Chemische Kreisläufe in der Natur: Chemie - Biologie - Energetik

I Bevölkerungswachstum – Life Sciences – Globalisierung.- 1 Bevölkerungsdichte, Stoffdichte, Energiedichte.- 2 Historisches.- 3 Lebenswissenschaften.- 4 Degradation.- 5 Globalisierung.- 6 Rückblick und Ausblick.- 7 Schlussbemerkung – Globalisierung der Risiken.- II Chemie in der Natur – Chemie in der Technik.- 8 Was ist Chemie?- 9 Die Bausteine der Stoffe.- 10 Der stoffliche Aufbau der menschlichen Umwelt.- 11 Der Weg vom einfachen zum komplexen Molekülaufbau.- 12 Oxidation und Reduktion als typische Stoffumwandlungen in Natur und Technik.- 13 Energieträger und Energieumsatz.- 14 Stoffkreisläufe in der Natur, im Organismus und in der Chemiewirtschaft.- 15 Zyklus zwischen dem Nutzungssystem der Technik und dem Regenerationssystem der Natur.- 16 Vom Prinzip der Wechselwirkungen.- 17 Die Chemie der Halbleiterbauelemente und Informationsübertragung.- III Wasser.- 18 Wasserkreislauf im menschlichen Körper.- 19 Wasserverteilung in der Natur.- 20 Aufbereitung von Wasser.- IV Mineralienund Nährstoffe.- 21 Oxide.- 22 Über das Ökosystem des Bodens.- 23 Kurzbeschreibung einiger Gesteine und Böden.- 24 Lithosphäre.- 25 Biosphäre.- 26 Energiedichte.- 27 Pseudosphäre.- 28 Humus.- 29 Degradation und Regeneration von Böden.- V Vom Stickstoff über die Aminosäuren zu den Proteinen.- 30 Stickstoff, N2.- 31 Aminosäuren.- 32 Proteine.- 33 Proteide, konjugierte Proteine.- 34 Stickstofffixierung.- 35 Pflanzeneiweiß und tierisches Eiweiß.- 36 Essenzielle Aminosäuren und ihre wirtschaftliche Verwertung.- 37 Harnstoffzyklus.- 38 Stoffwechselreaktionen von Aminosäuren.- 39 Die Wirkung von Nitraten im Blutgefäßsystem.- 40 Zusammenfassung über die Rolle des Stickstoffs als Bioelement.- VI Phosphorsäure, Phosphate – ihre Bedeutung im Stoffwechselprozess.- 41 Chemische Eigenschaften der Phosphorsäure.- 42 Calciumphosphate als mineralischer Bestandteil der Knochen.- 43 Phosphonsäure.- 44 Pentanatriumtriphosphat, Na5P3O10.- 45 Eutrophierung von Gewässern.- 46 Phosphate im Stoffwechselprozess.- 47 Phosphorylierung.- 48 Phosphate, ihre Strukturen, chemotechnischen und biochemischen Funktionen – eine Übersicht.- 49 Phosphate als Nährsubstanz für Pflanzen – Düngemittel.- 50 Wirtschaftliches.- VII Schwefel und seine biochemischen Verbindungen.- 51 Vorkommen.- 52 Bioleaching von Erzen.- 53 Schwefel, seine biochemischen und technischen Eigenschaften.- 54 Schwefeloxide und ihre Eigenschaften.- 55 Sulfonamide.- 56 Sulfonylharnstoffe als Antidiabetika.- 57 Thiole, Mercaptane.- 58 Schwefel in Heterozyklen (Thiamin, Vitamin B1).- 59 Der Schwefelstoffwechsel in der Biosphäre.- 60 Disulfidbrückenbindungen.- VIII Düngemittel und Düngung.- 61 Bedarf der Pflanzen an Nährelementen.- 62 Düngung.- 63 Kalkstickstoff.- 64 Zusammenhang zwischen Düngung und Nahrungsmittelproduktion.- 65 Stallmist, Jauche und Gülle – wirtschaftseigene organische Dünger.- 66 Zusammenspiel im Ökosystem.- IX Von den Stoff- und Energiequellen.- 67 Fotosynthese.- 68 Biologische und technische Prozesse – einVergleich.