:: wikimiki.org ::

Freie Radikale

Freie Radikale

Freie Radikale sind Teile von Molekülen. An der Bruchstelle befindet sich ein Atom mit einem so genannten ungepaarten Elektron (Englisch: odd electron). Freie, also ungebundene Radikale versetzen biologisches Gewebe in oxidativen Stress und können es zerstören, indem sie als Initiator eine Kettenreaktion auslösen. Darin kann sich ein freies Radikal mit dem Teil eines bestehenden Moleküls zu einem neuen Molekül verbinden. Wird der neue Reaktionspartner ebenfalls als freies Radikal freigesetzt, so kann er eine analoge Reaktion verursachen. In solch einer Ketten-Reaktion verschwinden vom Körper gewünschte Moleküle und es entstehen unerwünschte oder gefährliche Moleküle. Bruchstellen in der DNA sind an sich schon gefährlich, weil Lesefehler der DNA Krebs verursachen können.

Entstehung

Freie Radikale entstehen im Körper durch Überlastung der Verbrennungsprozesse in Mitochondrien oder durch extreme äußere Einflüsse:
- Extreme Hitze (Feuer)
- UV-Strahlung
- Röntgen-Strahlung und andere Ionisierende Strahlung Freie Radikale können in den Körper gelangen, indem einer der obigen Einflüsse von außen Moleküle des Körpers in freie Radikale zerteilt. Direkte Einwirkung extremer Hitze ist hier unwichtig, weil der sonstige Schaden durch Feuer viel größer ist. Freie Radikale können auch durch Essen, Trinken oder Einatmen von irgend etwas, das freie Radikale enthält, in den Körper gelangen, zum Beispiel:
- Zigarettenrauch
- Nahrung, die ionisierender Strahlung ausgesetzt war

Freie Radikale in der Biologie

Freie Radikale spielen bei einer Vielzahl biologischer Prozesse eine wichtige Rolle, können aber auch Zellschäden hervorrufen, die u. a. zur Entstehung von Krebserkrankungen beitragen können. Auch für die Entstehung der Arteriosklerose, der Alzheimerschen Krankheit, der Leberschädigung durch Alkohol und des Lungenemphysems durch Zigarettenrauch wird der durch freie Radikale vermittelten Oxidation verschiedener Stoffe eine bedeutsame Rolle zugeschrieben. Da der Schutz vor der Wirkung freier Radikale lebensnotwendig sind, besitzt der Körper wirksame Abwehr- und Reparaturmechanismen in Form von Enzymen, Hormonen oder anderen Substanzklassen, die den Schaden minimieren. An diesen Abwehrmechanismen sind Antioxidantien wie Superoxiddismutase, Glutathionperoxidase, Vitamin A, Vitamin C, Vitamin E und Anthocyanine beteiligt. Auch Bilirubin, Harnsäure sollen bestimmte freie Radikale neutralisieren können. Das Hormon Melatonin gilt ebenfalls als Radikalenfänger gegen den oxidativen Stress. Freie Radikale spielen im Rahmen der sog. "Abnutzungstheorien" der Alterungsprozesse im Körper eine Rolle, so dass Wirksubstanzen gegen oxidativen Stress als Mittel gegen das Altern im Gespräch sind.

Chemische Erklärung für Nicht-ChemikerInnen

Moleküle bestehen aus Atomen, die durch Paare von Elektronen miteinander verbunden sind. Die Stärke der Bindung hängt von der Kombination der Atome ab. Wenn ein gebundenes Atom einem Atom mit einem ungepaarten Elektron begegnet, mit dem es stärker binden kann als mit einem seiner jetzigen 'Partner', dann wechselt es zum Atom mit dem ungepaartem Elektron über. Es nimmt dabei eines der Elektronen aus seiner früheren Bindung mit und dieses paart sich mit dem ungepaartem Elektron. Der frühere 'Partner' bleibt jetzt mit einem ungepaartem Elektron zurück. Das übergewechselte Atom hatte noch andere 'Partner', mit welchen es immer noch verbunden ist. Auch das Atom, das zu Anfang ein ungepaartes Elektron hatte, ist immer noch mit anderen Atomen verbunden. Das Ganze ist jetzt ein neues Molekül. Der frühere 'Partner' ist auch immer noch mit anderen Atomen verbunden, und diese Atomgruppe ist ein neues freies Radikal. Der Prozess könnte sich mit dem neuen freien Radikal wiederholen, aber nur mit Molekülen mit Bindungen, die schwächer sind als die, dessen Aufbrechen das neue schwächere freie Radikal geformt hat. Eine komplexere Variante des Prozesses ist auch möglich: wenn ein Atom einem Atom mit einem ungepaarten Elektron begegnet und im selben Moment zufällig einen Stoß bekommt, dann kann es zu dem Atom überwechseln, auch wenn die neue Bindung ein kleines bisschen schwächer ist als die frühere Bindung. Atome bekommen wegen der Wärme-Bewegung oft Stöße ab. Dieser Prozess wird sich wiederholen, wobei immer mehr gleich starke Bindungen aufgebrochen werden, wobei ursprüngliche Moleküle zerstört werden und neue Moleküle geformt werden. Eine Kettenreaktion also, wobei das ursprüngliche freie Radikal als Initiator auftritt. Das ist nicht dasselbe wie ein Katalysator weil das ursprüngliche freie Radikal verbraucht wird. Bei normalen Reaktionen würde aber die Reaktion aufhören, wenn einer der Ausgangsstoffe verbraucht ist. Die Kettenreaktion bleibt aber in Gang, wobei immer ein freies Radikal beteiligt ist, das genau so 'stark' ist wie das ursprüngliche. Die Kettenreaktion gleicht also mehr einer katalysierten Reaktion als eine normale Reaktion und der Unterschied zwischen einem Initiator und einem Katalysator ist somit in vielen Fällen unwichtig. Inhibitoren stoppen die Ketten-Reaktion. Es sind Moleküle, die sehr schwache freie Radikalen abgeben, wobei also der zuerst beschriebene Prozess auftritt. Ein einsames Elektronenpaar (Englisch: lone pair) hat mit freien Radikalen nichts zu tun. ja:ラジカル th:อนุมูลอิสระ Kategorie:Physik Kategorie:Gesundheit

Molekül

Ein Molekül (älter auch: Molekel) ist ein Teilchen, das aus mindestens zwei zusammenhängenden Atomen besteht, welche durch kovalente Bindungen verbunden sind. Moleküle stellen die kleinsten Teilchen dar, die die Eigenschaften des zugrundeliegenden Stoffes haben. Es gibt Moleküle, die aus einem einzigen Element aufgebaut sind (O₂, N₂, P₄ u.v.m), die meisten Moleküle sind aber Verbindungen aus Nichtmetallen mit einem (oder mehr) weiteren Nichtmetallen oder Halbmetallen. Einen etwas größeren Verbund von gleichartigen Atomen nennt man Cluster.

Bindungsart in Molekülen

In Molekülen halten die verbundenen Atome über gemeinsame Elektronenpaare zusammen. Man nennt solche Bindungen auch Atombindung, Elektronenpaarbindung oder kovalente Bindung. Wenn auch die einzelnen Atome keine vollen Elementarladungen haben, also nicht als Ionen vorliegen, kann es durch unsymmetrisch verteilte Bindungselektronenpaare zu Teilladungen kommen. Man unterteilt deshalb die Atombindungen in:
- kovalente Bindung / unpolare Atombindung - Differenz der Elektronegativität der Bindungspartner ist 0. Diese Art der Bindung kommt genau genommen nur bei Elementmolekülen, d.h. bei Molekülen, die nur aus einer Atomart zusammen gesetzt sind, vor. Man fasst im weiteren Sinne allerdings auch Bindungen zwischen Atomen (z.B. zwischen C und H) als kovalente Bindungen auf, deren Differenz der Elektronegativität größer 0 und kleiner 0,4 ist.
- polare Bindung - Differenz der Elektronegativität der Bindungspartner ist größer 0,4 und kleiner 1,8.

Zwischenmolekulare Kräfte (sortiert nach abnehmender Stärke)

Zwischen den Molekülen können verschiedene Kräfte wirken, die sich zum Beispiel auf die Siede- und Schmelztemperatur und die Löslichkeitseigenschaften auswirken können.
- Wasserstoffbrückenbindung
- Dipol-Dipol-Kräfte
- van-der-Waals-Kräfte

Darstellung

Der Aufbau eines Moleküls kann auf verschiedene Arten beschrieben werden. Die Summenformel eignet sich für einfache Moleküle, insbesondere anorganische Moleküle, z.B. H₂O für Wasser oder NH₃ für Ammoniak. Sie enthält die Atomsymbole der im Molekül enthaltenen Elementsorten, deren Anzahl über einen Index (die tiefgestellte Zahl) angegeben ist. Die Wirkung von Intermolekularen Kräften ist auch bei kleineren Molekülen von der räumlichen Struktur der Moleküle abhängig. Zur Beschreibung dieser Struktur dient die VSEPR-Theorie. Bei komplexeren Molekülen, wie sie vor allem in der organischen Chemie vorkommen, liefert eine Summenformel oft keine ausreichende Beschreibung, da es verschiedene Moleküle mit der gleichen Summenformel (Isomere) geben kann. Deshalb wird dazu die Strukturformel verwendet, die den Aufbau graphisch darstellt. In einigen Fällen, spiegelbildlich gebauten Molekülen, den Enantiomeren, gibt auch die Strukturformel nicht ausreichend Aufschluss über die nach außen wirksame Struktur. Hier werden Fischer- und Haworth-Projektion verwendet. Bei hochkomplexen Molekülen wie Proteinen oder polymeren Kohlenhydraten spielt die räumliche Darstellung eine noch größere Rolle. Man versucht, räumliche Darstellungen über Farbgebung zu erreichen (Bsp.: Hämoglobin). Man spricht dann - je nach Ebene - von der Primärstruktur (bei Proteinen durch die Abfolge der Aminosäuren definiert), der Sekundärstruktur (Auffaltung zu einer Helix oder einem Faltblatt), der Tertiärstruktur (Auffaltung der Sekundärstruktur zu Kugeln oder Fasern ) und der Quartärstruktur. (siehe hierzu: Protein)

Siehe auch:

- Chemische Bindung
- Atombindung
- Ionenbindung
- Molekularphysik
- Molekülbaukasten
- Ölfleckversuch Kategorie:Chemie Kategorie:Genetik Kategorie:Atomphysik als:Molekül ja:分子 ko:분자 simple:Molecule th:โมเลกุล Kategorie:Chemie

Atom

en umkreisen einen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen.]] Das Atom (von griechisch άτομος, átomos - unteilbar, [unteilbare] Person) ist der kleinste chemisch nicht weiter teilbare Baustein der Materie. Im Laufe der Wissenschaftsgeschichte wurden unterschiedliche Atommodelle vorgeschlagen. Atome sind elektrisch neutral, jedoch werden oft auch Ionen unter dem Begriff Atom gefasst. Atome bestehen aus einem Atomkern mit positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen und einer Atomhülle aus negativ geladenen Elektronen. Atome gleicher Anzahl der Protonen, der Kernladungszahl, gehören zu demselben Element. Bei neutralen Atomen ist die Anzahl von Protonen und Elektronen gleich. Die physikalischen Eigenschaften der Atomhülle bestimmen das chemische Verhalten eines Atoms. Atome gleicher Kernladungszahl besitzen dieselbe Atomhülle und sind damit chemisch nicht unterscheidbar. Nahezu die gesamte von uns wahrnehmbare, unbelebte und belebte Materie in unserer irdischen Umgebung besteht aus Atomen oder Ionen. Kosmologisch betrachtet stellt diese Materieform jedoch nur einen gewissen Anteil neben Plasma, aus dem die Sterne bestehen, der Neutronenmaterie von Neutronensternen und evtl. einer noch hypothetischen Dunklen Materie bislang unbekannter Natur.

Aufbau

Dunklen Materie Ein Atom besteht aus einer Hülle und einem im Vergleich zu seinem Gesamtvolumen winzigen Kern. Die Atomhülle (Elektronenhülle) hat mit einem Radius von etwa 10^-10 m einen ungefähr zehntausendfach größeren Radius als der Atomkern (r = 10^-14 m). Zur Veranschaulichung: würde man ein Atom auf die Größe einer Kathedrale aufblähen, so entspräche der Kern der Größe einer Fliege (allerdings wäre eine solche Fliege vieltausendfach schwerer als die Kathedrale selbst). Der Atomkern nimmt nur etwa ein Billiardstel des Gesamtvolumens eines Atoms ein. Der Atomkern besteht aus den sogenannten Nukleonen, Protonen und – außer beim Wasserstoff-Isotop ₁¹H – aus Neutronen. Die Atomhülle besteht aus Elektronen. Im Atomkern konzentriert sich fast die gesamte Masse des Atoms. Die Elektronen tragen eine negative elektrische Ladung und die Protonen eine positive, wodurch sie sich gegenseitig anziehen. Die Neutronen sind elektrisch neutral und haben eine geringfügig größere Masse als die Protonen.

