Biologie: Hierarchie der Strukturebenen und Biomembran

Hierarchie der Strukturebenen

• Die Eigenschaften der Atome bestimmen die Struktur und Reaktionsweise von Molekülen.
• Lebewesen sind aus Molekülen und Atomen aufgebaut.
• Die strenge Anordnung der Atome in Makromolekülen ermöglicht die Codierung der Erbinformation.
• Zellen sind Reaktionsräume, die in spezifische Funktionen unterteilt sind und Organellen enthalten.
• Zellen haben eine bestimmte Aufgabe.
• Auf der Ebene der Zelle ist eigenständiges Leben möglich.
• Gewebe sind Verbände von gleich gebauten Zellen mit gleicher Funktion.
• Organe sind aus verschiedenen Geweben aufgebaut.
• Organe übernehmen Lebensfunktionen.
• Viele Organe bilden mit ihren Eigenschaften Organsysteme.
• Der Organismus entsteht durch das Zusammenspiel aller Organisationsebenen.

Biomembran

• Membranen enthalten Fette und Proteine, wobei die fettartigen Stoffe als Lipide bezeichnet werden.
• Biomembranen bestehen aus Phospholipid-Molekülen.
• Phospholipide besitzen einen hydrophilen (wasserliebenden) Kopf und einen hydrophoben (wasserabweisenden) Schwanz.
• Der hydrophile Kopf ist lipophob, der hydrophobe Schwanz ist lipophil.
• Phosphatgruppen sind polar, Fettsäuren sind unpolar.
• Phospholipide (Lecithin) bestehen aus Glycerin, zwei Fettsäuren (Palmitin- und Ölsäure), Phosphorrest und Cholin.
• Biomembranen sind 6-8 Mikrometer dick und chemisch aus 40-50% Lipiden und 50-60% Proteinen zusammengesetzt.
• Lecithin ist bipolar (hydrophob und hydrophil).
• Die hydrophilen Köpfe richten sich immer zum Wasser aus.
• Biomembranen bestehen aus einer Phospholipid-Doppelschicht, die wasserundurchlässig ist.

Stofftransport durch Biomembranen

• Wasser, kleine und lipophile Moleküle können Biomembranen ungehindert passieren.
• Hormone, Ionen, hydrophile und große Moleküle können Biomembranen nicht einfach passieren.
• Biomembranen grenzen Zellen und Zellräume ab und regulieren den Stoffaustausch.
• Sie erkennen Signalmoleküle mithilfe von Rezeptoren und ermöglichen die Verbindung, Erkennung und Kommunikation zwischen Zellen.
• Das Flüssig-Mosaik-Modell beschreibt den Aufbau der Biomembran.
• Zellen tauschen Stoffe untereinander aus, um zu kommunizieren.
• Da die Biomembran eine Barriere darstellt, existieren Mechanismen, um diesen Austausch zu ermöglichen.
• Membranen sind nur für manche Stoffe durchlässig und somit semipermeabel.

Transportprozesse

• Zellen müssen für den passiven Transport keine Energie aufwenden.
• Beim passiven Transport bewegen sich Teilchen von Bereichen höherer zu Bereichen niedrigerer Konzentration.
• Stoffe wandern mit dem Konzentrationsgefälle (Diffusion).
• Bei der einfachen Diffusion passieren kleine, ungeladene Moleküle (H2O, O2, CO2) die Membran.
• Je fettlöslicher die Stoffe, desto besser.
• Auch geladene und polare Stoffe wie Aminosäuren oder Ionen werden durch Membranproteine transportiert (erleichterte Diffusion).
• Kanalproteine, z.B. Aquaporine (für schnellen Wassertransport), und Transportproteine (Carrier), z.B. für Glucose (die ihre Form verändern), sind am Transport beteiligt.
• Beim aktiven Transport werden Stoffe entgegen dem Konzentrationsgefälle transportiert.
• Dies erfordert Energie.
• Primär aktiver Transport baut auf dem Ionentransport entgegen dem Konzentrationsgefälle auf.
• Sekundär aktiver Transport nutzt das Konzentrationsgefälle des primären Transports.
• Dadurch kann eine andere Substanz gegen ihren Gradienten transportiert werden.

