Makromoleküle: Polysaccharide, Proteine und Nukleinsäuren

von Joseph Constance, MAReviewed by Dr. Liji Thomas, MD

Wasser, organische Moleküle und anorganische Ionen sind die Bestandteile der Zellen. Wasser macht mit fast drei Vierteln der Gesamtmasse einer Zelle den größten Anteil aus. Die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten einer Zelle und ihrem Wassergehalt sind der Schlüssel zur biologischen Chemie.

Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Phosphat und Chlorid gehören zu den wichtigsten anorganischen Ionen einer Zelle und machen nicht mehr als 1 % der Zellmasse aus. Aber die organischen Moleküle sind die wirklich neuen Bestandteile einer Zelle. Die meisten dieser organischen Verbindungen gehören zu einer der folgenden Molekülklassen:

• Kohlenhydrate
• Lipide
• Nukleinsäuren
• Proteine

In den einzelnen Zellen gibt es Tausende von verschiedenen Arten von Makromolekülen oder organischen Verbindungen. Diese unterscheiden sich sogar zwischen den Zellen ein und desselben Menschen. Die Variationen sind bei verschiedenen Menschen noch größer. Makromoleküle – Proteine, Nukleinsäuren und Polysaccharide – werden durch die Polymerisation von Hunderten ihrer niedermolekularen Vorstufen – Aminosäuren, Nukleotide und Einfachzucker – gebildet.

Die Vielfalt der Makromoleküle ergibt sich aus dem enormen Potenzial, verschiedene Kombinationen der etwa 50 gemeinsamen Monomere zu bilden, aus denen ein Makromolekül besteht. Diese Makromoleküle können bis zu 90 % des Trockengewichts einer Zelle ausmachen. Es ist möglich, die grundlegende Chemie des Aufbaus einer Zelle zu verstehen, wenn man die Funktionen und Strukturen der vier wichtigsten Arten von organischen Verbindungen oder Makromolekülen kennt.

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind die Grundbaustoffe und Nährstoffe des Körpers. Einfachzucker und Polysaccharide bilden diese Gruppe. Glukose ist ein Beispiel für einen Einfachzucker, der ein wichtiger Zellennährstoff ist. Die Zersetzung von Einfachzuckern durch chemische Reaktionen erzeugt Zellenergie und leitet die Synthese anderer Zellbestandteile ein. Die Polysaccharide oder komplexen Kohlenhydrate stellen die Form dar, die der Zucker annimmt, wenn er gespeichert wird. Polysaccharide sind die strukturellen Bestandteile einer Zelle. Außerdem können Polysaccharide und andere Zucker als Marker für bestimmte zelluläre Erkennungsprozesse dienen, einschließlich der intrazellulären Bewegung von Proteinen.

Lipide

Lipide sind hydrophobe Moleküle. Sie sind eine hocheffiziente Form der Energiespeicherung und sind Hauptbestandteile der Zellmembran. Sie sind wichtig für die Zellsignalisierung und dienen als Ausgangspunkt für verschiedene biosynthetische Prozesse wie die Synthese von Östrogen und Testosteron. Einige Lipide sind in der Lage, Signale von Zelloberflächenrezeptoren an Ziele in derselben oder in anderen Zellen zu übermitteln. Phospholipide enthalten zwei Fettsäuren, die mit einer polaren Kopfgruppe verbunden sind. Neben den Phospholipiden haben Zellen auch Glykolipide und Cholesterin.

Nukleinsäuren

Nukleinsäuren speichern und übertragen Erbdaten. DNA und RNA stellen die Informationsmoleküle einer Zelle dar. Die DNA spielt eine entscheidende Rolle als genetisches Material des Menschen und vieler anderer Arten. Die RNA ist an verschiedenen zellulären Aktivitäten beteiligt. Die Messenger-RNA (mRNA) transportiert Informationen von der DNA zu den Ribosomen, wo sie an der Synthese von Proteinen beteiligt sind. Darüber hinaus sind die ribosomale RNA und die Transfer-RNA an der Proteinsynthese beteiligt. Andere RNA-Moleküle verarbeiten und bewegen sowohl Proteine als auch RNA. RNA kann auch chemische Reaktionen katalysieren, z. B. die Synthese von Proteinen und die Verarbeitung von RNA.

