Biochemie - Einführung und Grundlagen

Biochemie - Ziele

• Biochemie untersucht biologische Prozesse aus chemischer Perspektive
• Sie unterscheidet sich von Nachbardisziplinen wie Molekularbiologie
• Stoffklassen und Prozesse der Biochemie werden eingeführt
• Solide mathematisch-naturwissenschaftliche Kenntnisse sind essentiell
• Interesse an Biokemie in kommenden Semestern wird gefördert

Biochemie - Was ist Biochemie?

• Biochemie untersucht die Chemie des Lebens
• Biologische Prozesse werden in der Sprache der Chemie beschrieben
• Die wichtigsten Aspekte sind Struktur, Reaktivität, Stoffwechsel, Regulation und Katalyse
• Beispiele: Glucose und Glycerin in Stoffwechselreaktionen

Biochemische Einheitlichkeit

• Es existieren Gemeinsamkeiten in der Biochemie verschiedener Organismen (Bakterien, Pflanzen, Tiere)
• Dies wird anhand von Beispielen wie Sulfolobus acidicaldarius, Arabidopsis thaliana und Homo sapiens dargestellt, wobei Gemeinsamkeiten auf molekularer Ebene gezeigt werden

Stoffklassen der Biochemie

• Stoffklassen der Biochemie sind ein wichtiges Thema
• Aufbau von Proteinen, Enzymatische Katalyse und Zelluläre Energieumwandlung gehören zu den Kernbereichen

Lernziele

• "Biologische" Elemente können aufgelistet werden
• Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen können benannt werden
• Eigenschaften von Wasserlösungen für biologische Prozesse können beschrieben werden
• Der Aufbau von Aminosäuren kann dargestellt und verschiedene Aminosäureklassen benannt werden
• Unterschied zwischen Purin- und Pyrimidinbasen kann identifiziert werden

Stoffklassen - Details

• Aminosäuren
• Kohlenhydrate
• Proteine
• Nukleotide
• Lipide
• Biologische Membranen (Details über Membranen werden in den folgenden Folien präsentiert)

Elementzusammensetzung des menschlichen Körpers

• Die häufigsten Elemente im menschlichen Körper sind im Vergleich zur Gesamtmasse aufgeführt (z. B. Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff)
• Mengenelemente (ca. 96 %) vs. Spurenelemente (< 0,1 %)
• Begründung der Bedeutung dieser Elemente wird im Präsentationsverlauf beantwortet

Wechselwirkungen

• Arten von Wechselwirkungen (kovalent vs. ionisch vs. van-der-Waals etc.)
• Stärken von Wechselwirkungen (in kJ/mol angegeben)
• Beispiele für jedes Typ Wechselwirkungen

Wasser-Molekül

• Sauerstoff ist elektronegativer als Wasserstoff
• Bindungselektronen sind zum Sauerstoffatom verschoben
• Dies führt zu einer negativen Teilladung am Sauerstoffatom und positiven Teilladungen an den Wasserstoffatomen
• Das Wassermolekül ist dipolar

Wechselwirkungen von Wassermolekülen

• Solvatisierung von Ionen
• H-Brückenbindungen
• Orientierung von Wassermolekülen um funktionelle Gruppen

Aufbau einer Aminosäure

• Aminosäuren haben eine zentrale Kohlenstoffverbindung
• Variable Seitenkette
• Seitenketten von Lysin sind ein Beispiel für eine detaillierte Darstellung
• Ammoniumbildung

Aminosäuren mit unpolaren und aromatischen Seitenketten

• Eigenschaften der Aminosäuren sind für die Funktion relevant
• Beispiele wie Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Methionin, Prolin, Phenylalanin, Tyrosin und Tryptophan

Aminosäuren mit polaren Seitenketten

• Eigenschaften von Serin, Threonin, Cystein, Asparagin, Glutamin
• Bedeutung von Disulfidbrücken

Aminosäuren mit geladenen Seitenketten

• Eigenschaften von Asparaginsäure, Glutaminsäure, Lysin, Arginin und Histidin
• pKa-Werte (Säure-Base-Eigenschaften)

Peptidbindung

• Peptidbindungen verbinden Aminosäuren
• Bindung wird gebildet durch Kondensation, wobei Wasser freigesetzt wird
• Ausbildung von Peptidketten

Aufbau eines Nukleotids

• Nucleotide bestehen aus Base, Zucker, und Phosphat
• Beispiele für Basen: Adenin, Thymin, Cytosin, Guanin
• Zucker: Ribose (RNA) oder Desoxyribose (DNA)
• Bedeutung von Phosphatresten

Purin- und Pyrimidinbasen

• Purin- und Pyrimidine sind stickstoffhaltige Basen
• Bestandteil von Nukleinsäuren (DNA und RNA)
• Strukturen und Unterschiede werden gezeigt

Nukleinsäuren

• Aufbau von Polymeren unter Spaltung energiereicher Bindungen
• Synthese- und Kettenverlängerung

Zusammenfassung

• Biochemie betrachtet biologische Vorgänge durch chemische Blickwinkel
• Kovalente und nicht-kovalente Wechselwirkungen sind wichtig für die Makromoleküle
• 20 Aminosäuren bilden über Peptide Ketten
• Nukleinsäuren bestehen aus Purin-/Pyrimidinbasen, Zucker und Phosphat

Dieser Quiz behandelt die Grundlagen der Biochemie, einschließlich der chemischen Prozesse des Lebens und deren Relevanz in verschiedenen Organismen. Es werden die wichtigsten Stoffklassen und biochemischen Prozesstypen untersucht, um ein tiefes Verständnis für die biochemische Einheitlichkeit zu fördern.