BIOLOGIE

• Wasser (H2O):

  • Anordnung der 2 H und des O Atoms ist v-förmig mit einem Bindungswinkel von 105°
  • Höhere Elektronegativität des Sauerstoffatoms führt zu einer negativen Partialladung am Sauerstoff und einer positiven Partialladung am Wasserstoff = polarisierte Bindung = Dipol
  • Zwischen Wassermolekülen können durch Partialladungen Wasserstoffbrückenbindungen entstehen
  • Kohäsion, hohe Oberflächenspannung, Bildung von Hydratationshüllen bei Ionen
• Osmose:

  • Gerichteter, passiver Wassertransport entlang eines Konzentrationsgefälles durch eine semipermeable Membran
  • Osmotischer Druck ist nötig, um den Prozess umzukehren
• Tonizität:

  • Fähigkeit einer Lösung einer Zelle Wasser zu entziehen oder zuzufügen
  • Veränderung des Zellvolumens (Hypoton/Isoton/Hyperton)
  • Tierische Zellen lysieren/platzen in hypotonen Lösungen, Isoton = normal, hyperton = schrumpfen
  • Pflanzliche Zellen sind turgeszent bei Hypotonie, Isoton = schlaff, hyperton = plasmolysiert
• Kohlenhydrate:

  • Polysaccharide sind Mehrfachzucker aus Einfachzuckern
  • Klassifizierung nach Aufgaben: Struktur-Polysaccharide (z.B. Murein, Cellulose, Chitin), Wasserbindende PS (z.B. Hyaluronsäure, Carrageean, Dextran), Reserve PS (z.B. Amylose, Amylopectin, Inulin, Glycogen)
  • Monosaccharide sind Einfachzucker und Bausteine der Polysaccharide
• Disaccharide:

  • Entstehen durch Verbindung zweier Monosaccharide über eine kovalente Bindung unter Abspaltung von Wasser
  • Wichtige Disaccharide: Maltose, Trehalose, Lactose, Saccharose, Cellobiose
• Stärke:

  • In Form von Granula in Plastiden der Pflanzenzellen eingelagert (Amyloplasten)
  • Osmotisch neutrale Speicherform der Glucose
  • Tiere und Menschen haben Enzyme (Amylasen) zur hydrolytischen Abbau von Stärke
• Cellulose:

  • Beta 1-4 Verknüpfungen, unverdaulich für Menschen
  • Ca. 100 Elementarfibrillen (Ketten/Micellarstränge) bilden kabelartiges Baumaterial von Pflanzen
  • Symbionten im Darm von Esel/Pferd/Kuh produzieren Cellulasen zur Verdauung
• Chitin:

  • Gerüststoff von Exoskeletten bei Anthropoden
  • Verwendung bei Pilzen zum Zellaufbau
• Lipide werden unterteilt in verschiedene Kategorien:

  • Fettsäurederivate (freie FS, FS-Ester, -Ether, -Amide, oxigenierte FS, Wachse)
  • Isoprenoide (Cholesterin, Steroide, Lipidvitamine)
  • Spericherlipide (Triglyceride)
  • Membranlipide (Cholesterin, Phospholipide, Glykolipide)
• Fettmoleküle bestehen aus einem Glycerol und anhängenden Fettsäure

  • Triglyceride sind Glycerole mit 3 identischen Fettsäureresten, verbunden über eine Esterbindung
  • Ungesättigte Fettsäuren haben eine Doppelbindung in der cis-Konfiguration, was zu einem "Knick" im Molekül führt
• Ungesättigte Fette sind bei Raumtemperatur flüssig (Pflanzenöle), gesättigte (tierische) bei RT fest

  • Fette sind sehr energiereich und bieten doppelt so viel Energie wie Protein oder Polysaccharide
  • Fette dienen als kompakte Speicherform und haben zusätzliche Funktionen wie Isolation und Schutz der inneren Organe
• Phospholipide sind Hauptbestandteile aller Zellmembranen

  • Sie bestehen aus einer hydrophilen Kopfgruppe (Phosphatgruppe) und 2 hydrophoben Acylresten
  • Phospholipide organisieren sich zu doppelschichtigen Aggregaten in Wasser, mit den Köpfen zum Wasser gerichtet
• Isoprenoide wie Cholesterin sind Biosyntheseausgangsprodukte für Steroidhormone, Gallensäuren und Vitamin D

  • Sie dienen auch als Membranbausteine in tierischen Zellen
  • Cholesterin sorgt für Flexibilität der Membran und beeinflusst die Fluidität
• Proteine werden in verschiedene Kategorien unterteilt:

  • Enzyme
  • Peptidhormone (Insulin, Oxytocin)
  • Kontraktile Proteine (Motorproteine)
  • Speicher-, Abwehr-, Transport- oder Strukturproteine
• Proteine bestehen aus Aminosäuren, die als L- oder D-Enantiomere vorkommen

  • Die Bindung zwischen 2 Aminosäuren ist eine Peptidbindung unter Abspaltung von H2O
  • Die Eigenschaften und Anordnungen der Aminosäuren bestimmen die Funktionalität der Proteine
• Die Primärstruktur eines Proteins ist die Sequenz der Aminosäuren

  • Die Sekundärstruktur entsteht durch Wechselwirkungen der Gerüstbestandteile und kann sich in alpha-Helix und beta-Faltblatt ausdrücken
  • Die Tertiärstruktur ist die gesamte Raumstruktur der Polypeptidkette, bestimmt durch die chemischen Eigenschaften der Seitenketten
  • Die Quartärstruktur ist das Gesamtmolekül aus mehreren Tertiärstrukturen
• Nucleinsäuren bestehen aus Zucker-Phosphat-Ketten und stickstoffhaltigen Nucleinbasen

  • Es gibt Pyrimidin-Derivate (Cytosin, Thymin (DNA) oder Uracil (RNA)) und Purin-Derivate (Adenin, Guanin)
• DNA sind helixgeformte Polynucleotidketten, die eine Doppelhelix bilden und durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden

  • Die Basenpaarung erfolgt komplementär (Adenin + Thymin (Uracil) // Cytosin + Guanin) und steuert die Replikation neuer Gene
  • RNA besteht aus einem Strang und enthält Uracil anstelle von Thymin