Kenndaten

Atome sind in erster Näherung kugelförmig und haben eine Größe von 0,1 bis 0,5 nm, also 0,0000000001 m bis 0,0000000005 m. Innerhalb des Periodensystems nehmen die Atomradien von links nach rechts ab und von oben nach unten zu. Allerdings besteht kein linearer Zusammenhang zwischen der Protonenzahl (und damit der Ordnungszahl) und dem Atomradius. Ihre Masse beträgt abhängig von der Massenzahl zwischen 10^-24 und 10^-22 g. Siehe auch: Mol, Periodensystem Siehe auch: Atommodell

Kategorisierung und Ordnung

Die Anzahl der Protonen in einem Atom ist die Kernladungszahl oder auch Ordnungszahl (Stellung des Elements im Periodensystem der chemischen Elemente), die Summe der Protonen und Neutronen die Massenzahl. Atome mit der gleichen Anzahl an Protonen werden dem gleichen chemischen Element zugeordnet. Atome mit der gleichen Protonenzahl aber unterschiedlichen Neutronenzahlen nennt man Isotope, sie gehören dem gleichen chemischen Element an. Bei den meisten chemischen Reaktionen spielt die Anzahl der Neutronen keine Rolle. Wichtig ist die Anzahl der Neutronen im Bereich der Strahlungslehre. In der Kernphysik unterscheidet man Atomsorten nach der Zahl der Protonen und Neutronen, da diese eine unterschiedliche Radioaktivität aufweisen. Meist sind nur ein oder zwei Isotope eines Elements stabil, die anderen zerfallen radioaktiv. Von einigen Elementen gibt es auch überhaupt kein stabiles Isotop. Atom(kern)e mit untereinander gleicher Zahl an Protonen bzw. Neutronen bezeichnet man als Nuklide. Das kleinste Atom ist das Wasserstoffatom mit nur einem Proton im Atomkern. Eines der schwersten Atome ist das Uran-Atom mit 92 Protonen im Atomkern (siehe Periodensystem). Das schwerste Atom, dessen Herstellung in entsprechenden Experimenten bisher gelungen ist, ist das Ununoctium-Atom mit 118 Protonen im Atomkern (Stand Aug.2004). Es ist jedoch extrem kurzlebig.

Allgemeines

Die Chemie beschäftigt sich mit den Atomen und ihren Verbindungen, den Molekülen. Dies setzt auch genaue Kenntnisse über die Struktur der Atomhülle voraus. Die Physik beschäftigt sich unter anderem mit dem Aufbau der Atomhülle (Atomphysik), dem Aufbau der Atomkerne aus Elementarteilchen (Kernphysik) und weiter mit den Eigenschaften der Elementarteilchen (Elementarteilchenphysik).

Geschichte

Siehe auch: Atomismus und Atommodell Die Geschichte der Idee des Atoms beginnt im antiken Griechenland um 400 vor Christus.
- um 400 vor Christus - Demokrit und das Teilchenmodell ::Demokrit, ein altgriechischer Gelehrter, äußerte als erster die Vermutung, dass die Welt aus unteilbaren Teilchen - (griechisch a-tomos = unteilbar) Atomen - bestände. Daneben gäbe es nur leeren Raum. Alle Eigenschaften der Stoffe ließen sich, nach Meinung Demokrits, auf die Abstoßung und Anziehung dieser kleinen Teilchen erklären. Diese Idee wurde von den Zeitgenossen Demokrits abgelehnt, da man damals die Welt als etwas Göttliches ansah. Demokrits philosophischer Kontrahent war vor allem Empedokles, der die Lehre von den vier Elementen Feuer, Erde, Luft und Wasser begründete. Demokrits Vorschlag blieb fast 2 Jahrtausende unbeachtet.
- um 1400 - Die Alchemisten - Gold kann nicht hergestellt werden ::Auch wenn die Alchemisten in ihren Versuchen, aus niederen Stoffen (wie etwa Blei) Gold herzustellen, scheiterten, leisteten sie Vorarbeit für die spätere experimentelle Physik und Chemie.
- 1803 - John Dalton - Atomtheorie der Elemente ::Der englische Chemiker John Dalton griff als erster wieder die Idee von Demokrit auf. Aus konstanten Mengenverhältnissen bei chemischen Reaktionen schließt Dalton darauf, dass immer eine bestimmte Anzahl von Atomen miteinander reagiert.
- 1896 entdeckt Henri Becquerel die Radioaktivität, und stellt fest, dass sich Atome umwandeln können.
- 1897 - Joseph John Thomson - Entdeckung des Elektrons ::Bei einem Versuch mit Strom stellte der britische Physiker Thomson fest, dass Strahlen in Vakuumröhren aus kleinen Teilchen bestehen. Damit war ein erster Bestandteil der Atome gefunden, obwohl man von der Existenz der Atome immer noch nicht überzeugt war. Eine Besonderheit war die Entdeckung vor allem deshalb, weil man dachte, Strom wäre eine Flüssigkeit.
- 1898 - Marie und Pierre Curie - Radioaktivität ::Immer mehr Forscher beschäftigten sich mit den kleinsten Teilchen. Die Curies untersuchten unter anderem Uran, das sie aus Pechblende gewannen. Die Uran-Atome zerfallen unter Abgabe von Wärme und Strahlen, die man als Radioaktivität (von radius = Strahl) bezeichnet. Marie Curie erkannte, dass sich Elemente bei diesem Zerfall verwandeln. (Die Radioaktivität wurde 1896 von Henri Becquerel entdeckt.)
- 1900 - Ludwig Boltzmann - Atomtheorie ::Boltzmann war ein theoretischer Physiker, der die Ideen von Demokrit umsetzte. Er berechnete aus der Idee der Atom-Existenz einige Eigenschaften von Gasen und Kristallen. Da er allerdings keinen experimentelle Beweis lieferte, waren damals seine Ideen umstritten.
- 1900 - Max Planck - Quanten ::Der Berliner Physiker Planck untersuchte die Schwarzkörperstrahlung. Bei der theoretischen, thermodynamischen Begründung seiner Formel führte er die sog. Quanten ein und wurde somit zum Begründer der Quantenphysik.
- 1905 - Albert Einstein - Erklärung der Brownschen Bewegung ::In der dritten Arbeit des „annus mirabilis“ erklärte der Physiker Albert Einstein die Brownsche Bewegung mit Hilfe der Atomhypothese. Damit wurde zum ersten Mal ein beobachtbares physikalisches Phänomen direkt aus Boltzmanns Theorie hergeleitet.
- 1906 - Ernest Rutherford - Experimente ::Der Physiker Ernest Rutherford ging im Gegensatz zu Boltzmann und Planck experimentell auf die Suche nach den Atomen. 1906 entdeckte er mit dem rutherfordschen Experiment, dass Atome nicht massiv sind, ja sogar im Grunde fast gar keine Substanz besitzen. (Damit ist das Wort "Atom" für das, was es bezeichnet, im Grunde falsch. Es wurde aber beibehalten.) Aus dem Experiment leitete Rutherford bis 1911 die genaue Größe eines Atoms, also der Atomhülle und der Größe des Atomkerns ab. Ferner konnte er ermitteln, dass der Atomkern die positive Ladung, die Atomhülle eine entsprechende negative Ladung trägt. So entdeckte er das Proton.
- 1913 - Niels Bohr - Schalenmodell ::Aus dem rutherfordschem Atommodell entwickelte der dänische Physiker Niels Bohr ein planetenartiges Atommodell. Danach bewegen sich die Elektronen auf bestimmten Bahnen um den Kern, wie Planeten die Sonne umkreisen. Die Bahnen werden auch als Schalen bezeichnet. Das besondere daran war, dass die Abstände der Elektronen-Bahnen streng-mathematischen Gesetzmäßigkeiten folgen. Die Bahnen besitzen verschiedene Radien, und jede Bahn besitzt eine maximale Kapazität für Elektronen. Atome streben Bohr zufolge an, dass alle Bahnen komplett besetzt sind. Damit haben sich sowohl viele chemische Reaktionen erklären lassen als auch die Spektrallinien des Wasserstoffs. Da sich das Modell für komplexere Atome als unzureichend erwies, wurde es 1916 von Bohr und dem deutschen Physiker Arnold Sommerfeld insofern verbessert, als man nun für bestimmte Elektronen exzentrische, elliptische Bahnen annahm. Das bohr-sommerfeldsche Atommodell erklärt viele chemische und physikalische Eigenschaften von Atomen.
- 1929 - Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg und andere - Das Orbitalmodell ::Aufbauend auf Schrödingers Wellenmechanik und Heisenbergs Matrizenmechanik wurde ein weiteres, bis heute modernes Atommodell entwickelt, das weitere Unklarheiten beseitigen konnte.
- 1929 - Ernest O. Lawrence - Der erste Teilchenbeschleuniger, das Zyklotron ::Um Informationen über den Aufbau der Atomkerne zu bekommen, wurden die Kerne mit Strahlen beschossen. Um nicht auf die schwache natürliche Strahlung angewiesen zu sein, entwickelte Lawrence das Zyklotron. Geladene Teilchen wurden auf kreisförmigen Bahnen beschleunigt.
- 1932 - Paul Dirac und David Anderson - Antimaterie ::Der theoretische Physiker Paul Dirac fand eine Formel, mit der sich die Beobachtungen der Atomphysik beschreiben lassen. Allerdings setzte diese Formel die Existenz von Anti-Teilchen voraus. Diese Idee stieß auf heftige Kritik, bis der amerikanische Physiker Anderson in der kosmischen Strahlung das Positron nachweisen konnte. Dieses Anti-Teilchen zum Elektron hat eine positiver Ladung aber die gleiche Masse wie ein Elektron. Treffen ein Teilchen und sein Anti-Teilchen zusammen, zerstrahlen sie sofort als Energie gemäß der Formel E = m
- c². 1932 wurde dann noch das Neutron von dem englischen Physiker James Chadwick entdeckt.
- 1933 - Irène und Frédéric Joliot-Curie - Materie aus dem Nichts ::Eher zufällig beobachten die Eheleute Curie, dass sich nicht nur Masse in Energie umwandeln lässt. In einem Experiment verwandelte sich ein Lichtstrahl in ein Elektron und ein Positron (vgl. Paarbildung).
- 1938 - Otto Hahn und Lise Meitner - Die erste Kernspaltung ::Der deutsche Chemiker Hahn, ein Schüler Rutherfords, untersuchte weiter die Atomkerne. Dazu beschoß er Uran-Atome mit Neutronen und erhielt Cäsium und Rubidium oder Strontium und Xenon. Was eigentlich passierte, konnte er nicht erklären. Dies gelang jedoch seiner Mitarbeiterin Lise Meitner, die aufgrund ihrer jüdischen Religion vor den Nazis nach Schweden geflohen war. Sie stellte fest, dass die Summe der Kernteilchen (Protonen und Neutronen) bei den Produkten der des Urans entspricht. Hahn erhielt dafür den Nobelpreis, erwähnte seine Mitarbeiterin aber mit keinem Wort.
- 1938 - Hans Bethe - Kernfusion in der Sonne ::Neben zahlreichen Beiträgen zum Aufbau der Atome erforschte der in Straßburg geborene Bethe die Energieproduktion in Sternen. Er stellte fest, dass in unserer Sonne zwei Wasserstoff-Atomkerne miteinander verschmelzen, während in größeren und helleren Sternen Kohlenstoff-Kerne in die schwereren Stickstoff-Kerne verwandelt werden. Bethe arbeitete auch in Los Alamos mit, wurde aber nach dem Krieg ein engagierter Gegner von Massenvernichtungswaffen.
- 1942 - Enrico Fermi - Der erste Kernreaktor ::Der italienische Physiker Fermi erkannte die Möglichkeit, die Kernspaltung für eine Kettenreaktion zu nutzen. Die bei der Spaltung von Uran freiwerdenden Neutronen, konnten für die Spaltung weiterer Kerne verwendet werden. Damit legte Fermi die Grundlagen sowohl für die kriegerische Nutzung der Kernenergie in Atombomben, als auch friedliche Nutzung in Kernreaktoren. Fermi baute den ersten funktionierenden Kernreaktor.
- 1942 - Werner Heisenberg - Atomforschung für die Nazis ::Die Nazis beauftragten den Physiker Heisenberg, eine Atombombe zu entwickeln. Durch einen Rechenfehler misslang ihm dies aber. Bei der Berechnung der kritischen Masse verrechnete er sich um den Faktor 1000.
- 1942 - Albert Einstein und Leo Szilard - Roosevelt soll die Atombombe bauen ::Eigentlich hat Einstein selber nicht zum Bau der Atombombe beigetragen. Er unterstützte aber einen Brief an den amerikanischen Präsidenten Roosevelt, dass die Atombombe unbedingt vor den Nazis entwickelt werden solle. Auch der ungarische Universalgelehrte Szilard erkannte die Gefahr, die von einer deutschen Atombombe ausging. Er lieferte zwar wichtige Ideen für den Bau der Atombombe, war aber an deren Entwicklung in Los Alamos nicht beteiligt. Auch später warnte Szilard noch vor dem Gebrauch der Atombombe.
- 1945 - J. Robert Oppenheimer - Die erste Atombombe ::Oppenheimer war der Organisator, der in Los Alamos die besten Physiker und Ingenieure versammelte. So gelang es innerhalb kürzester Zeit der Bau einer Atombombe, das Manhattan-Projekt. Nach dem Einsatz der Atombombe in Hiroshima wurde Oppenheimer zum Gegner von Atombomben.
- 1951 - Erwin Müler – das Feldionenmikroskop ::Müller gelingt mit der Konstruktion eines Feldionenmikroskopes erstmals die direkte Abbildung von Atomen auf einer Wolfram-Spitze.
- 1952 - Edward Teller - Die Wasserstoffbombe ::Der ungarische Physiker Teller war Mitarbeiter von Oppenheimer. Allerdings hatte er eine weitergehende Idee. Er wollte eine Bombe auf der Basis der Kernfusion bauen, die Bethe in der Sonne nachgewiesen hat. Aus Angst vor dem Kommunismus wurde Teller zu einem Rüstungsfanatiker und entwickelte die Wasserstoffbombe.
- 1960 - Donald A. Glaser - Die Blasenkammer ::Nach dem Ende des zweiten Weltkrieges konzentrierte sich die Forschung auf den Aufbau der Elementarteilchen. Mit der Entwicklung der Blasenkammer hatte man nun eine Möglichkeit, die kleinsten Teilchen, die in Teilchenbeschleunigern entstanden, zu "sehen".
- 1964 - Murray Gell-Mann - Die Quarks ::Mit Hilfe der Blasenkammer konnte auf einmal eine riesige Anzahl an bisher unsichtbaren Teilchen sichtbar gemacht werden, die Widersprüche zu der bisherigen Physik darstellte. Um dies zu erklären, postulierte der Physiker Gell-Mann Grundbausteine, aus denen die Kernbausteine aufgebaut sein sollen. Mittlerweile gibt es sehr viele Indizien für die Existenz der Quarks, auch wenn sie einzeln nicht zu beobachten sind.
- 1978 - Der Fusionreaktor ::Um die riesigen Mengen an Energie zu nutzen, die bei einer Kernverschmelzung (Kernfusion) frei werden, versuchte man, die Fusionsenergie gezielt zu nutzen. Die Kernverschmelzung (Kernfusion) gelang erstmals mit Teilchenbeschleunigern. Derzeit laufen Versuche, Kernfusionsreaktoren herzustellen, bislang konnte aber nur für sehr kurze Zeit mehr Energie gewonnen werden, als in den Prozess hineingesteckt wurde
- 1995 - Eric Cornell, Wolfgang Ketterle und Carl Wiemann - Das Bose-Einstein-Kondensat ::In einem ultrakalten Gas aus Rubidium-Atomen wird erstmals ein Bose-Einstein-Kondensat hergestellt, ein bereits von Einstein vorhergesagter Zustand der Materie.
- 2000 - CERN - Das Higgs-Boson ::Das Kernforschunngszentrum CERN in Genf forscht in ihrem Beschleuniger nach dem Higgs-Boson, das als Erlöser-Teilchen bezeichnet wird und dessen Existenz die bestehenden Theorien zur Elementarteilchenphysik bestätigen soll. Bisher gibt es keine eindeutigen experimentellen Belege für die Existenz des Higgs-Bosons.
- 2002 - Brookhaven - seltsame Materie ::Im Schwerionenbeschleunigerring RHIC im amerikanischen Brookhaven prallen Goldionen hoher Energie aufeinander. Dabei sollen sie für extrem kurze Zeit und in einem sehr kleinen Raumbereich ein Quark-Gluonen-Plasma erzeugen. Dies ist ein Zustand der Materie, der heute in der Natur nicht mehr vorkommt, aber vermutlich unmittelbar nach dem Urknall existierte.

