Overview
Die Vorlesung behandelt die Grundlagen von Redoxreaktionen, das Redoxpotenzial, Beispiele biologischer Redoxsysteme und zentrale Begriffe für den Biologieunterricht.
Grundlagen der Redoxreaktionen
- Redoxreaktionen sind Elektronenübertragungsreaktionen, bei denen Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen.
- Oxidation bedeutet Elektronenabgabe, Reduktion Elektronenaufnahme.
- Ursprünglich wurde Oxidation als Reaktion mit Sauerstoff definiert, heute geht es um Elektronenübertragung.
- Beispiel: A+ nimmt ein Elektron auf (Reduktion zu A), A gibt Elektron ab (Oxidation zu A+).
- Zink gibt zwei Elektronen ab (Oxidation zu Zn²⁺), Sauerstoff nimmt sie auf (Reduktion).
Energie und Umkehrbarkeit
- Redoxreaktionen sind mit Energieumsatz verbunden; Energie kann gespeichert oder freigesetzt werden.
- Umkehrbare Redoxreaktionen sind Grundlage für Batterien und Akkus.
Das Redoxpotenzial
- Das Redoxpotenzial gibt an, in welche Richtung sich Elektronen bewegen.
- Es wird als Spannung (in Volt) zwischen zwei Halbzellen gemessen.
- Die Wasserstoffhalbzelle dient als Bezugspunkt (Redoxpotenzial = 0 V).
- Positives Potenzial: Elektronen wandern vom Wasserstoff zum anderen Stoff; negatives vom anderen Stoff zum Wasserstoff.
Redoxketten in Biologie
- In biologischen Redoxketten wandern Elektronen von Stoffen mit niedrigerem zu Stoffen mit höherem Redoxpotenzial.
- Energie der einzelnen Schritte kann z. B. zum Aufbau eines Protonengradienten genutzt werden (ATP-Produktion).
Biologische Redoxpaare: Aldehyd/Säure & NAD⁺/NADH
- Bei der Oxidation eines Aldehyds zur Säure wird Sauerstoff eingefügt und zwei Elektronen abgegeben.
- NAD⁺ nimmt diese Elektronen (meist als H-Atome), wird so zu NADH reduziert.
- NAD⁺/NADH funktioniert als Elektronenträger ("Elektronentaxi").
- In der Biologie zählt die Aufnahme von Wasserstoff oft als Reduktion.
Reduktionsequivalente
- NADH entspricht einer Portion Reduktionsmittel (Reduktionsequivalent).
- Ein Reduktionsequivalent liefert genügend Elektronen für eine biologische Reduktion, meist als 1 Mol verstanden.
Key Terms & Definitions
- Oxidation — Abgabe von Elektronen.
- Reduktion — Aufnahme von Elektronen.
- Redoxpotenzial — Maß für das Bestreben, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben (bezogen auf die Wasserstoffhalbzelle).
- Redoxpaar — Zwei Stoffe, die durch Elektronenübertragung ineinander umgewandelt werden können (z. B. NAD⁺/NADH).
- Reduktionsequivalent — Einheit für die Anzahl übertragener Elektronen, meist als 1 Mol NADH.
Action Items / Next Steps
- Begriffe Oxidation, Reduktion, Redoxpotenzial und Reduktionsequivalent wiederholen.
- Anwendungsbeispiele (z. B. Atmungskette, Photosynthese) mit Redoxketten skizzieren.
- Funktion von NAD⁺/NADH als Elektronenträger verinnerlichen.