Physiologische Grundlagen
ausgewählter Lebensprozesse
Bio 1
, Wasser - Grundlage des Lebens
Dipolcharakter des Wasser
Molekül
Wasserstoff-Atome des Wasser Moleküls bilden einen Winkel von 105°
zwischen Sauerstoff und Wasserstoff besteht eine polare Elektronenpaarbindung (bindende
Elektronenpaare werden vom Sauerstoff-Atom stärker als vom Wasserstoff-Atom angezogen
durch diese ungleiche Ladungsverteilung: Sauerstoff-Atom partiell negativ, Wasserstoff-Atom partiell positiv
-> Wasser-Molekül wird zum Dipol
Dipolcharakter des Wassers bedingt sein Löslichkeitsverhalten: polare Stoffe lösen sich im polaren
Lösemittel Wasser, unpolare Stoffe nur in unpolaren Lösemitteln („Gleiches löst sich in Gleichem“
Moleküle mit polaren Gruppen: Hydroxy-Gruppen, Carboxy-Gruppen, Amino-Gruppen sind hydrophil (auch
Ionen)
Im Wasser werden sie von Hydrathülle (Hülle aus Wasser-Molekülen) umgeben, sind frei beweglich
Überwiegen unpolare Gruppen (bspw. Kohlenwasserrstoffketten) sind Moleküle hydrophob
Wasserstoffbrückenbindunge
n
Nähern sich zwei Wassermoleküle: zwischen ihnen eine besondere Bindung
-> Wasserstoffbrücke
Partiell positives Wasserstoff-Atom eines Moleküls und partiell negativ geladenes Sauerstoff-Atom eines
anderen Moleküls ziehen sich gegenseitig an
Wasserstoffbrücken spielen eine große Rolle für die räumliche Struktur von Nucleinsäuren und Proteinen
Bedingen auch die Dichteanomalie des Wassers: Je nach Aggregatzustand ändert sich die Dichte des Wassers
, Kohlenhydrate
Kohlenhydrate sind wichtige Bau- und Betriebsstoffe
Enthalten als kleinste Baueinheit die Monosaccharide (Einfachzucker)
Verknüpfung zweier Monomere -> Disaccharide
Polysaccharide: mehrere tausend Monomere sind miteinander verbunden
Monosaccharide
(Einfachzucker)
Je nach Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül unterteilt man die Monosacchardie in Hexosen oder
Pentosen
Glucose (Traubenzucker) ist ein wichtiger Vertreter der Hexosen (C6H12O6)
5 der 6 Kohlenstoff-Atome bilden zusammen mit einem Sauerstoff-Atom einen sechsgliedrigen Ring
Die Position der Kohlenstoff-Atome wird durch Ziffern markiert
Nach der Stellung der Hydroxy-Gruppe (-OH) am C-1 Atom unterscheidet man alpha- und beta-Glucose
Weitere wichtige Hexosen: Fructose (Fruchtzucker) & Galactose (Bestandteil des Milchzuckers)
Ribose & Desoxyribose gehören zu den Pentosen
Beide Monosacchardie unterscheiden sich lediglich am C-2-Atom: Desoxyribose besitzt hier keine
Hydroxy-Gruppe
Ribose ist Bestandteil der RNA, Desoxyribose ist Bestandteil der DNA
Disaccharide
(Zweifachzucker)
2 Monosaccharide reagieren unter Wasserabspaltung zum Disaccharid
Die entstehende Bindung nennt man glykosidische Bindung
Saccharose („Haushaltszucker“) ist das Disaccharid aus alpha-Glucose und beta-Fructose
Maltose besteht aus zwei Glucose-Molekülen, Lactose aus einem Glucose- und einem
Galactose-Molekül
Polysaccharide
(Vielfachzucker)
Bestehen aus über 10 bis zu mehreren tausend Monosacchariden
Stärke (Reservekohlehydrat) & Cellulose (Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände) sind typische Vertreter