- 69 Energie- und Stoffumwandlungen als Aufbau- und Abbauprozesse.- 70 Reaktionskomponenten der biochemischen Aufbau- und Abbaureaktionen.- X Schlüsselprodukte der organischen Chemie und ihre Rohstoffquellen.- 71 Technische Schlüsselprodukte.- 72 Biochemische Schlüsselprodukte.- XI Die Hydrierung.- 73 Hydrierung von elementarem Stickstoff.- 74 Kohlenstoffdioxid als Wasserstoffakzeptor für die Glucosesynthese in der Natur  .- 75 Die Fotosynthese.- 76 Stärke – ein Polymerisationsprodukt.- 77 Polyfructosane.- 78 Cellulose.- 79 Xylane und Hemicellulose.- XII Verdauung.- 80 Beim Menschen.- 81 Bei Wiederkäuern – der Pansen als Fermenter.- 82 Methanabbau durch Bakterien.- 83 Der Treibhauseffekt.- 84 Koprophagen.- XIII Glykolisation als Ursache des Alterungsprozesses im menschlichen Organismus.- 85 Chemismus der Glykolisation.- 86 Die Maillard-Reaktion.- 87 Folgereaktionen der Amadori-Umlagerung.- 88 Hämoglobin A1C im Blut von Diabetikern.- 89 Laborversuchemit kristallinen Proteinen der Augenlinse.- 90 Laborversuche mit Kollagen.- 91 Arteriolosklerose.- 92 Veränderungen an den DANN.- 93 Aminoguanidin gegen das Altern.- XIV Energie.- 94 Masse-Energie-Äquivalenz.- 95 Von der Atmung und Verbrennung.- 96 Von den Energieformen.- 97 Physiologische Energie.- 98 Entropie.- 99 Thermogenese.- 100 Treibende Faktoren für Ausgleichsvorgänge.- 101 Der thermodynamische Wirkungsgrad.- 102 Funktionsweise eines mit fossilen Energierohstoffen befeuerten Wärmekraftwerkes.- XV Bevölkerungsdichte – Stoffdichte – Energiedichte.- 103 Bevölkerungsdichte.- 104 Stoffverdichtung in Rohstoffquellen.- 105 Energiedichten einiger Energieträger.- 106 Einheiten zum Messen von Energie.- 107 Die Sonne als Energiequelle der Erde.- XVI Fette und Öle.- 108 Historisches über Fette und Öle.- 109 Fettsäuren – Übersicht.- 110 Fettsäuren und ihre Biosynthese.- 111 Pflanzenöle aus Raps.- 112 Fette, ihr biologischer Abbau.- 113 Einteilung der Fette nach ihrer Herkunft.- 114 Wachse.- 115 Harze.- 116 Phospholipide bzw. Phosphatide.- 117 Nährstoffversorgung der Zellen.- 118 Tenside.- 119 Seifen und Verseifung.- 120 Fettalkohole.- 121 Alkylpolyglucoside.- 122 Entschäumer.- 123 Glycerin.- 124 Überblick über die Fettchemie.- 125 Wirtschaftliches.- XVII Vitamine.- 126 Fettlösliche Vitamine.- 127 Wasserlösliche Vitamine.- 128 Vitaminähnliche Wirkstoffe.- 129 Antioxidantien.- 130 Wirtschaftliches und Anwendung.- 131 Herstellungsmethoden.- XVIII Enzyme – Biokatalysatoren.- 132 Die chemische Zusammensetzung von Enzymen – Coenzyme und Apoenzyme.- 133 Enzymkinetik.- 134 Immobilisierte Enzyme.- 135 Archaebakterien – extremophile Bakterien und Enzyme.- 136 Technische Herstellung von Enzymen.- 137 Wirtschaftliches und Anwendungen.- XIX Hormone –Endokrinologie.- 138 Einteilung.- 139 Beschreibung der Wirkungsweise einiger Hormone.- 140 Insulin als Therapiehormon.- 141 Insulinmangel und sein Einfluss auf den Stoffwechsel.- 142 Insulingewinnung aus den Bauchspeicheldrüsen von Tieren.- 143 Insulingewinnung durch genveränderte Escherichia coli.- 144 Großtechnische Humaninsulinproduktion.