Lernziel
- Identifizieren Sie die vier Hauptklassen biologischer Makromolekülen
Schlüsselpunkte
- Biologische Makromoleküle sind wichtige zelluläre Bestandteile und erfüllen eine Vielzahl von Funktionen, die für das Überleben und Wachstum lebender Organismen notwendig sind.
- Die vier Hauptklassen der biologischen Makromoleküle sind Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren.
Begriffe
- PolymerEin relativ großes Molekül, das aus einer Kette oder einem Netzwerk vieler identischer oder ähnlicher Monomere besteht, die chemisch aneinander gebunden sind.
- MonomerEin relativ kleines Molekül, das mit anderen Molekülen dieses Typs kovalente Bindungen eingehen kann, um ein Polymer zu bilden.
Nährstoffe sind die Moleküle, die lebende Organismen zum Überleben und Wachstum benötigen, die Tiere und Pflanzen aber nicht selbst synthetisieren können. Tiere erhalten Nährstoffe durch den Verzehr von Nahrung, während Pflanzen Nährstoffe aus dem Boden ziehen.
Viele wichtige Nährstoffe sind biologische Makromoleküle. Der Begriff „Makromolekül“ wurde erstmals in den 1920er Jahren von Nobelpreisträger Hermann Staudinger geprägt. Staudinger war der erste, der vorschlug, dass viele große biologische Moleküle durch die kovalente Verknüpfung kleinerer biologischer Moleküle entstehen.
Biologische Makromoleküle spielen eine entscheidende Rolle für die Zellstruktur und -funktion. Die meisten (aber nicht alle) biologischen Makromoleküle sind Polymere, d. h. Moleküle, die durch die Verknüpfung vieler kleinerer Moleküle, der so genannten Monomere, aufgebaut sind. In der Regel sind alle Monomere in einem Polymer gleich oder zumindest sehr ähnlich und werden immer wieder miteinander verbunden, um das größere Makromolekül zu bilden. Diese einfachen Monomere können in vielen verschiedenen Kombinationen verknüpft werden, um komplexe biologische Polymere zu bilden, so wie ein paar Arten von Legosteinen alles von einem Haus bis zu einem Auto bauen können.
Beispiele für diese Monomere und Polymere können in dem Zucker gefunden werden, den Sie vielleicht in Ihren Kaffee oder Tee geben. Normaler Haushaltszucker ist das Disaccharid Saccharose (ein Polymer), das sich aus den Monosacchariden Fructose und Glucose (Monomere) zusammensetzt. Würde man viele Kohlenhydratmonomere aneinanderreihen, könnte man ein Polysaccharid wie Stärke herstellen. Die Präfixe „mono-“ (eins), „di-“ (zwei), und „poly-“ (viele) geben an, wie viele Monomere in einem Molekül zusammengefügt wurden.
Biologische Makromoleküle enthalten alle Kohlenstoff in Ring- oder Kettenform, was bedeutet, dass sie als organische Moleküle eingestuft werden. Sie enthalten in der Regel auch Wasserstoff und Sauerstoff, sowie Stickstoff und weitere kleinere Elemente.
Vier Klassen von biologischen Makromolekülen
Es gibt vier Hauptklassen von biologischen Makromolekülen:
- Kohlenhydrate
- Lipide
- Proteine
- Nukleinsäuren
Jede dieser Arten von Makromolekülen erfüllt eine Vielzahl wichtiger Funktionen innerhalb der Zelle; eine Zelle kann ihre Aufgabe im Körper nicht ohne viele verschiedene Arten dieser wichtigen Moleküle erfüllen. In Kombination machen diese biologischen Makromoleküle den Großteil der Trockenmasse einer Zelle aus. (Wassermoleküle machen den größten Teil der Gesamtmasse einer Zelle aus.) Alle Moleküle sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zellen befinden sich in einer wasserbasierten (d. h. wässrigen) Umgebung, und alle Reaktionen biologischer Systeme finden in derselben Umgebung statt.