Modellvorstellungen zur Biomembran

• Overton (1895) stellte fest, dass Biomembranen aus Lipiden bestehen.
• Langmuir (1917) beschrieb die Phospholipid-Doppelschicht mit hydrophilen und lipophilen Bereichen.
• Gorter & Grendel (1925) postulierten, dass Phospholipid einschichten eine Phospholipid-Doppelschicht bilden (Bilayer-Modell), wobei der hohe Proteinanteil nicht berücksichtigt wurde.
• Danielli & Davson (1950er) entwickelten das Sandwich-Modell, das eine starre Proteinschicht beinhaltete und zahlreiche Eigenschaften von Membranproteinen nicht erklären konnte.
• Singer & Nicolsen (1972) präsentierten das Flüssig-Mosaik-Modell, das hydro- und lipophile Eigenschaften berücksichtigte.
• Frye & Edidin (1972) erweiterten das Modell um die Beweglichkeit von Membranproteinen innerhalb der Membran; das Modell ist bis heute gültig, berücksichtigt Interaktionen zwischen Protein-Molekülen und stellt fest, dass keine ungehinderte Beweglichkeit herrscht.

Diffusion und Osmose

• Diffusion ist der Konzentrationsausgleich zwischen zwei Stoffen innerhalb eines Raums.
• Osmose ist der Konzentrationsausgleich zwischen zwei Stoffen durch eine semipermeable Membran.
• Osmose ist eine einseitig gerichtete Diffusion, z.B. vom Zellplasma in die Vakuole.
• Hypoton, Hyperton und Isoton sind Begriffe, die die Konzentration von Lösungen beschreiben.
• In hypotonen Lösungen dringt Wasser in die Zellen ein.
• Die Zellen können in hypertonen Lösungen platzen, da sie sich zu stark mit Wasser füllen.
• Der osmotische Druck ist ein Maß für die Intensität, mit der eine konzentrierte Lösung durch eine semipermeable Membran hindurch Moleküle des Lösungsmittels auflösen kann (in Pascal).
• Tugordruck ist der Druck, den der Zellsaft gegen die Zellwand ausübt (Innendruck der Zelle).
• Wanddruck ist der Druck, den die Zellwand dem Tugordruck entgegensetzt.
• Die Saugspannung ist ein Maß für das Wasseraufnahmevermögen einer Zelle.
• Bei der Plasmolyse lösen sich Plasma und Zellmembran von der Zellwand ab, die Vakuole verkleinert sich, während die starre Zellwand ihre Form beibehält, wodurch Hohlräume entstehen.
• Bei der Deplasmolyse wird destilliertes H2O zu plasmolysierten Zellen gegeben, was zur Ausdehnung der Vakuole und des umgebenden Plasmas führt; die Plasmaschicht wird gegen die Zellwand gedrückt, die die weitere Ausdehnung verhindert.

Osmometer

• Wilhelm Pfeffer (1845-1929) entwickelte ein Osmometer (Pfeffersche Zelle).
• Das Osmometer besteht aus einem Steigrohr, das mit semipermeabler Membran und hypotonischer Lösung gefüllt ist, in einem Tongefäß mit hypertonischer Lösung.
• Aufgrund der semipermeablen Membran kann nur ein Konzentrationsausgleich hinsichtlich der H2O-Moleküle erfolgen.
• Das Eindringen in die Salzlösung ist in Pascal messbar und es entsteht osmotischer Druck.

Zellkern (Nucleus)

• Der Zellkern ist die Steuerzentrale einer Zelle.
• Der Nucleolus ist die Steuerzentrale des Zellkerns.
• Kernporen kontrollieren den Stoffaustausch.
• Die Doppelmembran schützt die genetische Information.
• Das Kernplasma ist für Stoffwechselprozesse zuständig.
• Chromatin ist der Träger der genetischen Information (95% DNA, 5% RNA).