Zitate

- Nur scheinbar hat ein Ding eine Farbe, nur scheinbar ist es süß oder bitter; in Wirklichkeit gibt es nur Atome und den leeren Raum. – Demokrit (5. Jh. v. Chr.)
- Richard Feynman hat einmal gesagt, müsste er das wichtigste Ergebnis der modernen Naturwissenschaft in einem Satz zum Ausdruck bringen, entschiede er sich für: "Die Welt besteht aus Atomen." – Brian Greene (Der Stoff, aus dem der Kosmos ist, ISBN 388680738X, S. 255)

Literatur

- Bernhard Bröcker u.a.: dtv Atlas Atomphysik: Tafeln und Texte. 6. Aufl. 1997. ISBN 3-423-03009-7.

Siehe auch

- Atomabsorption
- Atombombe
- Atomkraft
- Atomwaffe
- Atomgewicht
- Elementarteilchen
- Heisenbergsche Unschärferelation
- Kernmodell
- Kernreaktionen
- Liste von Mineralen
- Molekül
- Nebelkammer
- Quantenmechanik
- Quantenphysik
- Strahlenschutz
- Superatome
- Teilchenbeschleuniger
- Teilchendetektor
- Teilchenquelle
- Wechselwirkung

Weblinks

Animationen

- Animationen der Atome aller Elemente: http://www.physik.rwth-aachen.de/~harm/aixphysik/atom/Periodic/index.html
- Animation eines Heliumatoms: http://www.purchon.com/chemistry/helium.htm

Sonstiges

- [http://www.pm-magazin.de/de/wissensnews/wn_id878.htm "Kraftmikroskopie zeigt einzelne Atome"] von Peter Rösch (P.M.)
- [http://www.chemieseite.de/allgemein/node4.php Übersicht über die verschiedenen Atommodelle] Kategorie:Atomphysik ja:原子 ko:원자 ms:Atom simple:Atom th:อะตอม

Elektron

Elektronen sind negativ geladene Elementarteilchen ohne räumliche Ausdehnung. Ihr Symbol ist e^-. Sie bilden die Elektronenhülle der Atome (und Ionen). Ihre freie Beweglichkeit in Metallen ist die Ursache für die elektrische Leitfähigkeit von metallischen Leitern. Elektronen gehören zu den Leptonen, einer Unterklasse der Fermionen. Deswegen besitzen sie einen Spin von 0,5. Ihre Antiteilchen sind die Positronen, Symbol e⁺, mit denen sie bis auf ihre elektrische Ladung in allen Eigenschaften übereinstimmen. Der experimentelle Nachweis von Elektronen gelang erstmals im Jahre 1897 durch den Briten Joseph John Thomson. Gelegentlich wird das negative Elektron auch als Negatron bezeichnet und der Begriff Elektron als Oberbegriff für Negatron und Positron. Der Name kommt vom griechischen Wort elektron (ηλεκτρον) und bedeutet Bernstein, denn an ihm wurde die Elektrizität erstmals beobachtet. Reibt man Bernstein beispielsweise mit einem Katzenfell, so lädt es sich elektrisch auf. Die Bezeichnung Elektron für die Ladungseinheit führte George Johnstone Stoney ein (Philosophical Magazine 40 (1895), 372). Ein Elektron ist ein „Mikroobjekt“, d. h., dass es, ähnlich wie Licht, Wellen- und Teilchencharakter hat. Daraus folgt, dass es der Heisenbergschen Unschärferelation unterliegt. In einem Atom wird das Elektron meist als stehende Materiewelle betrachtet. Elektronen können in polaren Lösungsmitteln wie Wasser oder Wasser in Lösung gehen. Diese Spezies wird als Solvatisiertes Elektron bezeichnet. Bei Lösung von Alkalimetallen in Ammoniak ist sie für die starke Blaufärbung verantwortlich. Diese Größen werden durch das magnetische Moment des Elektronenspins miteinander verknüpft:

\vec=-g_\frac\vec

. Dabei ist

\vec

das magnetische Moment des Elektronenspins,

m_

die Ruhemasse des Elektrons,

e

seine Ladung und

\vec

der Spin.

g_

heißt Landé- oder g-Faktor. Fasst man den Term vor

\vec s

zusammen, so erhält man das Verhältnis aus magnetischem Moment zum Spin, bezeichnet als gyromagnetisches Verhältnis des Elektrons. Für das Elektron ist nach der Dirac-Theorie (relativistische Quantenmechanik) der theoretische Wert von

g_

exakt gleich zwei. Effekte der Quantenelektrodynamik bewirken jedoch eine (geringfügige) Abweichung des Wertes für

g_

von zwei. Elektronen bilden mit Protonen und Neutronen die Atome. Während die beiden letztgenannten Teilchen den Kern bilden, befinden sich die Elektronen in der Atomhülle. Elektronen sind sehr viel leichter als Protonen und Neutronen, etwa um den Faktor 1800. In der Kathodenstrahlröhre bzw. Braunschen Röhre treten Elektronen aus einer beheizten Glühkathode aus und werden im Vakuum durch ein elektrisches Feld in Feldrichtung (in Richtung der positiven Anode) beschleunigt. Durch Magnetfelder werden die Elektronen senkrecht zur Feldrichtung abgelenkt. Diese Eigenschaften der Elektronen haben erst die Entwicklung des Fernsehers und des Computermonitors sowie ihre Nutzung in technologischen Anwendungen (Elektronenkanone) ermöglicht. Die Masse eines ruhenden Elektrons ist immer konstant. Bei bewegten Elektronen (und ein Elektron ist unter normalen Bedingungen immer in Bewegung) muss die Massenzunahme der Relativitätstheorie berücksichtigt werden. An Elektronen kann diese Massenzunahme gut beobachtet werden, da sie sich leicht aufgrund ihrer Ladung auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigen lassen. Die Masse kann dann durch Ablenkung in einem Magnetfeld bestimmt werden. Nach den theoretischen Darstellungen der Quantenelektrodynamik wird das Elektron als Punktteilchen, ohne endliche Ausdehnung angenommen. In guter Übereinstimmung damit ergaben Elektron-Elektron Streuexperimente an Teilchenbeschleunigern eine maximale Elektronengröße von 10^-19 m. Von der Größe zu unterscheiden ist der Wirkungsquerschnitt. Bei der Streuung von Röntgenstrahlen an Elektronen erhält man einen Wirkungsquerschnitt der einem effektiven Elektronenradius von etwa 3·10^-15 m entspräche. Dieselbe Größenordnung ergäbe sich bei einer klassischen (nicht quantentheoretischen) Beschreibung des Elektrons unter den Annahmen: #Elektronen sind kugelförmig, sie bilden einen Kugelkondensator #Die Ladung ist an der Oberfläche verteilt #Die potentielle Energie der Ladung entspricht der Ruheenergie

m_ c^2

Weblinks

- Tabellenwerte vom NIST: http://physics.nist.gov/constants Siehe auch: Myon, Tauon, Elektronenstoß, Positron Kategorie:Bernstein Kategorie:Elementarteilchen Kategorie:Elektrotechnik ja:電子 ko:전자 simple:Electron th:อิเล็กตรอน

Oxidativer Stress

Oxidativer Stress: Altern durch freie Radikale, ein Prozess, dem der Körper durch Antioxidantien entgegenwirkt.