- 145 Depotinsulin – Langzeitinsulin.- 146 Hyperglykämie und Hypoglykämie.- 147 Antidiabetika.- 148 Wirtschaftliches.- XX Konservierung.- 149 Auslösende Faktoren der Zersetzung von verderblichen Stoffen.- 150 Konservierungsmethoden für Nahrungsmittel und Futtermittel.- 151 Mikrobiologische und enzymatische Verfahren zur Konservierung.- 152 Toxische Substanzen durch Mikroorganismen.- 153 Alkoholhaltige Getränke als durstlöschende Flüssigkeiten.- XXI Zitronensäure: Beispiel für ein biotechnisches Produkt.- 154 Eigenschaften und Vorkommen.- 155 Herstellung.- 156 Verwendung.- 157 Zuckerrübenmelasse als Rohstoff.- 158 Wirtschaftliches.- XXII Süßungsmittel.- 159 Beschreibung von Sinnesorganen.- 160 Produkte zum Süßen.- 161 Chemische Struktur und süßende Geschmackswirkung.- 162 Herstellung Acetosulfam K – ein Beispiel.- 163 Wirtschaftliches.- 164 Historisches über den Rübenzucker.- 165 Die Honigbiene.- XXIII Pflanzenschutz.- 166 Historisches.- 167 Pflanzen.- 168 Zellen lebender Systeme.- 169 Pflanzenschädlinge.- 170 Methoden des Pflanzenschutzes- 171 Wirkungsweise von chemischen Pflanzenschutzmitteln.- 172 Integrierter Pflanzenschutz.- 173 Pflanzenschutz- und Pflanzenzucht durch Gentechnik.- 174 Gentechnik im Pflanzenschutz.- 175 Grundoperationen der Gentechnologie.- 176 Kontrollierte Expression.- 177 Wirtschaftliches.- XXIV Rohstoffquellen für Grundnahrungsmittel.- 178 Getreide.- 179 Zöliakie.- 180 Mutterkorn und Getreidepilze.- 181 Weizen.- 182 Mais.- 183 Reis.- 184 Die Kartoffel.- 185 Maniok.- 186 Die Olive.- 187 Futtermittel.- 188 Die Landflächen in Deutschland und ihre Nutzung.- XXV Von den Versorgungs- und Entsorgungssystemen des menschlichen Körpers.- 189 Was ist Leben?- 190 Herz-Kreislauf-System.- 191 Herz.- 192 Atmungsorgane – Atmung.- 193 Magen-Darm-Kanal.- 194 Die Entsorgung und ihre Organe.- 195 Das Nervensystem.- 196 Fortpflanzung.- 197Teratologie.- XXVI Was sind Arzneimittel?- 198 Grobgliederung von Arzneimitteln nach Anwendungsgebieten.- 199 Methoden aus dem medizinischen und pharmazeutischen Bereich.- 200 Entwicklung und Herstellung eines Arzneimittels.- 201 Darreichungsformen von Arzneimitteln.- 202 Fertigungsbedingungen.- 203 Verpacken von Arzneimittelspezialitäten.- 204 Pharmakodynamik und Pharmakokinetik.- 205 Wirtschaftliches.-  XXVII Weltweite Infektionskrankheiten.- 206 Einleitung.- 207 Ebola-Ausbruch in Westafrika.- 208 Infektionskrankheiten, die durch Vektoren übertragen werden.- 209 Infektionskrankheiten durch Vektoren.- 210 Schlussfolgerungen.- XXVIII Vergleichbare mathematische Funktionen zur Beschreibung von Vorgängen in Natur und Technik.- 211 Über Modelle und Funktionen als Synthesesprache.- 212 Zustandsfunktionen.- 213 Überlagerungsprozesse.- 214 Verweilzeitfunktionen von Arzneimitteln und Produktlebenszyklen als Überlagerungsfunktionen.- 215 Beschreibung von mikroskopischen Zuständen.- 216 Veränderungsprozesse als Rhythmen und Schwingungen.- 217 Exponentielle Evolutionskurve.- 218 Die Zeit als Parameter in technischen, biologischen, soziologischen und ökonomischen Prozessen.- XXIX Anhang.

