Einführung in die Chemie

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.

Quellen für biologische MakromoleküleNahrungsmittel wie Brot, Obst und Käse sind reiche Quellen für biologische Makromoleküle.

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.

Lebende Organismen bestehen aus chemischen BausteinenAlle Organismen sind aus einer Vielzahl dieser biologischen Makromoleküle zusammengesetzt.

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.

Monomere und PolymereViele kleine monomere Untereinheiten verbinden sich, um dieses Kohlenhydratpolymer zu bilden.

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.

Das Molekül Saccharose (gewöhnlicher Haushaltszucker)Die Kohlenhydratmonosaccharide (Fruktose und Glukose) werden zusammengefügt, um das Disaccharid Saccharose zu bilden.

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:

  1. Kohlenhydrate
  2. Lipide
  3. Proteine
  4. 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.

Interaktiv: Monomere und PolymereKohlenhydrate, Proteine und Nukleinsäuren sind aus kleinen molekularen Einheiten aufgebaut, die durch starke kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Die kleinen Moleküleinheiten werden Monomere genannt (mono bedeutet eins oder einzeln), und sie sind zu langen Ketten verbunden, die Polymere genannt werden (poly bedeutet viele oder mehrere). Jede Art von Makromolekül, mit Ausnahme von Lipiden, ist aus einer anderen Gruppe von Monomeren aufgebaut, die sich in Zusammensetzung und Größe ähneln. Lipide sind keine Polymere, weil sie nicht aus Monomeren (Einheiten mit ähnlicher Zusammensetzung) aufgebaut sind.

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