi-
zinische Psychologie und Soziologie«; »Anatomie«; »Physiologie«. Herausgeber des
Kompendiums »Das Erste – kompakt . Kompendium Vorklinik« im Springer-Verlag
Heidelberg.
VII
Der Autor
Jürgen Ernst
geboren 1936 in Nürnberg. Studium der Physik an den Universitäten Erlangen und
Heidelberg, 1965 Promotion mit experimenteller Arbeit am Max-Planck-Institut für
Kernphysik in Heidelberg. 1966 Assistent am Institut für Strahlen- und Kernphysik
der Universität Bonn. 1971 Habilitation, 1980 Ernennung zum Professor C3. Längere
Forschungsaufenthalte an Beschleunigerlaboratorien in Berkeley CA, Rochester N.Y.,
Vancouver B.C. und Orsay bzw. Saclay bei Paris. Lehrtätigkeit: u. A. Atom- und Kern-
physik für Nebenfächler, insbesondere Biologen, Einführung in die Physik für Me-
diziner, Zahnmediziner und Pharmazeuten, Leitung zugehöriger Physikpraktika.
Sven Krantz
1940 in Gotenhafen geboren, Medizinstudium von 1959-65 an der Ernst Moritz Arndt-
Universität Greifswald, seit 1966 am Institut für Biochemie in Greifswald, Promotion
1965, Habilitation 1976, Facharzt für Biochemie 1971, 1980 Berufung zum Professor,
2005 Eremetierung.
Martin Witt
geboren 1956 in Göttingen. Studium der Humanmedizin in Turin, Graz und Hamburg.
1984-1994 am Anatomischen Institut Tübingen, dort Promotion und Habilitation für
Anatomie. 1994 bis 2005 am Institut für Anatomie an der Technischen Universität
Dresden, seitdem im Interdisziplinären Zentrum für Riechen und Schmecken der
Medizinischen Fakultät der TU Dresden. Forschungsaufenthalte an der Bowman Gray
University (Winston-Salem, NC) und Tokyo University (Faculty of Frontier Sciences).
Verheiratet mit einer Historikerin; zwei Kinder, die auf keinen Fall Ärztinnen werden
wollen. Hobby: Verirren in der Dresdner Heide.
Chemie Physik Biologie: Das neue Lehrbuch
Mind Map: grafische
Übersicht der wich-
tigsten Kapitelin halte,
kombiniert mit einer
120 Kapitel 8 · Ionisierende Strahlung
Zusammen fassung
8 Ionisierende Strahlung
Mind Map
Im Jahr 1896 entdeckte Henri Becquerel die Radio- uranyl sulfat lag. 110 Jahre danach kann man geringste
aktivität von Uran mit den damals rätselhaften α-, β- Spuren ionisierender Strahlung nachweisen, wobei dies
und γ-Strahlen. Die Aufklärung der Natur dieser in der Dosimetrie heute immer noch über die Schwär-
Strahlen erschloss in den Folgejahren neue Gebiete, zung von Filmmaterial funktioniert. In der Röntgendia-
die Atom-, Kern- und Elementarteilchenphysik. Die Ra- gnostik hingegen wird der Film mehr und mehr durch
dioaktivität verschiedenster Substanzen ermöglicht digitale Aufzeichnung ersetzt.
heute eine Vielzahl von Detektionsverfahren wie z. B. In der Medizin muss bei allen Anwendungen von
die Szintigraphie. ionisierenden Strahlen immer der Kompromiss zwi-
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über alle Kapitel und P
den Anhang
2.5.1 Genmutationen
Genmutationen sind Veränderungen der Nucleotidse-
quenz der DNA eines Gens. Sie können Folge sein von:
4 Basensubstitution: Ersatz einer Base durch eine
andere (Punktmutation),
4 Basendeletion; Nucleotide gehen verloren,
4 Baseninsertion: neue Basen werden zusätzlich ein-
gefügt,
4 ungleichem Crossing over (Genkonversion): Ein
Aufzählungen: Lern- Genabschnitt eines Chromosoms wird als Bruch-
inhalte übersichtlich stück beim Crossing-over in das homologe Chro-
mosom eingefügt (Duplikation).
präsentiert
2.5.2 Folge von Genmutationen
5.1.3 Coulomb-Kraft
Die Folge von Genmutationen ist eine verringerte oder
Elektrisch geladene Körper üben anziehende Kräfte fehlende Synthese der mRNA und damit Verände-
aufeinander aus, wenn sie ungleichnamig geladen sind, rungen der Aminosäuresequenz der jeweiligen Poly-
während sich gleichnamig geladene abstoßen. Dies peptidkette. Falls die Promotorregion gestört wird,
Verhalten drückt das Coulombsche Gesetz quantitativ wird das gesamte Gen inaktiviert. Bei Veränderungen
aus, wobei wie bei der Gravitation (7 Kap. 2) die Kraft des Stop-Codons entsteht ein abnormal langes oder
umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes verkürztes Protein.
zwischen den punktförmig gedachten Ladungen ist:
KLINIK
F= 1 Q1◊Q2[N]; Ein schönes Beispiel für eine Punktmutation ist die
4pe0◊e r122 autosomal-rezessiv vererbte Sichelzellanämie. Der
Austausch der Aminosäure Val gegen Glu in der
Gleichungen,
Carbonsäuren sind Kohlenwasserstoffverbindungen H ämoglobin-β-Kette (HbS) führt zu abnormer Sauer-
Formeln, Gesetze mit einer Carboxylgruppe (–COOH). Die Carboxyl- stoffbindungskapazität und Formveränderungen
und Theoreme gruppe dissoziiert ein Proton ab und geht in das Carbo- des Erythrozyten bei Desoxygenierung. Massiver
xylatanion COO– über. Dieses Anion ist Mesomerie-sta- Abbau der Erythrozyten in der Milz führt zu anä-
bilisiert. Carbonsäuren sind schwache Elektrolyte. Die mischen Krisen. Selektionsvorteil der Erkrankten
Azidität aliphatischer Carbonsäuren ist geringer als die besteht in höherer Resistenz gegenüber Malaria.
aliphatischer Sulfonsäuren.