Freie Radikale

Aus der Chemie wissen wir es: Sauerstoff verwandelt sich im Körper zu Wasser und zwar durch gleichzeitige Verbindung mit vier Elektronen. Ein Großteil dieses Wassers wird später über die Harnwege wieder ausgeschieden. Mit anderen Worten: es läuft ein Verbrennungsvorgang ab, der dem Körper Energie zuführt. Trotz ausgiebiger Schutzmechanismen, z.B. in der Atmungskette, ist dieser Prozess in etwa zwei Prozent der Fälle fehlerhaft, dann nämlich, wenn sich zu wenig Elektronen mit Sauerstoff verbinden. Dabei entstehen "freie Radikale", Substanzen, die schon seit Mitte des letzten Jahrhunderts als Schlüsselfaktor des Alterungsprozesses gesehen wurden, da sie den Körper einem "oxidativen Stress" aussetzen. Freie Radikale, darunter das Superoxid-anion Radikal (1) und das Hydroxidradikal (2), die als Hauptverantwortliche der Schädigungen gesehen werden, öffnen im Körper eine „Büchse der Pandora", welche eine Kettenreaktion in Gang bringt. Da freie Radikale ein ungepaartes Elektron aufweisen, sind sie hochgradig instabil. Um sich das fehlende Elektron anzueignen, attackieren und verändern sie benachbarte Moleküle - seien es Lipide, Proteine oder DNA. Oxidativer Stress,Antioxidantien und Schutzenzyme. Freie Radikale entstehen in den Mitochondrien, den "Kraftwerken" der Zelle, wo in der Atmungskette ständig Nährstoffe mit Sauerstoff verbrannt werden. Zwar verfügt der Körper über Mechanismen, um diese aggressiven Verbindungen abzufangen oder entstandene Schäden zu reparieren, aber mit der Zeit werden diese Abwehrkräfte schwächer, und die Zahl der Schadstellen nimmt zu. Mitochondrien sind schon deshalb so gefährdet, weil sie zwar über eigenes Erbgut, aber nicht über die dazugehörigen Reparatursysteme verfügen, weshalb sie im Laufe des Lebens zunehmend zugrunde gehen. Haben freie Radikale erst einmal die DNA verändert, steigen altersbedingte Krankheiten wie Diabetes, Krebs, Arthritis, Alzheimer und Herzkrankheiten. Zur Abwehr setzt der Körper Schutzenzyme (siehe unten) und Antioxidantien [Glutathion, Vitamin C (9, 10), Vitamin E und Beta-Carotin] ein, die den oxidativen Abbau verhindern. Diese Moleküle neutralisieren die freien Radikale durch Übertragung eines Elektrons.

Biologische Alterungsprozesse

Radikale werden somit für das Altern verantwortlich gemacht. Gestützt wird diese "Radikal-Theorie" dadurch, dass langlebige Organismen einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch haben als kurzlebige. Am interessantesten sind Vögel. Sie haben vierfach höhere Stoffwechselumsätze als Menschen d.h. sie verbrauchen mehr Energie bei wesentlich kürzerer Lebenserwartung. Meeresschildkröten, die wohl dank ihres geringen Stoffwechselpotentials hunderte von Jahren alt werden können, scheinen die Regel zu bestätigen. Mäuse und Kühe verbrennen während ihres Lebens nahezu gleichviel Energie. Die Maus wird damit allerdings drei Jahre, die Kuh immerhin 30 Jahre alt. Mit anderen Worten: beide Tiere verbrennen Sauerstoff auf völlig unterschiedlichem Niveau. Im Kampf zwischen freien Radikalen und Antioxidantien können wir erhebliche Schäden erleiden. Am Anfang sind sie noch gering und überschaubar, und der Körper kann sie dauerhaft reparieren. Doch irgendwann kann er das Tempo nicht mehr mithalten. In den letzten Lebensjahren setzt dann ein Schneeballeffekt ein, eine regelrechten Flut von oxidativem Stress, in der sich die freie Radikale nahezu ungehindert ausbreiten. Schließlich kann die Reparaturtätigkeit dem nicht mehr standhalten. Dieser Schneeballeffekt bewirkt, dass Menschen in der Blüte ihrer Jahre häufig keine sichtbaren Anzeichen von Alterung zeigen.

Antioxidantien

Glutathion (GSH) ist praktisch in allen Zellen vorhanden, oft in hohen Konzentrationen, und kann als eine Art Redoxpuffer angesehen werden. Die Substanz verhindert die Oxidation von Sulfhydrylgruppen in Proteinen und von Eisen (Fe-II) im Häm. Seine Redoxfunktion kann auch zur Entfernung toxischer Peroxide dienen, wie sie sich im Laufe des Wachstums und im Metabolismus unter aeroben Bedingungen bilden. Andere Antioxidantien, die oben genannten Vitamine, werden seit Jahren in Apotheken, Drogeriemärkten und Reformhäusern als Anti-Alterungsmittel gehandelt. Allerdings ist ihr Einfluss auf Gesundheit und Lebenserwartung möglicherweise begrenzt, denn ihre optimale Dosierung ist umstritten und sie sind keinesfalls die einzigen körpereigenen Abwehrspieler. Wenn Antioxidantien ein Elektron an freie Radikale abgegeben haben, werden sie selbst zu solchen. Indes: Sie greifen nicht sehr aggressiv an, da sie sich leicht mit unkritischen Molekülen oder untereinander verbinden. Bemerkenswert in diesem Zusammenhang ist die mögliche Doppelfunktion des Vitamins C. Gedacht zum Abfangen des Hydroxylradikals (10) gibt es weitere Reaktionswege (Kreuzungspunkt 9), die erst zur Bildung freier Radikale führen:
- zusammen mit zweiwertigem Eisen wird aus Sauerstoff das Superoxidradikal-Anion (Dioxigenasereaktion 3)
- zusammen mit Wasserstoffperoxid wird die aus der Organischen Chemie bekannte "Fenton-Reaktion" (8) eingeleitet, während der eine Disproportionierung zum Hydroxylradikal (2) und dem Hydroxid-Anion eintritt. Wie im Reagenzglas kann das freie Radikal offenbar auch im Menschen zur Schädigung der Nukleinsäuren führen (Trends in Biochem. Sci. 24, 255-259, 1999). Wenn dies virale DNAs betrifft, ist dies sicherlich ein wünschenswerter Effekt (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87, 7245-7349, 1990). Obgleich es bisher keine harten Daten zur Wirkung der Reaktion (8) im Menschen gibt, mag es angezeigt sein, die Rolle und Dosierung dieses Vitamins neu zu bewerten.

Schutzenzyme

Glutathion ist der Cofaktor der Glutathion-Peroxidase(7) 2 GSH + R-O-OH —> GSSG + H₂O + R-OH Das Enzym ist schon deshalb bemerkenswert, weil es ein kovalent gebundenes Selenatom (Se) in Form des Selenocysteins (Sec) enthält. Selenoenzyme verdanken dieser sog. "21ten Aminosäure" ihre Aktivität. Mit der Übertragung des Gens für Superoxid-Dismutase, dem Enzym, welches das gefährliche Superoxid-anion Radikal (1) disproportioniert, hoffen einige Forscher, auch den Menschen zum Methusalem machen zu können. Katalase (6) schließlich entzieht dem Organismus Peroxide und damit die Grundlage einer Fenton Reaktion.

Wenn ein Ungleichgewicht zwischen dem Wasserstoffperoxid-bildenen Enzym Superoxid-Dismutase und dem Wasserstoffperoxid-abbauenden Enzymen Katalase bzw. Glutathionperoxidase besteht, d.h. die Wasserstoffperoxid-bildenen Reaktionen überwiegen, kann jedoch auch oxidativer Stress entstehen. Neuste Erkenntnisse ergaben, dass dieses Ungleichgewicht im antioxidativen Enzymsystem und resultierender oxidativer Stress bei der p53-vermittelten-Apoptose eine Rolle spielt.

Erfolge mit Fruchtfliegen

Erklärtes Ziel einiger Gentechnologen ist es, den Körper zu veranlassen, selbst Antioxidantien zu produzieren. Experimente mit Fruchtfliegen brachten erste Erfolge. Mit genetischen Manipulationen wurde der Organismus dazu gebracht, Katalase und Superoxid Dismutase herzustellen. Damit erhöhte sich die maximale Lebensdauer um immerhin 34 Prozent.

Zusammenfassung: Stress-Respons/Antioxidantien

Stress-Respons und Antioxidantien.

Weblinks

- http://www.inform24.de/radikale.html Kategorie:Geriatrie

Kettenreaktion

Eine Kettenreaktion ist ein physikalischer oder chemischer Prozess, der mehrere weitere, gleichartige Prozesse nach sich zieht. Dadurch vervielfacht sich sehr schnell die Zahl der ablaufenden Prozesse. Der Begriff Kettenreaktion wird oft auch außerhalb der Chemie/Physik synonym für eine Abfolge von Ereignissen gebraucht, die in immer schnellerer Folge unkontrolliert ablaufen.

Chemische Kettenreaktion

Bei einer chemischen Kettenreaktion, wie etwa der explosiven Verbrennung von Sprengstoffen, löst ein initiales Ereignis (beispielsweise Energiezufuhr durch Licht oder Wärme) die erstmalige Reaktion aus. Dadurch wird wiederum Energie freigesetzt (exotherme Reaktion) und die Reaktion setzt sich fort, bis kein Reaktionsmaterial mehr vorhanden ist oder es zu einer Abbruchreaktion kommt.

Nukleare Kettenreaktion (Uranspaltung, Kernspaltung)

Kernspaltung Ein Beispiel einer nuklearen Kettenreaktion ist die Spaltung des radioaktiven Uranisotops ²³⁵U. Dieses Isotop kann Neutronen mit einer bestimmten Geschwindigkeit (thermische Neutronen) besonders gut absorbieren und verwandelt sich dadurch in das Isotop ²³⁶U. Dieses Isotop ist instabil und besitzt eine extrem kurze Halbwertszeit, es zerfällt durch spontane Kernspaltung und setzt dabei 2 bis 3 schnelle Neutronen frei. Findet dies unter geeigneten Bedingungen statt,
- das heißt, wenn genug spaltbares Material vorhanden ist (kritische Masse),
- wenn die Neutronen eine für die Kettenreaktion geeignete Geschwindigkeit (thermische Neutronen) haben und
- wenn nur eine geringe Menge der Neutronen von anderen Isotopen absorbiert werden, so führen die freigesetzten Neutronen bei weiteren ²³⁵U-Kernen zur erneuten induzierten Kernspaltung, und der Prozess setzt sich fort. Abhängig von der Absorptionsrate ergeben sich für diese Reaktion, bei der neben den Neutronen auch Energie in Form von Strahlungsquanten freigesetzt wird (siehe auch Massendefekt), verschiedene Anwendungen. Dies sind z.B die gesteuerte Kettenreaktion im Kernreaktor und die ungesteuerte bei der Atombombe. In einem Kernreaktor wird die Kettenreaktion dadurch gesteuert, dass man von außen mit Hilfe von Stoffen, die Neutronen absorbieren, in den Neutronenhaushalt eingreift (siehe auch Steuerstäbe). Der Neutronenhaushalt wird durch den Multiplikationsfaktor k beschrieben. In einem Reaktor im stabilen Dauerbetrieb ist der Multiplikationsfaktor k = 1. Siehe auch: Polymerase-Kettenreaktion Kategorie:Kernenergie

Desoxyribonukleinsäure

Die Desoxyribonukleinsäure (DNS), meist nach der englischen Bezeichnung deoxyribonucleic acid mit DNA abgekürzt, ist ein Makromolekül, das in der Vererbung als Träger der Information dient. Anhand dieser Information, die in einer bestimmten Form, dem genetischen Code, in die DNA eingeschrieben ist, werden Proteine synthetisiert. Das Makromolekül ist aus den chemischen Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Phosphor und Stickstoff zusammengesetzt. Die DNA ist eine Nukleinsäure. Die deutsche Abkürzung DNS wird im wissenschaftlichen Sprachgebrauch und zunehmend auch in der Umgangssprache wegen der international gebräuchlichen englischen Abkürzung DNA seltener verwendet. Die internationale Abkürzung vermeidet zudem Verwechslungen mit dem Domain Name System (DNS) des Internets.