Vakuole

• Bei der Zellvergrößerung entstehen im Plasma Hohlräume, die sich mit Zellsaft füllen.
• Das Cytoplasma vermehrt sich nur unwesentlich.
• Kleine Vakuolen vergrößern sich zwangsläufig und fließen ineinander.
• Es erfolgt die Ausbildung von Plasmaschichten und später von Plasmafäden durchzogenen Safträumen.
• Der Zellsaft vermehrt sich.
• Das Plasma kann sich mit Zellorganellen an die Zellwand zurückziehen, wodurch eine große Vakuole entsteht.

Zellsaft

• Zellsaft ist eine wässrige Lösung zahlreicher organischer und anorganischer Stoffe, wobei in spezialisierten Zellen ein bestimmter Stoff vorherrscht.
• Z.B. Vakuolen von Blütenblättern enthalten oft Farbstoffe.
• Es gibt zwei Stoffgruppen: Reservestoffe und Stoffwechselprodukte.
• Reservestoffe werden vorübergehend aus dem Stoffwechsel der Zelle entnommen und bei Bedarf zurückgeführt.
• Z.B. Glucose und Fructose in Früchten.
• Stoffwechselprodukte, die nicht mehr von der Pflanze benötigt werden, wirken als innere Exkremente.
• Diese könnten giftig für die Pflanze sein, wenn sie nicht vom Cytoplasma getrennt wären.
• Z.B. Mitosegift Colchicin dient als Frostschutz.
• Beispiele für Stoffe im Zellsaft sind Farbstoffe, Gerbstoffe, Glykoside, Alkaloide (Giftstoffe) und Säuren und Salze.

Endoplasmatisches Retikulum (ER)

• Das endoplasmatische Retikulum besteht aus unzähligen Membranschläuchen, Röhren, Bläschen und Hohlräumen (Zisternen).
• Es wird unterschieden in raues und glattes ER.
• Das ER spielt eine Rolle bei der Synthese und Verarbeitung von Stoffen.
• Außerdem ist es am Transport von Stoffen im interzellulären Raum beteiligt.
• Es dient als Kohlenhydrat- und Calciumspeicher und entgiftet die Zelle.

Golgi-Apparat

• Der Golgi-Apparat besteht aus mehreren Membranstapeln (Dictyosomen).
• Die Gesamtheit dieser Dictyosomen bildet den Golgi-Apparat.
• Er besteht aus mehreren Golgi-Zisternen.
• An den Rändern schnüren sich oft Bläschen ab, die als Golgi-Vesikel bezeichnet werden.
• Der Golgi-Apparat ist für die Verpackung und den Weitertransport von Stoffen zuständig.
• In tierischen Zellen ist er an der Bildung von Glykoproteinen beteiligt.
• In pflanzlichen Zellen spielt er eine Rolle bei der Bildung von Zellmembran und Zellwand.

Cytoplasma (Zellsaft)

• Das Cytoplasma ist der Inhalt der Zelle und besteht aus drei Bestandteilen: Cytoskelett, Cytosol (Zellflüssigkeit) und darin liegende Zellorganellen.
• Hauptaufgabe ist der Transport von Stoffen.
• Es sorgt für mechanische Festigkeit der Zelle und hält die Zellorganellen an ihrem Platz.
• Das Cytoplasma besteht aus 80-85% Wasser, 10-15% Proteinen, 2-4% Lipiden, 0,1-1,5% Polysacchariden, 0,4% DNA, 0,7% RNA, kleinen organischen Molekülen und anorganischen Molekülen und Ionen (1,5%).