. Abb. 2.11. Carbonsäurederivate
Klinik-Box: klinisch
relevantes Wissen für
die Praxis
Navigation: Seitenzahl
Inhaltliche Struktur: und Kapitelnummer
klare Gliederung durch für die schnelle Orien-
alle Kapitel tierung
7
121
7.2 · Geometrische Optik
. Tab. 7.2. Brechzahl von Stoffen STPD und Grenzwinkel der Totalreflexion zu Luft für gelbes Na-Licht der Wellenlänge =
589 nm Tabelle: klare Über-
Feststoff n αTR Fl. Stoff, Gas n αTR sicht der wichtigsten
Eis 1,310 49,8° Luft 1,0003 − Fakten
Quarzglas 1,459 43,3° Wasser 1,333 48,6°
Flintglas 1,613 38,3° Benzol 1,501 41,8°
Diamant 2,417 24,4° Methyleniodid 1,628 37,9°
7.2.2 A bbildung durch Reflexion spiegel von Kraftfahrzeugen, da sie einen großen Raum-
an Spiegeln winkel erfassen.
Auf die Gesetze der Abbildung mit Konkav- und
Konstruiert man nach dem in 7 Kapitel 6.2.3 bespro- Konvexspiegeln und ihre Bildfehler wird hier nicht
chenen Reflexionsgesetz »Einfallswinkel = Ausfalls- n äher eingegangen, da sie im Prinzip dieselben sind wie
winkel« die von einzelnen Punkten eines Gegenstandes für Linsen (s. u.).
ausgehenden Lichtstrahlen, so findet man bei einem
ebenen Spiegel Folgendes: die reflektierten Strahlen Merke
scheinen von einem Abbild des Gegenstandes herzu- Ebener Spiegel: Bild virtuell, hinter dem Spiegel Merke: das Wich-
kommen, das in gleichem Abstand wie der Gegenstand im gleichen Abstand wie Gegenstand. tigste auf den Punkt
hinter der Spiegelfläche zu stehen scheint. Generell Konkaver Spiegel: Brennweite f=R/2, R Krüm-
nennt man solche Abbildungen virtuell, da man am mungsradius; für Gegenstandsweite g<f Bild vir- gebracht
vermeintlichen Ort des Bildes es nicht durch eine Matt- tuell und vergrößert.
scheibe oder einen Film aufnehmen oder sichtbar Konvexer Spiegel: Brennweite f=-R/2; für Gegen-
machen kann. Bekanntlich erscheint bei einfacher Spie- standsweite g>0 Bilder stets virtuell und ver-
gelung im virtuellen Bild immer rechts und links gegen- kleinert.
über dem Original vertauscht.
e0=8,854◊10-12As/(Vm) ist die Dielektrizitätskon- Doppelbindungen, die mehr als 9 C-Atome von der
stante,εdiePermittivitätszahl, die angibt, um welchen Carboxylgruppe entfernt sind, werden durch Dehy-
Faktor sich die Kraftwirkung abschwächt, wenn der drierungen nicht eingeführt.
Raum zwischen den Ladungen mit nichtleitendem Für die Nomenklatur der C-Atome und Doppel-
Stoff (Dielektrikum) gefüllt ist. Für Vakuum ist ε = 1. bindungen in Fettsäuren gelten folgende Regeln:
Zwei gleich große Ladungen q mit ungleichem Vorzei- 4 das C-Atom 1 ist die Carboxylgruppe;
4 das der Carboxylgruppe benachbarte C-Atom 2
wird als α-C-Atom, die folgenden als β-,γ- usw.
bezeichnet. Die endständige Methylgruppe erhält
die Kennzeichnung ω;
4 die Stellung einer Doppelbindung wird durch das
Symbol Δ gekennzeichnet. Die Zählung beginnt am
C1 der Carboxylgruppe.
a Prüfungsfallstricke Prüfungsfallstricke:
Unter der Bezeichnung ω3 oder ω6 werden unge- hilft erfolgreich
sättigte Fettsäuren aufgeführt, die eine Doppel- durch die Prüfung
bindung 2 oder 5 Stellen vor der ω-endständigen
Methylgruppe enthalten.
Schlüsselbegriffe:
Harmonische Schwingungen
Man nennt eine Schwingung harmonisch, wenn die sind fett bzw. kursiv
schwingende Größe durch die folgende Sinusfunktion hervorgehoben
beschrieben werden kann: .
Anschaulich beschreibt diese Gleichung die Projek-
tion eines Punkts auf die y-Achse, während sich der
Punkt gleichmäßig auf einem Kreis um den Ursprung
b bewegt (. Abb. 1.5). Die in . Tabelle 2.3 eingeführten
.Di pAoblsb .m 5i.t1 Dai,pbo. lmDiopmole: nat S p(cid:2)ch=eqm¥a(cid:2)lt;i sbc hDeip Doal rdsetes lWluansgs eerimneosl e- pWheycshiksaellsistcrohmen iGn r7öß Keanp,i tdeile 5 a.1u0c hb zeunru tBzet swcherrediebnu,n gge lvtoenn
küls, schematisch. (Harten 2006) auch hier.
Zahlreiche Abbildungen: Verweis auf Abbildungen
veranschaulichen komplizierte und Tabellen: deutlich
und komplexe Sachverhalte herausgestellt und leicht
zu finden