Der Aufbau der DNA

Die Struktur der DNA wurde 1953 von James Watson und Francis Crick aufgeklärt, die 1962 dafür mit Maurice Wilkins den Nobelpreis für Medizin erhielten. Rosalind Franklin, deren Röntgenbeugungsdiagramme wesentlich zur Entschlüsselung der DNA-Struktur beigetragen hatten, war zum Zeitpunkt der Nobelpreisverleihung bereits verstorben. Entdeckt wurde die DNA allerdings schon 1869 von Friedrich Miescher, der in Zellkernen das Nuklein vorfand, jedoch die Funktion dieser Substanz noch nicht sicher bestimmen konnte . Zellkern Die Desoxyribonukleinsäure ist ein langes Polymer, das heißt, ein Kettenmolekül aus vielen Einzelbausteinen, die man Desoxyribonukleotide nennt. Es gibt vier verschiedene Bausteine dieser Art: Jedes Nukleotid ist eine Verbindung aus dem Zucker Desoxyribose, einer heterozyklischen Nukleobase (Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) oder Cytosin (C) und einem Phosphorsäure-Molekül. (Siehe zu den üblichen Abkürzungen A, T, G und C auch: Nukleinsäure-Nomenklatur.) Die Desoxyribose- und Phosphorsäure-Untereinheiten sind bei jedem Nukleotid gleich; die vier verschiedenen Nukleotide unterscheiden sich nur durch ihre Base. Die fünf Kohlenstoffatome einer Desoxyribose sind von 1' (sprich Eins Strich) bis 5' nummeriert. Bei dem letzen in der DNA vorkommenden Nukleotid sitzen am 5'-Ende der Desoxyribose ein Triphosphat, am 3'-Ende eine OH-Gruppe. Letztere reagiert bei der Verknüpfung der Nukleotide mit der Phosphatgruppe des jeweils nächsten Nukleotids, so dass Pyrophosphat frei wird. Nach dem Modell von Watson und Crick ist die DNA insgesamt aus zwei gegenläufigen DNA-Einzelsträngen aufgebaut, die je ein 5'-Ende mit einer Phosphat-Gruppe und ein 3'-Ende mit einer OH-Gruppe besitzen. Die beiden Holme der Strickleiter werden aus Hunderttausenden sich abwechselnder Zucker- (Desoxyribose-) und Phosphat-Bausteine gebildet, die innerhalb jedes DNA-Einzelstrangs (Holms) über feste Atombindungen miteinander verknüpft sind. Diese beiden Einzelstränge sind außerdem nach Art einer Strickleiter miteinander verbunden, wobei die zwei Holme der Leiter zusätzlich um eine gedachte Achse schraubenförmig gewunden sind (Doppelhelixstruktur). Die Sprossen der Strickleiter bestehen aus je zwei organischen Basen (einem so genannten Basenpaar), die über Wasserstoffbrücken (schwächere Bindungskräfte) miteinander verbunden sind und so dafür sorgen, dass die beiden Holme auch im schraubenförmigen Zustand der Strickleiter verknüpft bleiben und im gleichen Abstand nebeneinander liegen. Normalerweise ist DNA rechtshändig gedreht. Neben dieser, auch B-DNA genannten, Konformation wurde 1979 von Alexander Rich und seinen Kollegen am MIT erstmals auch eine linkshändige sogenannte Z-DNA untersucht. MIT Die in der DNA vorliegenden Basenpaare werden von den jeweils komplementären Basen Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin gebildet. Zwischen Adenin und Thymin bilden sich dabei zwei Wasserstoffbrücken aus; Cytosin und Guanin sind über drei Wasserstoffbrücken miteinander verknüpft. Das Riesenmolekül DNA ist demzufolge aus einer Vielzahl von vier verschiedenen Nukleotiden „zusammengesteckt“, die in einem DNA-Einzelstrang in beliebiger Reihenfolge aneinander gebunden werden können und sich dadurch unterscheiden, dass sie jeweils nur eine von vier möglichen organischen Basen enthalten. Bestimmte Abschnitte der DNA, die so genannten Gene, kodieren genetische Informationen. Gene enthalten "Baupläne" für Proteine oder Moleküle, welche bei der Proteinsynthese oder Regulation des Stoffwechsels einer Zelle beteiligt sind. Die Reihenfolge der Basen bestimmt dabei die genetische Information. Diese Basensequenz kann mittels Sequenzierung z.B. über die Sanger-Methode ermittelt werden. Die Basenabfolge (Basensequenz) eines Genabschnitts der DNA wird zunächst durch die Transkription in die komplementäre Basensequenz eines so genannten Ribonukleinsäure-Moleküls überschrieben (abgekürzt RNA, selten auch deutsch RNS). RNA enthält im Unterschied zu DNA Ribose anstelle von Desoxyribose und die Base Uracil anstelle von Thymin. Organisiert ist die DNA in der eukaryotischen Zelle in Chromosomen. Ein Chromosom ist jeweils ein langer, kontinuierlicher DNA-Doppelstrang, der um eine Vielzahl von Histonen (Kernproteinen) herumgewickelt und mehrfach zu einer kompakten Form spiralisiert werden kann. Chromosomen liegen in verschiedenen Spiralisierungszuständen vor. Während der Zellkernteilung (Mitose) werden sie so kompakt verdichtet, dass sie anfärbbar und im Lichtmikroskop bereits bei geringerer Vergrößerung erkennbar sind. In prokaryotischen Zellen liegt die DNA dagegen zirkulär vor, d.h. das 5'-Ende ist mit dem 3'-Ende des DNA-Stranges verbunden. Diese werden je nach Länge der Sequenz als Bakterienchromosom oder Plasmid bezeichnet.

Verdopplung der DNA (DNA-Replikation)

Plasmid Die DNA ist in der Lage, sich mit Hilfe von Enzymen selbst zu verdoppeln. Sie wird nach dem so genannten semikonservativen Prinzip repliziert. Die doppelsträngige Helix wird zunächst durch das Enzym Helicase aufgetrennt. Ein Einzelstrang dient als Matrize (Vorlage) für den zu synthetisierenden komplementären Gegenstrang, d. h. die replizierte DNA besteht jeweils aus einem alten und einem neu synthetisierten komplementären Einzelstrang. Der Vorgang der DNA-Synthese, d. h. die Bindung der zu verknüpfenden Nukleotide, wird durch Enzyme aus der Gruppe der DNA-Polymerasen vollzogen. Ein zu verknüpfendes Nukleotid muss in der Triphosphat-Verbindung – also als Desoxyribonukleotidtriphosphat – vorliegen. Durch Abspaltung zweier Phosphatteile wird die für den Bindungsvorgang benötigte Energie frei. Im Bereich der durch das Enzym Helicase gebildeten Replikationsgabel (das heißt, zweier auseinander laufender DNA-Einzelstränge) markiert zunächst ein RNA-Primer, der durch das Enzym Primase synthetisiert wird, den Startpunkt der DNA-Neusynthese. An das RNA-Molekül hängt die DNA-Polymerase dann ein zum Nukleotid des alten DNA-Einzelstrangs komplementäres Nukleotid, daran wieder ein weiteres neues passendes Nukleotid usw., bis die DNA wieder zu einem Doppelstrang komplettiert wurde. Dies geschieht an beiden geöffneten Einzelsträngen. Dennoch entsteht dabei ein Problem: Die Verknüpfung der neuen Nukleotide zu einem komplementären DNA-Einzelstrang verläuft nur in 5'→3' Richtung, d. h. kontinuierlich den alten 3'→5'-Strang entlang (und dabei diesen ablesend) in Richtung der sich immer weiter öffnenden Replikationsgabel ohne Pause in einem Schritt durch. Die Synthese des zweiten neuen Stranges am alten 5'→3'-Strang dagegen kann nicht kontinuierlich in Richtung der Replikationsgabel, sondern nur von dieser weg ebenfalls in 5'→3' Richtung erfolgen. Die Replikationsgabel ist aber zu Beginn der Replikation nur ein wenig geöffnet, weshalb an diesem Strang – in 'unpassender' Gegenrichtung – immer nur ein kurzes Stück neuer komplementärer DNA entstehen kann. Da hier jeweils eine DNA-Polymerase nur ca. 1000 Nukleotide verknüpft, ist es notwendig, den gesamten komplementären Strang stückchenweise zu synthetisieren. Bei etwas weiter geöffnetem Zustand der Replikationsgabel lagert sich daher ein neuer RNA-Primer wieder direkt an der Gabelungsstelle an den DNA-Einzelstrang an, und die nächste DNA-Polymerase beginnt – sich von der Replikationsgabel entfernend – erneut ca. 1000 Nukleotide an den RNA-Primer zu hängen. Derselbe Vorgang wird laufend wiederholt, d. h. der komplementäre DNA-Strang entsteht nach und nach häppchenweise. Bei der Synthese des 3'→5'-Stranges wird also pro DNA-Syntheseeinheit jeweils ein neuer RNA-Primer benötigt. Primer und zugehörige Syntheseeinheit bezeichnet man als Okazaki-Fragment. Die für den Replikations-Start benötigten RNA-Primer werden enzymatisch abgebaut. Dadurch entstehen Lücken im neuen DNA-Strang, welche durch spezielle DNA-Polymerasen mit DNA-Nukleotiden aufgefüllt werden. Zum Abschluss verknüpft das Enzym Ligase die noch nicht miteinander verbundenen neuen DNA-Abschnitte zu einem einzigen, langen, komplementären Doppelstrang. Nach Abschluss der Replikation wurden also zwei DNA-Einzelstränge in etwas unterschiedlicher Weise jeweils wieder zu einem Doppelstrang ergänzt. Aus einem DNA-Molekül sind somit zwei entstanden.

Andere Funktionen der DNA

DNA-Moleküle spielen als Informationsträger und „Andockstelle“ eine wichtige Rolle für Enzyme, die für die Transkription zuständig sind. Weiterhin ist die Information bestimmter DNA-Abschnitte, wie sie etwa in operativen Einheiten wie dem Operon vorliegt, wichtig für Regulationsprozesse innerhalb der Zelle. Mutationen von DNA-Abschnitten – z. B. Austausch von Basen gegen andere oder Änderungen in der Basensequenz – führen zu Veränderungen des Erbgutes, die zum Teil tödlich (letal) für den betroffenen Organismus sein können. Gelegentlich sind solche Mutationen aber auch von Vorteil; sie bilden dann den Ausgangspunkt für die Veränderung von Lebewesen im Rahmen der Evolution. Mittels der Rekombination bei der geschlechtlichen Fortpflanzung wird diese Veränderung der DNA sogar zu einem entscheidenden Faktor bei der Evolution: Die eukaryotische Zelle besitzt in der Regel mehrere Chromosomensätze, d.h. ein DNA-Doppelstrang liegt mindestens zwei Mal vor. Durch wechselseitigen Austausch von Teilen dieser DNA-Stränge, dem Crossing-over bei der Meiose, können so neue Eigenschaften entstehen.

DNA-Schäden

DNA-Moleküle können durch verschiedene Einflüsse beschädigt werden. UV- oder γ-Strahlung, Alkylierung sowie Oxidation können die DNA-Basen chemisch verändern oder zum Strangbruch führen. Diese chemischen Änderungen beinträchtigen unter Umständen die Paarungseigenschaften der betroffenen Basen. Dieses Prinzip ist eine wesentliche Ursache für Mutationen während der Replikation. Einige häufige DNA-Schäden sind:
- die Bildung von Uracil aus Cytosin unter spontanem Verlust einer Aminogruppe durch Hydrolyse: Uracil ist wie Thymin komplementär zu Adenin.
- Thymin-Thymin-Dimerschäden (verursacht durch photochemische Reaktion zweier aufeinander folgender Thyminbasen im DNA-Strang durch UV-Strahlung, z.B. aus Sonnenlicht. Diese Schäden sind wahrscheinlich eine wesentliche Ursache für die Entstehung von Hautkrebs).
- die Entstehung von 8-oxo-Guanin durch Oxidation von Guanin: 8-oxo-Guanin ist sowohl zu Cytosin als auch zu Adenin komplementär. Während der Replikation können beide Basen gegenüber 8-oxo-Guanin eingebaut werden. Aufgrund ihrer mutagenen Eigenschaften und ihres häufigen Auftretens (Schätzungen belaufen sich auf 10⁴-10⁶ neue Schäden pro Zelle und Tag) müssen DNA-Schäden rechtzeitig aus dem Genom entfernt werden. Zellen verfügen dafür über ein effizientes DNA-Reparatursystem. Dieses beseitigt Schäden mit Hilfe folgender Strategien:
- Direkte Schadensreversion: Ein Enzym macht die chemische Änderung an der DNA-Base rückgängig.
- Basenexcisionsreparatur: Die fehlerhafte Base, z. B. 8-oxo-Guanin, wird aus dem Genom ausgeschnitten. Die entstandene freie Stelle wird anhand der Information im Gegenstrang neu synthetisiert.
- Nukleotidexcisionsreparatur: Ein größerer Teilstrang, der den Schaden enthält, wird aus dem Genom ausgeschnitten. Dieser wird anhand der Information im Gegenstrang neu synthetisiert.
- Homologe Rekombination: Sind beide DNA-Stränge beschädigt, wird die genetische Information aus dem zweiten Chromosom des homologen Chromosomenpaars für die Reparatur verwendet.
- Replikation mit speziellen Polymerasen: DNA-Polymerase η kann z. B. fehlerfrei über einen TT-Dimerschaden replizieren. Menschen, bei denen Polymerase η nicht oder nur eingeschränkt funktioniert, leiden häufig an Xeroderma Pigmentosum, einer Erbkrankheit, die zu extremer Sonnenlichtempfindlichkeit führt.