Ribosomen

• Ribosomen sind Bestandteile des rauen ER, kommen aber auch frei im Zytoplasma vor.
• Sie sind ca. 20 Mikrometer groß und bestehen aus einer großen und einer kleinen Untereinheit. Oft liegen sie als spiralförmige Kette vor (Polyribosomen).
• Ribosomen bestehen aus Ribonukleinsäuren und Proteinen, wobei Magnesium ein Bestandteil ist.
• Ribosomen der Bakterien sind kleiner und leichter (70S) als die der Eukaryoten (80S), wobei "S" für Svedberg-Einheiten steht (Sedimentationsgeschwindigkeit).
• Ribosomen sind der Ort der Proteinbiosynthese (PBS).
• Zellen mit hoher PBS haben viele Ribosomen.

Zellwand

• Die Zellwand verleiht der Zelle Schutz und dient zur Abgrenzung.

Stoffliche Zusammensetzung der Zellwand

• Die Zellwand ist hauptsächlich aus Polysacchariden wie Cellulose (Hauptbestandteil), Pektinen und Hemicellulose aufgebaut. Proteine sind ebenfalls Bestandteile.

Entstehung der Zellwand

• In der Äquatorialebene sammeln sich Vesikel und Pektine.
• Es bildet sich eine dünne Haut, die Mittellamelle, die von beiden benachbarten Zellen genutzt wird.
• Von beiden benachbarten Zellen wird Material angelagert -> Primärwand (Mikrofibrillen verstreut angeordnet).
• Streuungstextur macht die Zellwand dehnbar für Wachstum und Wandverdickung.
• Bei endgültiger Größe der Zelle erfolgt die Bildung der Sekundärwand, wobei Cellulosefasern parallel angeordnet sind (Parallelstruktur).
• Einlagerung von Lignin (Holzstoff), Suberin (Kork), Cutin (Wachs).
• Entstehung der Tertiärwand.

Plastide

• Plastide können Farbstoffe enthalten oder farblos sein.
• Chloroplasten sind fotosynthetisch aktiv (enthalten Chlorophyll).
• Chromoplasten sind fotosynthetisch inaktiv.
• Leukoplasten sind farblos und fotosynthetisch inaktiv und umfassen Amyloplasten (Stärkespeicher), Elaioplasten (Fettspeicher) und Proteinoplasten (Proteinspeicher).
• Plastide sind umwandelbar.

Chloroplasten

• Chloroplasten sind 4-8 Mikrometer groß und der Ort der Fotosynthese.
• Sie enthalten Thylakoide, Stromalamellen, Ribosomen, DNA, Granathylakoide ("Münzstapel"), eine innere und äußere Plastiden-Membran, Stroma und Lipidtröpfchen.

Mitochondrien

• Mitochondrien sind für die Energieproduktion zuständig.
• Sie spielen eine Rolle als Calciumspeicher, bei der Vererbung und stellen getrennte Räume für chemische Prozesse bereit.
• Mitochondrien sind an der Zellatmung beteiligt.

Übergang vom Einzeller zum Vielzeller und Endosymbiontentheorie

• Einzeller erfüllen alle Lebensfunktionen durch eine Zelle, während Vielzeller über verschiedene Zellen verfügen, die Gewebe bilden (Differenzierung, Arbeitsteilung).
• Eine einzelne Zelle eines Vielzellers ist nicht überlebensfähig.
• Kolonien bestehen aus mehreren Zellen, die durch Gallerte verbunden sind und profitieren vom Schutz vor Fressfeinden und Stoffwechselvorteilen.
• Bei einer Endosymbiose lebt ein Organismus dauerhaft in einem anderen Organismus, zum gegenseitigen Nutzen (bezieht sich auf Mitochondrien und Plastide).
• Phagozytose beschreibt, wie eine große Urzelle kleinere, alleinstehende Zellen "verschluckt", die sich miteinander verbinden und zu einem Organismus werden
• Dies bildet die Grundlage für Zellen und komplexe Organismen.
• „Mitochondrien und Chloroplasten sind aus eigenständigen Zellen entstanden“: Mitochondrien = α-Proteobakterium, Chloroplasten = Cyanobakterium.
• Beweise hierfür sind der Besitz von zwei Membranen, eigener DNA, das Vorhandensein von Teilen der Urzelle und die Fähigkeit zur selbstständigen Vermehrung.
• Die Endosymbiontentheorie besagt, dass eukaryotische Zellen aus einer Urzelle entstanden sind, die prokaryotische Zellen in sich aufgenommen hat.