Proteine

Proteine spielen eine wichtige Rolle bei den meisten Aufgaben, die ein Organismus ausführt. Proteine führen die Arbeit einer Zelle aus, die durch die genetische Information, die von den Nukleinsäuren getragen wird, gesteuert wird. Eine Zelle enthält viele Tausende von Proteinen, die als Strukturelemente der Zelle fungieren, kleine Moleküle speichern und transportieren, Daten zwischen den Zellen übermitteln und den Körper gegen Infektionen verteidigen. Proteine fungieren aber auch als Enzyme, die die meisten chemischen Reaktionen beschleunigen. Auf diese Weise steuern Proteine die meisten zellulären Aktivitäten.

Struktur und Funktion

Kovalente Bindungen, Polarität, Temperatur, Struktur und chemische Reaktivität gehören zu den chemischen Faktoren, die die Struktur und Funktion von Makromolekülen bestimmen. Die Struktur der Makromoleküle bestimmt, wie sie funktionieren und ihre Aufgaben regeln. Die 3-D-Struktur von Proteinen und Nukleinsäuren wird durch nicht-kovalente und kovalente Bindungen gesteuert und verleiht ihnen eine Funktion. Inzwischen ist es möglich, die Struktur und Funktion von Proteinen und Nukleinsäuren durch alternatives Spleißen, Veränderung der Nukleotidsequenz oder durch chemische Modifikation zu verändern. Schließlich können sich Struktur und Funktion von Makromolekülen im Laufe der Zeit verändern, um eine unterschiedliche biologische Aktivität zu erzeugen.

Was die Funktion betrifft, so nutzen Makromoleküle nicht-kovalente Wechselwirkungen, wenn sie mit anderen Molekülen interagieren. Die meisten biologischen Funktionen hängen von der Spezifität und Affinität solcher Wechselwirkungen ab. Die Struktur von Makromolekülen variiert und verändert sich mit der Zeit. Dies ist für die biologische Funktionalität sehr wichtig. Kleine Moleküle können in das Innere eines Makromoleküls gelangen. Die Struktur von Makromolekülen kann das stabile Gleichgewicht von biochemischen und molekularbiologischen Prozessen beeinflussen.

Zusätzliche Ressourcen

• Der Start von Optima AUC der nächsten Generation bringt die Proteinforschung und die Charakterisierung von Makromolekülen voran
• Eine neue Methode zur Manipulation von Makromolekülen
• Forscher zeigen mit Hilfe von Computermodellen im großen Maßstab die Auswirkungen vonComputermodellierung, um die Auswirkungen des Einschlusses auf Zellmakromoleküle zu zeigen
• Wissenschaftler nutzen PCT-Technik, um die physikalischen Auswirkungen der Kompression auf Makromoleküle zu verstehen
• Transparentes Gel könnte bald die erste Wahl für die die erste und beste Wahl für die Versiegelung von Hornhautschnitten werden

• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9879/
• https://www.asbmb.org/education/teachingstrategies/foundationalconcepts/MacromolecularStructureFunction/
• http://www.course-notes.org/biology/outlines/chapter_5_the_structure_and_function_of_macromolecules

Weiter lesen

• Alle Lipide enthalten
• Was sind Lipide?
• Biologische Funktionen der Lipide
• Lipidstoffwechsel
• Gesundheit und Ernährung mit Lipiden

Geschrieben von

Joseph Constance

Joseph Constance hat über Forschung, Entwicklung und Märkte im Gesundheitswesen und verwandten Bereichen geschrieben. Er hat eine Reihe von Artikeln und Geschäftsanalysen/Marktforschungsberichten in den Bereichen Medizintechnik, klinische Diagnostik und Pharmazie verfasst. Joseph hat einen MA der New York University in Kommunikation. Er genießt es, Zeit mit seiner Frau zu verbringen, Rad zu fahren, zu reisen und verschiedene Kulturen kennenzulernen.

Zitate