Bei Stärke kann man zwischen zwei Formen unterscheiden: Amylose und Amylopektin
Amylose besteht aus einer schraubigen unverzweigten Kette aus mehreren hundert Glucose-Molekülen
Amylopektin setzt sich zusammen aus mehreren tausend Glucose-Molekülen und ist verzweigt
Glykogen ist der entsprechende Reservestoff tierischer Zellen („tierische Stärke“)
Cellulose besteht aus langen unverzweigten Ketten von Glucose-Molekülen die nebeneinander
angeordnet sind
, Lipide
Zu den Lipiden zählen chemisch sehr verschieden gebaute Stoffe wie Fette und Phospholipide
Alle Lipide besitzen ausgedehnte unpolare Molekülabschnitte
Sie sind in unpolaren Lösungsmitteln (bspw. Benzin) gut löslich, im polaren Lösungsmittel Wasser hingegen
unlöslich
Reagiert Alkohol unter Wasserabspaltung mit einer organischen Säure, entsteht Ester
Fette sind Ester aus Glycerin (Alkohol mit drei OH-Gruppen) und drei Fettsäuren
Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein, also Kohlenstoff-Einfachbindungen oder Kohlenstoff-
Doppelbindungen besitzen
Wegen chemischen Aufbau bezeichnet man Fette auch als Triglyceride
Spielen eine wichtige Rolle als energiereiche Speichersubstanz
Phospholipide (Z.B. Lecithin) sind wichtige Bausteine der Biomembran
Lecithin: 2 hydrophobe Fettsäuren mit einem hydrophilen Molekülabschnitt verbunden
Gesamtes Molekül besitzt dadurch einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil
Im Wasser lagern sich Phospholipide spontan zusammen & bilden kugelförmige Aggregate (einschichtige
Micellen oder doppelschichtige Liposomen)
In Biomembranen: stets in Doppelschichten
ausgewählter Lebensprozesse
Bio 1
, Wasser - Grundlage des Lebens
Dipolcharakter des Wasser
Molekül
Wasserstoff-Atome des Wasser Moleküls bilden einen Winkel von 105°
zwischen Sauerstoff und Wasserstoff besteht eine polare Elektronenpaarbindung (bindende
Elektronenpaare werden vom Sauerstoff-Atom stärker als vom Wasserstoff-Atom angezogen
durch diese ungleiche Ladungsverteilung: Sauerstoff-Atom partiell negativ, Wasserstoff-Atom partiell positiv
-> Wasser-Molekül wird zum Dipol
Dipolcharakter des Wassers bedingt sein Löslichkeitsverhalten: polare Stoffe lösen sich im polaren
Lösemittel Wasser, unpolare Stoffe nur in unpolaren Lösemitteln („Gleiches löst sich in Gleichem“
Moleküle mit polaren Gruppen: Hydroxy-Gruppen, Carboxy-Gruppen, Amino-Gruppen sind hydrophil (auch
Ionen)
Im Wasser werden sie von Hydrathülle (Hülle aus Wasser-Molekülen) umgeben, sind frei beweglich
Überwiegen unpolare Gruppen (bspw. Kohlenwasserrstoffketten) sind Moleküle hydrophob
Wasserstoffbrückenbindunge
n
Nähern sich zwei Wassermoleküle: zwischen ihnen eine besondere Bindung
-> Wasserstoffbrücke
Partiell positives Wasserstoff-Atom eines Moleküls und partiell negativ geladenes Sauerstoff-Atom eines
anderen Moleküls ziehen sich gegenseitig an
Wasserstoffbrücken spielen eine große Rolle für die räumliche Struktur von Nucleinsäuren und Proteinen
Bedingen auch die Dichteanomalie des Wassers: Je nach Aggregatzustand ändert sich die Dichte des Wassers
, Kohlenhydrate
Kohlenhydrate sind wichtige Bau- und Betriebsstoffe