Zelldifferenzierung

• Zelldifferenzierung ist ein Entwicklungsprozess, bei dem aus ursprünglich gleichen, unspezialisierten Zellen strukturell und funktionell unterschiedliche Zellen entstehen.
• Chlamydomonas, Euglena und Volvox sind Beispiele für diesen Prozess.

Zelltypen

• Eukaryotische Zellen (Tierzellen, Pflanzenzellen) besitzen einen Zellkern, während prokaryotische Zellen (Bakterienzellen) freiegende DNA haben.
• Pflanzenzellen besitzen eine Zellwand aus Cellulose, Bakterienzellen eine aus Murein, Tierzellen keine.
• Unterschiede gibt es auch hinsichtlich Kapsel, Mitochondrien, Photosyntheseapparat, ER, Golgi-Apparat, Vakuolen, Lysosomen, Ribosomen, Zellteilung und Zellkompartimentierung.

Kompartimentierung

• Zellkern: Träger der Erbinformation, Transkription, Steuerzentrale, Verdopplung der DNA
• Mitochondrien: Zellatmung, Energiegewinnung, Fettstoffwechsel, Harnstoffsynthese
• Plastide: Fotosynthese, Stärkespeicherung
• ER: Lipidsynthese, Synthese von Proteinen, Transportprozesse
• Golgi-Apparat: Verpackung und Transport von Stoffen
• Lytisches Kompartiment: Speicherung und Abbau von Stoffen (Vakuole, Lysosomen)
• Cytoplasma: Intrazelluläre Bewegung, Stoffwechselprozesse

Tierische Gewebe

• Deckgewebe (Epithel): Lückenloser Zellverband, der äußere Oberflächen und innere Körperhöhlungen überzieht; Drüsenzellen geben Sekrete ab; Schutz und Absorption.
• Binde- und Stützgewebe: Zellen durch Zwischenzellsubstanz getrennt; Bindegewebsfasern verleihen Festigkeit; lockeres, straffes, Fettgewebe, Knorpel, Knochen, Blut.
• Muskelgewebe: Langgestreckte Zellen (Muskelfasern); glatte Muskulatur (langsame Kontraktion), quergestreifte Muskulatur (willkürliche Bewegung).
• Nervengewebe: Hauptanteil sind Nervenzellen; Zellkörper liegen eng beieinander.

Pflanzliche Gewebe

• Epidermis: Äußere Schicht, die saftige Pflanzenteile abschirmt, vor Verdunstung und Beschädigung schützt; ggf. mit Cuticula überlagert; Wurzelepidermis ist unverdickt.
• Leitgewebe: Stofftransport; Gefäße dienen Wassertransport, Siebröhren dem Transport organischer Stoffe.
• Festigkeitsgewebe: Zellen mit verdickten Wänden dienen Festigung; erhöht Biegungs- und Zugfestigkeit.
• Grundgewebe: Umfasst Leit- und Festigkeitsgewebe; kann Assimilationsgewebe (im Blatt) oder Mark- und Rindengewebe (im Stängel) bilden.

Wassertransport in Pflanzen

• Wurzelspitze: Wurzelrinde/Rindenzelle, Wurzelhaarzone, Streckungszone, Bildungsgewebe, Wurzelhaube, Endodermis, Wurzelhaar, Rhizodermis, Rinde, Zentralzylinder, Leitbündel.
• Wurzelhaarzelle: Wassermoleküle beruhen auf Osmose und Eigenbewegung derselben und die Aufnahme erfolgt durch die halbdurchlässige Zellmembran.
• Gelangt ins Xylem.

