Grundlagen der Genetik, Thermochemie und Laborgeräte

Genetik: Grundbegriffe und Vererbungsregeln

Grundbegriffe der Genetik

• Genotyp

  : Set von Genen, das ein Individuum von seinen Vorfahren erhält.

• Phänotyp

  : Eine Sammlung von sichtbaren Merkmalen in einem Individuum, gesteuert durch den Genotyp und beeinflusst durch die Umwelt.

• Homozygot

  : Individuen, die zwei identische Allele für ein einzelnes Merkmal besitzen.

• Heterozygot

  : Individuen, die zwei unterschiedliche Allele für dasselbe Merkmal besitzen.

• Gen

  : Enthält die erbliche genetische Information und ist linear innerhalb der Chromosomen angeordnet.

• Allel

  : Paar von erblichen Faktoren.

Mendelsche Gesetze

• 1. Mendelsches Gesetz (Uniformitätsregel)

  : Beim Kreuzen zweier reinerbiger Rassen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, sind alle Nachkommen der F1-Generation uniform.

• 2. Mendelsches Gesetz (Spaltungsregel)

  : Kreuzt man die Individuen der F1-Generation untereinander, so spalten sich die Merkmale in der F2-Generation in einem bestimmten Zahlenverhältnis auf (z. B. 3:1).

• 3. Mendelsches Gesetz (Unabhängigkeitsregel)

  : Kreuzt man Individuen, die sich in mehreren Merkmalen unterscheiden, so werden diese Merkmale unabhängig voneinander vererbt (sofern die Gene auf verschiedenen Chromosomen liegen).

Weitere Vererbungskonzepte

• Autosomen

  : Homologe Chromosomenpaare (nicht Geschlechtschromosomen).

• Gonosomen (Heterochromosomen)

  : Geschlechtschromosomen.

• Intermediärer Erbgang

  : Keine Dominanzbeziehung zwischen den Allelen; der Phänotyp ist eine Mischform der elterlichen Merkmale.

• Chromosomentheorie der Vererbung

  :
  • Die Gene befinden sich auf den Chromosomen.
  • Die Gene sind linear auf den Chromosomen angeordnet.
  • Die Rekombination von Genen auf demselben Chromosom erfolgt durch Crossing-over während der Meiose.

• Mutagene Agenzien (Mutagene)

  : Chemische oder physikalische Faktoren, die Veränderungen (Mutationen) im Erbgut verursachen können (z. B. Röntgenstrahlen).

Thermochemie und Thermodynamik

Grundbegriffe der Thermochemie

• Standardbildungsenthalpie

  : Die Wärme, die absorbiert oder freigesetzt wird, wenn ein Mol einer Verbindung aus ihren Elementen unter Standardbedingungen gebildet wird.

• Thermochemische Gleichung

  : Eine ausgewogene chemische Gleichung, in der der Zustand der Edukte und Produkte angegeben werden muss und die Reaktionswärme (ΔH) angeführt wird. ΔH ist positiv bei endothermen Reaktionen und negativ bei exothermen Reaktionen.

• Verbrennungswärme

  : Die Wärme, die bei der vollständigen Verbrennung eines Mols eines Stoffes mit Sauerstoff freigesetzt wird. Verbrennungsreaktionen sind immer exotherm.

• Reaktionswärme (ΔH)

  : Die Wärme, die bei einer chemischen Reaktion freigesetzt oder absorbiert wird. Sie wird am Ende der Reaktionsgleichung angegeben. Die Reaktionswärme kann aus den Standardbildungsenthalpien berechnet werden: ΔH_Reaktion = Σ ΔH_f(Produkte) - Σ ΔH_f(Edukte).

Grundsätze der Thermodynamik

• Zustandsfunktion

  : Eine Zustandsfunktion hängt nur vom Anfangs- und Endzustand eines Systems ab, nicht vom Weg dazwischen. Die innere Energie ist eine Zustandsfunktion.

• Erster Hauptsatz der Thermodynamik

  : Dieses Prinzip besagt, dass die Änderung der inneren Energie (ΔU) eines Systems gleich der zugeführten Wärme (Q) plus der am System verrichteten Arbeit (W) ist (ΔU = Q + W). ΔU ist die innere Energie, die die gesamte Energie der Teilchen im System umfasst (kinetische Energie, potenzielle Energie, Rotationsenergie, Schwingungsenergie...).

Messung der Reaktionswärme

Man benötigt ein Kalorimeter, ein Thermometer und ein Becherglas. Man misst die Temperatur der Edukte getrennt. Dann mischt man die Edukte im Kalorimeter und misst die Endtemperatur der Mischung. Um die bei dieser Reaktion freigesetzte oder absorbierte Wärme zu berechnen, verwendet man die Formel: Q = m * c * ΔT (wobei m die Masse, c die spezifische Wärmekapazität und ΔT die Temperaturänderung ist).

Chemische Reaktionen bei konstantem Volumen

Wenn Reaktionen in einem geschlossenen Behälter (Kalorimeter) bei konstantem Volumen durchgeführt werden, gilt: Qv = ΔU.

Laborgeräte

• Messkolben

  : Gefäß zur genauen Messung von Volumina. Er ist birnenförmig, mit flachem Boden und einem langen, schmalen Hals, der mit einem Stopfen verschlossen werden kann. Er hat eine Markierung am Hals, die das genaue Volumen bei einer bestimmten Temperatur angibt (z. B. 50, 100, 250, 500, 1000 ml). Er wird zur Herstellung von Lösungen mit genauem Volumen verwendet.

• Erlenmeyerkolben

  : Ein konisches Gefäß mit zylindrischem Hals. Seine Graduierung dient zur ungefähren Messung von Flüssigkeiten. Er wird oft für volumetrische Arbeiten, zum Erhitzen oder Mischen von Flüssigkeiten verwendet, da seine Form das Rühren ohne Verschütten ermöglicht.