Packung (supercoiling) der DNA

Da die DNA als lange Kette betrachtet mehrere Meter lang sein kann, im Zellkern aber nur wenige µm Platz ist, muss die DNA „verpackt“ bzw. gepackt werden. Dies geschieht in Eukaryoten mittels basischer Proteine (Histone), um die die DNA herumgewickelt wird. Siehe: Chromatin. In Prokaryoten wird die DNA-Helix mit Hilfe von Enzymen (z.B. Topoisomerasen und Gyrasen) zu einfachen Supercoils aufgewickelt, die man sich wie eine verdrehte Telefonschnur vorstellen kann, also nochmals um sich selbst gedrehte Helizes.

Siehe auch

- Ikone (Medien)

Referenzen

# http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/17128/1.html

Literatur

- Chris R. Calladine et al.: DNA - Das Molekül und seine Funktionsweise. 3. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag 2005, ISBN 3-8274-1605-1
- Terence A. Brown: Moderne Genetik. 2. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag 1999, ISBN 3827403065
- Ernst Peter Fischer: Am Anfang war die Doppelhelix. Ullstein 2004, ISBN 3548366732
- Ernst Peter Fischer: Das Genom. Fischer-Taschenbuch 2002, ISBN 359615362X
- James D. Watson: Die Doppelhelix. Rowohlt-Taschenbuch 1997, ISBN 3499602555
- James D. Watson: Gene, Girls und Gamov. Piper 2003, ISBN 3-492-04428-X
- James D. Watson: Am Anfang war die Doppelhelix Ullstein 2003, ISBN 3-550-07566-9
- James D. Watson, M. Gilman, J. Witkowski und M. Zoller: Rekombinierte DNA. 2. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag 1993, ISBN 3860250728
- Thomas Lindahl: Instability and decay of the primary structure of DNA. Nature, 1993, 362, 709-715.
- W. Wayt Gibbs: Preziosen im DNA-Schrott. Spektrum der Wissenschaft, Februar 2004, S. 68 - 75,
- W. Wayt Gibbs: DNA ist nicht alles. Spektrum der Wissenschaft, März 2004, S. 68 - 75,

Weblinks

- [http://www.abi-bayern.de/bio/mol_01_dns.htm Ausführliche Erklärung auf www.abi-bayern.de]
- [http://biocrs.biomed.brown.edu/Books/Chapters/Ch%208/DH-Paper.html Watson/Crick: A structure for Desoxyribose Nucleic Acid]
- [http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/biologie/dna/ Deutsche Fassung von "DNA from the Beginning" des Dolan DNA Learning Center]
- [http://www.lebendiger-unterricht.de/BIOLOGIE/Experimente/DNA-Isolierung/dna-isolierung.html DNA-Isolierung "in der Küche"]
- [http://www.biokular.de/1999/DNA.html Das Leben hängt an einem Faden: Über den Aufbau und die Funktion der Desoxyribonukleinsäure]
- [http://www.dnai.org/index.htm DNA Interactive – Seite des Cold Spring Harbor Institute und des Howard Hughes Medical Institute: eine exzellente Einführung in die Thematik] (engl.) - siehe auch: [http://www.dnaftb.org/dnaftb/ DNA from the Beginning]
- [http://www.foerstner.org/konrad/bco/grundlagen/nukleinsaeuren.html Nukleinsäuren]
- [http://www.3sat.de/nano/bstuecke/45640/ 3sat: Nano: Die größte biologische Entdeckung: 50 Jahre DNA-Struktur]
- [http://sina.eetezadi.de/inhalt/referate/dna-replikation-pcr DNA – Aufbau und Vervielfältigung ] – Bestandteile & Aufbau der DNA, Replikation und PCR Kategorie:Nukleinsäure Desoxyribonukleinsäure (DNS) Kategorie:Chemische Verbindung ja:デオキシリボ核酸 ko:DNA ms:DNA simple:DNA th:ดีเอ็นเอ

Krebs (Medizin)

Unter Krebs versteht man das unkontrollierte Wachstum von Körperzellen, die dabei gesundes Gewebe verdrängen oder zerstören. Jedes Organ des menschlichen Körpers kann von Krebs befallen werden. Krebs ist nach den Herz-Kreislauf-Erkrankungen die zweithäufigste Todesursache in Deutschland. Dennoch ist nicht jeder Krebsverlauf tödlich, falls rechtzeitig eine Therapie begonnen wird, oder der Krebs erst in hohem Lebensalter auftritt und langsam wächst. Die derzeitige Heilungsrate bei allen Krebserkrankungen beträgt durchschnittlich 30 bis 40 Prozent. Als geheilt wird in der Onkologie ein Patient bezeichnet, der mindestens fünf Jahre lang ohne Rückfall (Rezidiv) überlebt. Diese Definition von geheilt ist problematisch, weil viele der Rückfälle erst nach fünf Jahren erfolgen. Es fließen mithin viele Patienten in die Krebs-Erfolgsstatistik ein, die später an Krebs sterben (Vgl. Krebsatlas). Man sollte stets im Gedächtnis behalten, dass Krebs nicht gleich Krebs ist - und "Krebs" bedeutet auch nicht zwangsläufig "Todesurteil". Es sind rund hundert Krebserkrankungen bekannt, die sich in Überlebenschance, Behandlungsmöglichkeiten und der Bildung von Metastasen teilweise stark unterscheiden. Die meisten Krebserkrankungen nehmen an Häufigkeit im Alter deutlich zu, so dass man Krebs auch als eine degenerative Alterserkrankung des Zellwachstums ansehen kann. Neben dem Alter sind das Rauchen, andere karzinogene Noxen, familiäre Disposition (Veranlagung) und Virusinfektionen die Hauptursachen für Krebserkrankungen. Durch Krebsvorbeugung und Früherkennung kann das Krebsrisiko unter bestimmten Umständen (abhängig vom Diagnosezeitpunkt, der Krebsart und einem dafür optimalen Alter des Patienten) deutlich verringert werden.

Namensgeschichte

Der Name Krebs wurde Galenus zufolge durch die Ähnlichkeit der geschwollenen Venen eines äußeren Tumors mit Krebsbeinen inspiriert (siehe Krankheit als Metapher). Zuvor verwendete Aristoteles den Begriff "Krebs" vermutlich als erster, als er damit oberflächlich feststellbare, in benachbarte Organe infiltrierende und einwachsende Geschwulste beschrieb (z.B. fortgeschrittener Hautkrebs oder Brustkrebs). In der Bibel wird Krebs auch erwähnt: Paulus warnt vor ketzerischen Widersachern, deren Worte "um sich fressen wie der Krebs" (2. Timotheusbrief, 2:17).

Krebsentstehung

Bei Krebszellen ist diese gegenseitige Abstimmung und Beeinflussung im Zellverband außer Kraft gesetzt. Krebszellen teilen sich unkontrolliert immer weiter, obwohl keine Notwendigkeit mehr dazu besteht. Die Bremssignale des Gesamtsystems an die Tumorzellen werden nicht mehr erkannt und befolgt, da sie den genetischen Code für den Informationsempfang verloren oder abgeschaltet haben. Das Immunsystem des Gesamtorganismus versucht die unkontrolliert wachsenden Zellen zu attackieren. Da sie in vieler Hinsicht aber noch normalen Körperzellen ähneln, fallen die Abwehrmechanismen zu schwach aus, um den sinnlosen Wachstumsprozess zu stoppen. Aus einem örtlich begrenzten Tumor entsteht ein Tumor, der Gewebsgrenzen durchdringen kann, in andere Organe einwuchert und sich selbst mittels Angiogenese sogar neue Blutgefäße bildet.

Mehrstufenmodell

Einige heutige Ansichten über Krebs gehen von einem Mehrstufenmodell der Krebsentstehung aus. Das ältere so genannte Dreistufenmodell gliedert sich dabei in die Phasen der Initiation, Promotion und der Progression. Nach einer Jahre bzw. Jahrzehnte dauernden Latenzphase zwischen dem initialen DNA-Schaden, also der Transformation einer einzelnen Zelle, kommt es erst zum nachweisbaren Tumor. Problematisch am Mehrstufenmodell ist, dass die Begrifflichkeiten Initiation, Promotion und Progression lediglich beschreiben und nicht die Ursache erklären. Zudem sind etwa Promotion und Progression in der Praxis leider nicht scharf von einander abgrenzbar. Bis zu zehn verschiedene Mutationen müssen erfolgt sein. Einige dieser notwendigen Mutationen können vererbt werden, was erklärt, dass auch sehr kleine Kinder an Krebs erkranken können und dass Krebs in so genannten "Krebsfamilien" gehäuft auftreten kann. Ein typisches Beispiel dafür ist das vererbbare Xeroderma pigmentosum. Bei nahen Verwandten von Patientinnen mit Brustkrebs ist die Wahrscheinlichkeit, Brustkrebs zu bekommen doppelt so hoch wie in der übrigen Bevölkerung. In den dazwischenliegenden Schritten der Tumorentstehung (Promotion und Progression) spielen nichtgenotoxische Prozesse eine große Rolle, was Beobachter dazu verleiten könnte, diese Einflüsse als eigentliche "Krebserreger" einzustufen. Die eigentliche Malignität (bei malignen Tumoren) der entarteten Zelle wird in der Phase der Progression erreicht. In jüngerer Zeit wird statt des klassischen Dreistufenmodells von einem komplexen Mehrstufenmodell gesprochen (das nur zum Teil verstanden ist) und die Begriffe Promotion und Progression werden zunehmend vom Begriff der Co-Carcinogenese ersetzt. Bemerkenswert ist Henrietta Lacks, die 1951 an einem bösartigen Gebärmutterhalskrebs starb. Vor ihrem Tod wurden ihr Gewebsproben entnommen und die so genannte HeLa-Zelllinie entstand. Die Tumorzellen leben also seit mehr als fünfzig Jahren unter Laborbedingungen.[http://www.jhu.edu/~jhumag/0400web/01.html]

Historische Annahmen

1902 schrieb John Beard, dass Krebszellen trophoblastischen Embryonalzellen glichen. Zu Beginn einer Schwangerschaft sorgten diese Zellen dafür, dass sich der Embryo in der Gebärmutter einnisten könne. Das Wachstum sei aggressiv und chaotisch. Die Zellen teilten sich schnell und gewännen ihre Energie aus der Zuckergärung. Sie unterdrückten das Immunsystem der Mutter und produzierten humanes Choriongonadotropin hCG, das mittlerweile als Tumormarker anerkannt ist. Die Wucherung stoppt erst, wenn der Embryo ab 7. Woche Pankreasenzyme erzeugt. Ohne diese Enzyme entstünde der bösartigste Tumor, das Chorioncarcinom. Dass Krebstumoren Energie aus der Zuckergärung gewännen (d.h. der Tumor würde anaerob leben), ist die Basis für viele überholte Behandlungsmethoden. Im Jahr 1908 entdeckten Ellermann und Bang ein Virus, das Leukämie in Hühnern verursachte. Peyton Rous war es dann, der 1911 aus einem Muskeltumor mit der sehr hohen Filterfeinheit von 120 Nanometern einen Extrakt herausfilterte, mit dem er wieder Krebs erzeugen konnte. Er vermutete in diesem Extrakt ein Virus. 1966 erhielt Rous für diese Entdeckung des Rous Sarkom-Virus RSV den Nobelpreis.

Theorien zu Krebsauslösern

Krebserregend seien, entsprechend der oben beschriebenen Theorie vor allem Einflüsse, die das Erbgut verändern. Besonders empfindlich dafür ist die Zelle während der Zellteilung; daher sind Zellen, die sich schnell teilen, besonders anfällig. Auch Einflüsse, die das Immunsystem daran hindern, entartete Zellen zu erkennen und zu beseitigen, gelten als krebsfördernd. Besonders gefährlich sind demnach:
- ionisierende Strahlung wie ultraviolettes Licht, Röntgen- oder Gammastrahlung
- mutagene Chemikalien. Die wichtigsten sind größere Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe, Benzol, Chrom(VI)-Verbindungen.

Einordnung der Krebsarten

Krebstumore unterscheiden sich von gutartigen (benignen) Tumoren durch drei Kennzeichen: Sie wachsen
- infiltrierend: die Tumorzellen überschreiten Gewebegrenzen und wachsen in benachbartes Gewebe ein
- destruierend: sie zerstören dabei umliegendes Gewebe
- metastasierend: sie siedeln via Blut- und Lymphgefäßen oder sie bilden durch Abtropfung Tochtergeschwulste - so genannte Metastasen.