Prof. Dr.-Ing. Vollrath Hopp, Ehrenmitglied der Universität Rostock, Dreieich

Die Chemie ist die Wissenschaft vom Energie- und Stoffumsatz und den damit verbundenen Änderungen der Energie- und Stoffzustände. Sie ist auch die Wissenschaft vom strukturellen Aufbau der Stoffe. Alle lebenden Systeme bestehen aus Stoffen und sind von Stoffen unterschiedlichen Energieinhaltes umgeben. Die auslösenden Faktoren für Stoffumwandlungen sind die von Außen auf sie einwirkenden Energien oder die in den Stoffen gespeicherten chemischen Energien. Diese gespeicherten chemischen Energien können als technische Nutzenergie (Elektrizität, Wärme) freigesetzt oder als physiologische Energie (Nahrung, Futter) für die lebenden Systeme angeboten werden. Damit ist die Chemie eine Verbundwissenschaft, in der sich alle naturwissenschaftlichen Disziplinen wie Physik, Biologie, Medizin, Pharmazie, Ernährungswissenschaft, Land- und Forstwirtschaft sowie Ingenieurtechnik begegnen, ergänzen und vernetzen.
Im vorliegenden Buch werden Stoffumwandlungen beschrieben, die mithilfe von Sonnenenergie über die Fotosynthese zu den Pflanzen und deren Früchten führen. Stofflich handelt es sich dabei um Kohlenhydrate, Fette, Proteine, Nukleinsäuren und viele Wirkstoffe.
Als wesentliche Lebenselemente wurden Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel und einige Mineralien ausgewählt.
In Pflanzen und deren Früchten ist die physiologische Nutzenergie gespeichert, die die Mikroorganismen, Tiere und Menschen auf unserer Erdoberfläche zum Erhalt ihres Lebens benötigen.
Während des stofflichen Abbaus (Verdauung) wird die physiologische Nutzenergie freigesetzt. Die Nahrungs- bzw. Futtermittel werden zu den an Energie verarmten Reststoffen abgebaut, wie z. B. Wasser, Kohlenstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Harnstoff, Harnsäure, Phosphate u. a. Zur Ergänzung wird auf die reaktionssteuernden Wirkstoffe wie Vitamine, Enzyme und Hormone eingegangen.
Unter dem Gesichtspunkt einer modernen globalen Massengesellschaft sind der Pflanzenschutz, die Arzneimittel und die Infektionskrankheiten nicht unberücksichtigt geblieben. Mathematische Grundkenntnisse sind notwendig, um Vorgänge in der Natur und Technologie quantitativ zu beschreiben.

Beschreibt naturwissenschaftliche und technologische Zusammenhänge der Ernährung und Gesundheit aus biologischer, chemischer und biochemischer Sicht Interdisziplinäres Thema regt zum fachübergreifenden Denken an Beinhaltet auch Wirtschaftsdaten