Enthalten als kleinste Baueinheit die Monosaccharide (Einfachzucker)
Verknüpfung zweier Monomere -> Disaccharide
Polysaccharide: mehrere tausend Monomere sind miteinander verbunden
Monosaccharide
(Einfachzucker)
Je nach Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül unterteilt man die Monosacchardie in Hexosen oder
Pentosen
Glucose (Traubenzucker) ist ein wichtiger Vertreter der Hexosen (C6H12O6)
5 der 6 Kohlenstoff-Atome bilden zusammen mit einem Sauerstoff-Atom einen sechsgliedrigen Ring
Die Position der Kohlenstoff-Atome wird durch Ziffern markiert
Nach der Stellung der Hydroxy-Gruppe (-OH) am C-1 Atom unterscheidet man alpha- und beta-Glucose
Weitere wichtige Hexosen: Fructose (Fruchtzucker) & Galactose (Bestandteil des Milchzuckers)
Ribose & Desoxyribose gehören zu den Pentosen
Beide Monosacchardie unterscheiden sich lediglich am C-2-Atom: Desoxyribose besitzt hier keine
Hydroxy-Gruppe
Ribose ist Bestandteil der RNA, Desoxyribose ist Bestandteil der DNA
Disaccharide
(Zweifachzucker)
2 Monosaccharide reagieren unter Wasserabspaltung zum Disaccharid
Die entstehende Bindung nennt man glykosidische Bindung
Saccharose („Haushaltszucker“) ist das Disaccharid aus alpha-Glucose und beta-Fructose
Maltose besteht aus zwei Glucose-Molekülen, Lactose aus einem Glucose- und einem
Galactose-Molekül
Polysaccharide
(Vielfachzucker)
Bestehen aus über 10 bis zu mehreren tausend Monosacchariden
Stärke (Reservekohlehydrat) & Cellulose (Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände) sind typische Vertreter
Bei Stärke kann man zwischen zwei Formen unterscheiden: Amylose und Amylopektin
Amylose besteht aus einer schraubigen unverzweigten Kette aus mehreren hundert Glucose-Molekülen
Amylopektin setzt sich zusammen aus mehreren tausend Glucose-Molekülen und ist verzweigt
Glykogen ist der entsprechende Reservestoff tierischer Zellen („tierische Stärke“)
Cellulose besteht aus langen unverzweigten Ketten von Glucose-Molekülen die nebeneinander
angeordnet sind
, Lipide
Zu den Lipiden zählen chemisch sehr verschieden gebaute Stoffe wie Fette und Phospholipide
Alle Lipide besitzen ausgedehnte unpolare Molekülabschnitte
Sie sind in unpolaren Lösungsmitteln (bspw. Benzin) gut löslich, im polaren Lösungsmittel Wasser hingegen
unlöslich
Reagiert Alkohol unter Wasserabspaltung mit einer organischen Säure, entsteht Ester
Fette sind Ester aus Glycerin (Alkohol mit drei OH-Gruppen) und drei Fettsäuren
Fettsäuren können gesättigt oder ungesättigt sein, also Kohlenstoff-Einfachbindungen oder Kohlenstoff-
Doppelbindungen besitzen
Wegen chemischen Aufbau bezeichnet man Fette auch als Triglyceride
Spielen eine wichtige Rolle als energiereiche Speichersubstanz
Phospholipide (Z.B. Lecithin) sind wichtige Bausteine der Biomembran
Lecithin: 2 hydrophobe Fettsäuren mit einem hydrophilen Molekülabschnitt verbunden
Gesamtes Molekül besitzt dadurch einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil
Im Wasser lagern sich Phospholipide spontan zusammen & bilden kugelförmige Aggregate (einschichtige
Micellen oder doppelschichtige Liposomen)
In Biomembranen: stets in Doppelschichten