Klassierung

Daneben werden noch semimaligne Tumore und Präkanzerosen unterschieden. Semimaligne Tumoren erfüllen nur zwei der genannten Kriterien, Präkanzerosen sind entartetes Gewebe, welches sich mit hoher Wahrscheinlichkeit zu malignen Tumoren entdifferenziert, aber noch nicht infiltrierend und metastasierend gewachsen ist. Der häufigste semimaligne Tumor ist das Basaliom, ein Tumor der Basallzellschicht vor allem der sonnenexponierten Haut, der infiltrierend und destruierend wächst, allerdings nicht metastasiert. Unbehandelt kann der Tumor das gesamte Gesicht einschließlich der Gesichtsknochen zerstören. Die weitaus häufigste Präkanzerose ist die zervikale intraepitheliale Neoplasie, eine Wucherung des Gebärmutterhalses, deren Zellen zellbiologisch Zeichen der Malignität aufweisen, allerdings vom Gewebe her noch nicht infiltriert, destruiert oder metastasiert haben. Zur Vorsorge wird Frauen der jährliche Gebärmutterabstrich nach Papanicolaou, auch PAP-Abstrich genannt, empfohlen, da Präkanzerosen sich deutlich besser behandeln lassen.

Gewebeherkunft

Krebstumoren werden nach dem Typ des entarteten Gewebes klassifiziert. Den weitaus größten Teil aller Krebserkrankungen machen Karzinome aus, also Tumore, die von Epithel ausgehen. Diese werden nochmals differenziert in Plattenepithel- oder squamöse Karzinome, die sich von verhornter und unverhornter (Schleim-)Haut ableiten, und Adenokarzinome, welche sich vom Drüsenepithel ableiten und je nach Ursprung und Aufbau weiter differenziert werden. Eine weitere große Gruppe sind die hämatologischen Krebsformen des Blutes und der blutbildenden Organe, die sich in Leukämien und Lymphome, auch "Lymphdrüsenkrebs" genannt, unterteilen lassen . Daneben gibt es seltenere bösartige Tumoren, wie die vom Stütz- und Bindegewebe ausgehenden Sarkome, neuroendokrine Tumoren wie das Karzinoid oder von embryonalem Gewebe ausgehende Teratome (vor allem der Keimdrüsen).

Statistik

In Deutschland erkranken etwa 395.000 Menschen jährlich an Krebs, davon rund 195.000 Frauen und 200.000 Männer. Die meisten Fälle treten im Alter von über 60 Jahren auf. Die unter 60-jährigen machen mit etwa 107.000 Fällen nur rund ein Viertel der Krebs-Neuerkrankungen aus. Jedes Jahr erkranken in Deutschland rund 1.750 Kinder unter 15 Jahren an Krebs. Am häufigsten werden in dieser Altersgruppe Leukämien, Tumore des Gehirns und des Rückenmarks sowie Lymphknotenkrebs diagnostiziert. Im Durchschnitt werden derzeit etwa 30 % aller Krebspatienten von ihrer Krankheit geheilt. Von allen Krebsheilungen werden ca. 90 % ausschließlich durch die lokal auf die Tumorregion gerichtete, sogenannte lokoregionäre Behandlung, also durch Operation und Strahlentherapie (»Stahl und Strahl«) erreicht. Sehr selten gibt es auch Spontanremissionen. Als Spontanremission bezeichnet man ein komplettes oder teilweises Verschwinden eines bösartigen Tumors in Abwesenheit aller Behandlungen oder mit Behandlungen, für die bisher kein Wirksamkeitsnachweis geführt werden konnte. Allerdings liegt die Wahrscheinlichkeit solcher Spontanremissionen unter der Wahrscheinlichkeit einer Fehldiagnose.

Vergleich der diagnostizierten und der tödlichen Krebserkrankungen

Zahlen mit Stand: 2000 (Quelle: [http://www.rki.de/cln_006/nn_226928/DE/Content/GBE/DachdokKrebs/KrebsDownloads/kid2004__,templateId=raw,property=publicationFile.pdf/kid2004_ Broschüre »Krebs in Deutschland« der Arbeitsgemeinschaft Bevölkerungsbezogener Krebsregister in Deutschland])

Krebshäufungen bei bestimmten Berufen

Behandlungsmöglichkeiten

- Operation: operative Entfernung des Tumors und benachbarter Lymphknoten.
- Strahlentherapie
- mit radioaktiven Stoffen
- durch radioaktives Iod (Schilddrüse nimmt aktiv Iod auf)
- mit Röntgenstrahlen
- mit Protonentherapie (Bestrahlung mit Protonen, die den Tumor umgebendes Gewebe schont)
- mit Mikrowellen (Aufheizung des betroffenen Gewebes)
- Medikamentenbehandlung
- mit Zytostatika (»Chemotherapie«); die Krebszellen werden an der Vermehrung gehindert bzw. gestoppt
- Hormontherapie, z. B. Testosteronentzug beim Prostatakarzinom
- Hemmung des Blutgefäßwachstums (Krebsgewebe lockt Blutgefäße an, in Richtung des Krebsgewebes zu wachsen, um es zu versorgen.)
- Immuntherapie (Steigerung der Immunantwort auf die Tumorzellen) [http://www.kimt.de/ Immunologische Krebs-Therapie ]
- Palliative Behandlung bzw. Förderung der Lebensqualität
- Gabe von Schmerzmitteln
- Besserung des Allgemeinbefindens durch Schmerzbehandlung
- Ausreichende Ernährung
- Hemmung des Knochenabbaues
- Steigerung der Blutbildung im Knochenmark
- Symptomatische Behandlungen z. B. Aufdehnung von Stenosen durch Bougierung oder Einlage von Stents
- Physiotherapie (speziell Atemtherapie bei Lungenkrebs)
- Alternative Behandlungsmethoden, unter anderem die Mistel-Therapie oder B17-Therapie. Beide sind umstritten. Tatsache ist aber, dass viele erfolgreiche Zytostatika (wie Vincristin) ursprünglich in Pflanzen gefunden wurden. Diese Zytostatika sind aber hochrein und hochkonzentriert und deshalb nicht mit "Kräutertee" oder ähnlichem zu vergleichen. Die unbefriedigende Heilungsrate bei bestimmten Tumorerkrankungen und die Nebenwirkungen der etablierten Behandlungmethoden lösen oft Ängste und Verzweiflung bei den Betroffenen und deren Angehörigen aus. Dies führt unter Umständen zur Hinwendung zu unkonventionellen Behandlungsarten, denen in vielen Fällen der Nachweis der Wirksamkeit fehlt, und deren Grundlagen meist einer naturwissenschaftlichen Überprüfung nicht standhalten. Einige von ihnen werden als »Wunderheilung« abgelehnt, andere hingegen als ergänzende Therapieverfahren auch von der Schulmedizin akzeptiert. Auch wenn - leider häufig - eine vollständige Heilung nicht erreicht werden kann, ist in Betracht zu ziehen, dass bei einem 75jährigen Krebspatienten eine Lebenszeitverlängerung von 1 oder 2 Jahren schon als ein sehr gutes Resultat zu betrachten ist (ältere Krebspatienten sterben oft an etwas anderem als am Krebs selber), während bei einer 45jährigen Brustkrebspatientin erst eine 10jährige Rückfallfreiheit als "sehr gut" bewertet wird - denn sie hat einen großen Teil ihres Lebens noch vor sich.

Grenzen der Behandlungsmethoden

Die derzeitige Heilungsrate bei Krebs liegt bei ca. 30 – 40 Prozent, wenn man alle verschiedenen Krebserkrankungen zusammenfasst. Solange eine Krebskrankheit örtlich begrenzt bleibt, sind die Heilungschancen besser, als wenn der Tumor sich bereits in mehreren Organen des Körpers ausgebreitet hat (z.B. Lungenkrebs metastasiert sehr schnell, während Prostatakrebs dies seltener tut). Die Schwierigkeit vieler Krebserkrankungen liegt allerdings darin, dass sie sehr spät erkannt werden - ein Tumor kann schon ab einem Volumen von unter 1 ml Metastasen produzieren, aber z.B. Brustkrebs kann mittels Selbstabtastung durch einen Laien erst ab dieser Größe erkannt werden. Ein Problem stellt mitunter die anatomische Zugänglichkeit der Tumoren für eine operative Entfernung dar, beispielsweise an der Speiseröhre. Auch sind die Symptome nicht immer leicht zu erkennen oder treten erst in fortgeschrittenem Stadium auf, weshalb Bauchspeicheldrüsenkrebs oftmals sehr spät erkannt wird. Krebskranke haben äußerst unterschiedliche Überlebenschancen - siehe die Aufstellung oben. Faktoren, die dazu beitragen sind
- findet Früherkennung statt? :- der Tumor muss bis auf eine gewisse Größe anwachsen, bis er vom Laien erkannt wird (etwa Brustkrebs)
- verschleppt der Patient die Erkrankung und geht erst spät zum Arzt? :- etwa bei untypischen Symptomen, wie etwa chronischer Husten bei Rauchern
- metastasiert der Tumor schnell? :- die Gefährlichkeit etwa des Lungenkrebses ist in der Tat die schnelle Metastasenbildung
- spricht der Tumor auf die Chemotherapie an? :- je nach Ursprungsgewebe des Tumors sind gewisse Wirkstoffklassen völlig oder fast unwirksam
- kann der Tumor überhaupt operiert werden? :- Eingriffe wie Entfernung eines Lungenbeutels kann die Überlebensquote der Patienten drastisch senken, also versucht man solche Operationen zu vermeiden

Krebsvorbeugung

Es sind nicht alle Faktoren bekannt, die die Krebsentstehung fördern oder hemmen. Um das Risiko einer Krebserkrankung zu vermindern, sollte ein Aussetzen des Körpers mit kanzerogenen Stoffen vermieden werden.

Früherkennung

Bei den meisten Krebserkrankungen ist die Früherkennung wichtig. Nur selten, wie beispielsweise beim Lungenkrebs, ist die Früherkennung bislang ineffektiv. Die Früherkennung ist primär Aufgabe jedes Menschen und nicht bloß des Arztes. Unbehandelt wächst der maligne Tumor solange, bis das Organ bzw. der Körper zerstört ist. Da die Gefahr einer Krebserkrankung für eine Bevölkerung schwankt und u. a. von neu aufkommenden Umweltgiften abhängt oder von der Eliminierung solcher Gifte durch Umweltschutzgesetze, sowie durch das Ernährungsverhalten und der Bereitschaft, sich vor direkter Sonneneinstrahlung zu schützen, aber auch durch das Sexualverhalten (Durchseuchung einer Bevölkerung mit möglicherweise krebserregenden Viren), muss für jede Generation und jedes Land immer aufs Neue das individuelle Krebsrisiko bestimmt werden. Je eher ein Krebs erkannt wird, desto besser die Heilungsaussichten. Es ließen sich mehr Krebskrankheiten heilen, wenn sie früher erkannt würden. Aber nicht jede Früherkennung bietet nur Vorteile (siehe auch Screening). Man tauscht ein Risiko gegen ein Bündel anderer Risiken, wie falsch-positive Befunde. Für Männer sind regelmäßige Untersuchungen des Arztes auf Blut im Stuhl und das Abtasten der Prostata wichtig, für Frauen ein Abstrich vom Gebärmutterhals (systematische Früherkennungsuntersuchung auf Gebärmutterhalskrebs) und Mammographie-Vorsorgeuntersuchungen (über 50 Jahren), wobei der in absoluten Zahlen geringe Nutzen der Mammographie mit dem Arzt besprochen sein sollte. Viele Krebserkrankungen werden vom Patienten selbst aufgrund von Veränderungen erkannt. Ein Arztbesuch ist empfehlenswert bei:
- ungewöhnlichen Schwellungen; Wunden, die nicht abheilen; Veränderung der Form, Größe oder Farbe eines Hautmal oder abnorme Blutungen
- chronischer Husten oder anhaltende Heiserkeit, eine Veränderung beim Stuhlgang oder beim Urinieren, oder einen unerklärlichen Gewichtsverlust
- Veränderungen beim regelmäßigen Abtasten der Brüste feststellen. Jede dieser Selbstuntersuchungen sind mit einem recht großen Fehlerrisiko behaftet. Knötchen in der Brust können gut harmlos sein, und andererseits können Laien bösartige Brusttumoren erst ertasten, wenn sie schon 1 ml Volumen haben - und mit großer Wahrscheinlichkeit schon metastasiert haben.

