Biologie: Chemie und Physik

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Biochemische Grundlagen

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate enthalten als kleinste Baueinheit die Einfachzucker (Monosaccharide). Die Verknüpfung dieser Monomere kann über Oligosaccharide (2-10 Monosaccharide) bis zu Polysacchariden führen.

Monosaccharide

• Summenformel (CH₂O)_n
  • n ≥ 3
• an jedem Kohlenstoffatom hängt eine Hydroxil-Gruppe (-OH-Gruppe), mit Ausnahme eines Kohlenstoffatoms.
• Ausnahme trägt eine Carbonylgruppe (-C=O-Gruppe)
• Glucose: C₆H12O₆

Disaccharide
Ist die Verknüpfung zweier Monosaccharide.

Polysaccharide

• aus bis zu mehreren tausend, miteinander verknüpften, Glucose-Molekülen.
• Typische Vertreter: Stärke, Cellulose, Glykogen
• Stärke aus 20% Amylose und 80% Amylopektin

Lipide

Zu den Lipiden zählen Stoffe wie Fette und Phospholipide.
Gemeinsame physikalische Eigenschaft:

• in unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Benzin) sind sie gut löslich.
• in polaren Lösungsmitteln sind sie unlöslich.

Moleküle, in denen stark polarisierte Gruppen (-OH und -C=O) vorherrschen, sind wasserlöslich (hydrophil), solche
mit unpolaren Gruppen, wie Kohlenwasserstoffketten, wasserabstoßend (hydrophob).

	Tipp: Ein zentrales Strukturmerkmal aller Lipide sind folglich die Kohlenwasserstoffketten.

Fette sind energiereiche Speichersubstanzen für Stoffwechselenergie. Fett-Moleküle bestehen aus einem Glycerin-Rest und drei, meist verschiedenen, Fettsäure-Resten.
Glycerin ist ein Alkohol mit drei Hydroxil-Gruppen. Die Fettsäuren enthalten eine Carboxylgruppe (-COOH) sowie lange Kohlenwasserstoffketten. Fettsäuren mit Doppelbindungen im Molekül nennt man ungesättigte Fettsäuren.
Phospholipide (z.B. Lecithin) sind wichtige Bausteine der Biomembran. Im Lecithin sind zwei hydrophobe Fettsäuren mit einem hydrophilen Molekülabschnitt verbunden.
Das Gesamt-Molekül ist also bipolar, es besitzt einen hydrophilen und einen hydrophoben Teil. Diese Eigenschaft ist von zentraler Bedeutung für den Feinbau von Biomembranen.

Proteine

Funktionen

• Katalyse chemischer Reaktionen
• Bewegung (... im Muskel)
• Gerüstsubstanz (Haut, Haare, ...)
• Transport (... im Blut ...)
• Immunität (Antikörper)
• Nährstoff

Aufbau der Proteine

Aminosäuren

allgemeine Formel einer Aminosäure:

Proteine bestehen aus 20 verschiedenen Aminosäuren. Diese sind stets nach dem gleichen Grundschema aufgebaut: An ein zentrales Kohlenstoff-Atom ist ein Wasserstoff-Atom, eine Aminogruppe (-NH₂) und eine Carboxylgruppe (-COOH) gebunden. Mit dem Buchstaben R wird der organische Rest bezeichnet. Nur in diesem Rest unterscheiden sich die 20 Aminosäuren.

Peptidbindung

Die OH-Gruppe der Carboxylgruppe einer Aminosäure reagiert mit dem H-Atom der anderen Aminosäure.
Die Verknüpfung zweier Aminosäuren führt zum Dipeptid.
Die Verknüpfung vieler Aminosäuren führt zum Polypeptid.
Ab etwa 100 Aminosäuren spricht man von Proteinen.

Primärstruktur

Die lineare Abfolge der einzelnen Aminosäuren, die Aminosäuresequenz, wird als Primärstruktur bezeichnet.
Der Austausch nur einer Aminosäure innerhalb eines Proteins kann bereits gravierende Folgen haben.