Anlaufstellen

- [http://www.krebsgesellschaft.de/ Deutsche Krebsgesellschaft e.V.]
- Der kostenlose und neutrale [http://www.krebsinformation.de/ Krebsinformationsdienst KID] des DKFZ in Heidelberg
- [http://www.krebshilfe.de/ Deutsche Krebshilfe e.V.]
- [http://www.krebsliga.ch/ Krebsliga Schweiz]
- [http://www.krebs-kompass.de/ Krebs-Kompass]

Literatur

Wissenschaftliche Literatur

- Krebs in Deutschland, Häufigkeiten und Trends, 4.Auflage 2004, herausgebeben von der Arbeitsgemeinschaft Bevölkerungsbezogener Krebsregister in Deutschland, Saarbrücken ( = Krebsatlas)
- Onkologie für Pflegeberufe, hrsg. v. Agnes Glaus, Walter F. Jungi u. Hans-Jörg Senn, Thieme flexible Taschenbücher, ISBN 3-13-620305-4. Sehr breite und vertiefte Übersicht über Krebserkrankungen; zum großen Teil auch für Laien verständlich.
- Checkliste Onkologie, Reihe begr. v. Felix Largiader, Alexander Sturm u.Otto Wicki; Von Hans-Jörg Senn, Peter Drings, Agnes Glaus, ISBN 3-13-685505-1
- The China Study, T. Colin Campbell PhD, ISBN 1-93-210038-5. Wissenschaftliche Studien zum Zusammenhang zwischen Ernährung und Krankheiten, besonders auch Krebs werden hier "populärwissenschaftlich" vorgestellt. Der Autor hat selbst einige Studien zu diesem Thema geleitet (z.B. die vermutlich größte Studie auf diesem Sektor, nämlich eben die China Study) und zeigt Zusammenhänge auf, welche in der Öffentlichkeit kaum bekannt sind. (englisch)

Sachbücher ohne wissenschaftlichen Anspruch

- Stamatiadis-Smidt, Zur Hausen (Hrsg): Thema Krebs. Fragen und Antworten DKFZ KID. Springer, Berlin. 440 Seiten. Neuauflage 1998 von Stamatiadis-Smidt, Sellschopp (1993). ISBN 3-540-64353-2 .
- Gisela Friebel: Gesundheit fast zum Nulltarif ISBN 3929960060
- Robert A. Weinberg: Krieg der Zellen ISBN 3426266423
- Sibylle Herbert: Überleben Glücksache ISBN 3502140022
- Pascale Gmür: Da ist der Krebs und rundherum mein Leben. Frauen reden über Krebs Zürich: Beobachter-Verlag. ISBN 3-85569-230-0

Siehe auch

- Deutsches Krebsforschungszentrum in Heidelberg - das führende dt. Zentrum mit angeschlossenem Klinikverbund
- Früherkennung von Krankheiten
- Krankheit
- Krebsregister
- Onkologie
- Screening
- Screening/Robodoc
- TNM-Klassifikation

Weblinks

- [http://www.medinfo.de/index.asp?r=570&thema=Krebs www.medinfo.de] - Infoleitsystem Medinfo – die besten Links zu Krebsthemen
- [http://www.krebs-webweiser.de www.krebs-webweiser.de] - Umfangreiche Linkliste, nach Themen geordnet
- [http://www.medsana.ch/artikel.php?id=818&box=1 www.medsana.ch] - Umfassende Erklärungen zum Thema Krebs und den einzelnen Krebsarten
- [http://www.inkanet.de www.inkanet.de] - Informationsnetz für Krebspatienten und deren Angehörige (Inka)
- [http://www.krebs-kompass.de www.krebs-kompass.de] - Mehrfach ausgezeichnete Selbsthilfeseite, Chat und Forum (Krebs-Kompass)
- [http://www.hvbg.de/d/bia/fac/kmr/ www.hvbg.de] - Liste der krebserzeugenden, erbgutverändernden oder fortpflanzungsgefährdenden Stoffe (KMR-Liste)
- [http://www.grid.org www.grid.org] - Cancer Research Project der Universität Oxford mit Hilfe von privaten Haushalten
- [http://www.nutritionj.com/content/3/1/19 www.nutritionj.com] - Nutrition and cancer: A review of the evidence for an anti-cancer diet (Originalarbeit in englischer Sprache) ! ja:悪性腫瘍 ko:암 ms:Penyakit Barah simple:Cancer th:มะเร็ง

Mitochondrien

Ein Mitochondrium (auch: "Mitochondrion", Plural: Mitochondrien) ist ein von einer Doppelmembran umschlossenes Organell, das als "Kraftwerk" der eukaryontischen Zelle fungiert. Die Hauptfunktion des Mitochondriums ist es, im Rahmen der Zellatmung unter Sauerstoff-Verbrauch ATP, die universelle Energiewährung der Zelle, herzustellen. Mitochondrien kommen verteilt im Cytosol der meisten Eukaryoten vor. Ihre Größe beträgt etwa 0,5 bis 10µm in der Länge. Besonders viele Mitochondrien finden sich in Zellen, die viel Energie verbrauchen (z.B. Muskelzellen, Nervenzellen, Sinneszellen, Eizellen). Bis vor kurzem nahm man an, dass Mitochodrien über das Plasma der Eizelle nur von der Mutter vererbt werden, was Anlass zur Erforschung mütterlicher Verwandtschaftslinien gab. Doch hat sich mittlerweile herausgestellt, dass auch bei der Befruchtung durch das Spermium einige männliche Mitochondrien in das Plasma der befruchteten Eizelle (Zygote) importiert werden. Der Transport von Proteinen in die Mitochondrien erfolgt über die äußere Membran durch den TOM-Komplex (Translocase of outer mitochondrial membrane) und über die innere Membran durch den TIM-Komplex (Translocase of inner mitochondrial membrane) und beinhaltet die Funktion von Chaperonen, besonders Hsp70. Durch eine defekte Mitochondrien-Funktion (Mitochondriopathien) können Krankheiten hervorgerufen werden. Mitochondrien vermehren sich durch Teilung, wobei die Anzahl der Mitochondrien einer Zelle deren Energiebedarf angepasst werden kann. Eine eukaryotische Zelle, die alle ihre Mitochondrien verliert, ist nicht in der Lage diese zu regenerieren.

Aufbau der Mitochondrien

Protein Die Äußere Membran umschließt das gesamte Mitochondrium und enthält Kanäle aus Proteinkomplexen, welche den Austausch von Molekülen und Ionen zwischen dem Mitochondrium und dem Cytosol ermöglichen. Große Moleküle können die Membran nicht passieren. Die Innere Membran besteht entwededer beim Christae-Typ aus Cristae genannten Einstülpungen, wodurch die Oberfläche, an der die chemischen Reaktionen stattfinden können, erheblich vergrößert wird. Sie umschließt die Matrix, die interne Flüssigkeit des Mitochondriums. Die Membran enthält große Proteinkomplexe, welche für die eigentliche Energiegewinnung zuständig sind. Der andere Mitochondrien-Typ heißt Tubuli-Typ. Der Intermembranraum zwischen den beiden Membranen enthält Enzyme, die Nukleotide unter ATP-Verbrauch phosphorylieren können. Außerdem zeigt das elektronenmikroskopische Bild an der Membraninnenseite gestielte Köpfchen mit einem Durchmesser von 8,5 nm, die Elementarpartikeln. Hier findet im Verlauf der Zellatmung die ATP - Bildung statt.

Funktionen der Mitochondrien

- Atmungskette: Dabei wird mit Hilfe von Elektronen-Transportvorgängen und durch Anreicherung von Wasserstoffionen ein elektrochemischer Gradient aufgebaut, der dazu dient, mittels spezieller, in die innere Membran eingebundener Enzyme (ATPasen), ATP herzustellen (siehe chemiosmotische Kopplung). Die zur Herstellung des Gradienten benötigten Elektronen und Wasserstoffatome werden durch oxidativen Abbau aus den vom Organismus aufgenommenen Nährstoffen (z.B. Glucose) gewonnen. Zunächst läuft im Cytoplasma die Glykolyse ab, diese mündet nach oxidativer Decarboxylierung von Pyruvat in den Acetyl-CoA-Pool. Eine andere Quelle des Acetyl-CoA ist der Fettsäureabbau, so dass sich hier katabole Wege vereinigen. Aus Acetyl-CoA wird im Citrat-Zyklus (auch Krebs-Zyklus, Tricarbonsäure-Zyklus) in der Mitochondrien-Matrix der überwiegende Teil der Reduktionsäquivalente (NADH,H+, FADH2, Succinat) gewonnen, die dann in der Mitochondrienmembran innerhalb der Atmungskette bzw. im Q-Zyklus in Zellenergie (ATP) umgewandelt werden.
- Apoptose (Programmierter Zelltod)
- Wichtige Abbauwege: Citratzyklus, β-Oxidation der Fettsäuren
- Kalzium-Speicher: durch die Fähigkeit Kalziumionen aufzunehmen und später wieder abzugeben, greifen Mitochondrien in die Kalzium-Homöostase der Zelle ein.

Herkunft der Mitochondrien

Nach der Endosymbiontentheorie geht man davon aus, dass sowohl die Mitochondrien als auch die Chloroplasten - in grünen Pflanzen - aus einer Symbiose von aeroben Bakterien mit Eukaryoten hervorgegangen sind. Hinweise darauf sind der Besitz eigener genetischer Information (mtDNA), eine eigene Proteinsynthese (mit Ribosomen, tRNA ...) und das Vorhandensein einer inneren Membran, die sich deutlich vom Bau der äußeren Membran unterscheidet und die der Erzeugung von ATP aus ADP dient. Die Mitochondrien aller heutigen Arten sind jedoch so spezialisiert, dass sie allein nicht lebensfähig sind. Zuletzt wurde auch herausgefunden, dass die Mitochondrien relativ eng mit anderen, selterner auftretetnden Organellen, den Hydrogenosomen verwandt sind. Ein Verbindungsglied stellt das Wasserstoff-synthetisierende Mitochondrium dar (Nature, 434, 74).

Das Mitochondriengenom

Die Mitochondrien besitzen ein eigenes Genom, das etwa 1% der genetischen Information des Menschen ausmacht. Sie besitzen wie die Bakterien eine ringförmige DNA (mtDNA) mit einem eigenständigen Teilungszyklus, die als Plasmid bezeichnet wird. 37 Gene kontrollieren die Synthese von 13 Proteinen. Veränderungen im Mitochondriengenom werden in der Forschung zur Aufklärung von Abstammungslinien verschiedener ethnischer Gruppen genutzt

Literatur

- Johannes M. Herrmann: Proteintransportmaschinen in Mitochondrien. Naturwissenschaftliche Rundschau 58(10), S. 525 - 530 (2005), ISSN 0028-1050 Kategorie:Zellbiologie ja:ミトコンドリア ko:미토콘드리아

UV-Strahlung

Ultraviolettstrahlung sind elektromagnetische Wellen der Wellenlänge von etwa 380 bis 10 nm oder einer Frequenz von ca. 790 THz bis 30 PHz. Die Energie eines einzelnen Lichtquants liegt im Bereich von ca. 3,3 eV (380 nm) bis ca. 124 eV (10 nm).
Ultraviolettstrahlung ist nicht sichtbar. Sie zählt jedoch zur Gruppe der optischen Wellenlängen, weshalb häufig der irreführende Begriff "UV-Licht" anzutreffen ist. UV-Strahlung kann wie das Licht anderer Wellenlängen oder der Infrarot-Strahlung gebrochen, reflektiert, transmittiert, absorbiert und gebeugt werden.
Durch Fluoreszenz kann Ultraviolettstrahlung indirekt sichtbar gemacht werden.
In der sogenannten Höhensonne, in Solarien oder auch in sog. "Schwarzlichtlampen" (sie alle enthalten eine Quecksilberdampflampe als wesentlichen Bestandteil), lässt sich ultraviolette Strahlung auch künstlich erzeugen. Unterhalb einer Wellenlänge von ca. 200 nm ist die Energie eines einzelnen ultravioletten Lichtquants ausreichend, Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen, d.h. diese zu ionisieren. Wie auch Gamma- und Röntgenstrahlung bezeichnet man daher kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb ca. 200 nm als ionisierende Strahlung.
Obwohl sie die ionisierende Strahlung mit der geringsten Energie pro Lichtquant ist, ist sie für den Menschen gefährlich. Auch UV-Strahlung mit größerer Wellenlänge vermag bereits organische Bindungen zu zerstören. Daher ist ein verantwortungsvoller Umgang mit Sonnenlicht (Sonnenschutz) angebracht, da Sonnenlicht einen hohen Anteil an Ultraviolettstrahlung enthält. Auch der übermäßige Besuch von Solarien ist aus diesem Grund umstritten.

Einteilung, Biologische Wirkung

Der UV-Anteil des Sonnenlichts teilt sich im allgemeinen wie folgt auf: Die UV-Strahlung mit Wellenlängen kleiner als 100 nm kommt im Sonnenlicht nur mit sehr geringer Intensität vor. Eine andere Einteilung des UV-Strahlungsspektrums ist die in nahes Ultraviolett (entspricht im wesentlichen UV-A), mittleres Ultraviolett (etwa UV-B), fernes Ultraviolett (Wellenlängen von 200 bis etwa 280 nm) und Vakuumultraviolett (Wellenlängen kleiner als 200 nm, Luft wird