Sprossachsen- und Blattquerschnitt

• Sprossachsenquerschnitt: Epidermis, Rinde, Zentralzylinder, Mark (hier hohl), Leitbündel, Markstrahl.
• Blattquerschnitt: Kutikula, Obere Epidermis, Palisadengewebe, Interzellulare, Leitbündel (Blattader), Schwammgewebe, Untere Epidermis, Kutikula, Spaltöffnung.
• Der Wassertransport erfolgt hauptsächlich über das Xylem.
• Aufgenommene Wasser wird aufgrund von Adhäsion und Kohäsion nach oben gezogen.
• Weiteraufstieg im Stamm erfolgt durch Gasaustausch.
• Ein Druck, der in den Wurzeln entsteht, unterstützt den Wassertransport.
• Dieser Druck (zsm mit Kapillar- und Adhäsionskräften) sorgt für einen kontinueierlichen Wasserfluss von den Wurzeln über die Sprossachse zu den Blättern der Pflanze.

Weg des Wassers in der Pflanze

• Aus dem Boden in die Wurzelhaarzelle →Osmose.
• Innerhalb der Wurzelhaarzelle → Diffusion.
• Von Zelle zu Zelle in der Rinde → Osmose.
• Innerhalb der Rindenzelle → Diffusion.
• Von der Rindenzelle in den Zentralzylinder und bis zu den Leitbündeln → Osmose.
• Transpiration: ist die Verdunstung von Wasser über Stomata oder die Kutikula der Pflanze

Transpiration

• Pflanzliche Transpiration ist die Verdunstung von Wasser über Stomata (Stomatäre Transpiration) oder die Kutikula (Cuticuläre Transpiration).
• Adhäsion: bezieht sich auf die Anziehungskraft zwischen Molekülen unterschiedlicher Substanzen, die dazu führt, dass sie sich an Oberflächen anderer Materialien haften.
• Kohäsion: bezieht sich auf die Anziehungskraft zwischen Molekülen derselben Substanz, die sie zusammenhält.
• Kapillarkräfte: beziehen sich auf die Fähigkeit von Wasser, in engen Röhren oder Kapillaren entgegen der Schwerkraft zu steigen.

Inhaltsstoffe der Zellen

• Pflanzliche Zellen enthalten 73% Wasser, 4% Eiweiße, 17% Kohlenhydrate, 2% Lipide und 4% Nucleinsäuren/Salze.
• Tierische Zellen enthalten 59% Wasser, 19% Eiweiße, 6% Kohlenhydrate, 11% Lipide und 5% Nucleinsäuren/Salze.

Kohlenhydrate

• Glucose: In kohlenhydratreicher Nahrung (Obst, Getreide), im menschlichen Stoffwechsel, Energielieferant, Fotosyntheseprodukt.
• Fructose: In Früchten und Honig, Zuckeraustauschstoff für Diabetiker.
• Ribose: Bestandteil der RNA.
• Desoxyribose: Bestandteil der DNA.
• Saccharose: In vielen Pflanzen, Transport der KH, Süßungs- und Konservierungsmittel Maltose entsteht beim Abbau von Polysacchariden, ist Energielieferant, Verdauungshilfe und kommt in Bier, Pasta, Kartoffeln etc. vor.
• Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin, kommt in Instantsoßen und Puddings vor, ist das wichtigste KH für die menschliche Ernährung und kommt in Weizen, Mais und Kartoffeln vor.
• Glykogen: Grundbaustein ist Maltose, der Aufbau ist wie Amylopektin, nur stärker verzweigt und es kommt in Leber, Muskeln, Nieren, Gehirn, Vagina usw. vor.
• Es ist ein KH-Speicher und Reservestoff.
• Cellulose: Hauptbestandteil in ZW, In Bekleidungsindustrie, Baustoffindustrie und dient als Nahrungsgrundlage der Pflanzenfresser (Ballaststoff).

Fette (Lipide)

• Chemisch recht uneinheitliche Gruppe von Makromolekülen.
• Besitzen Gemeinsame Merkmale: Sie sind kaum bis gar nicht wasserlöslich ,gut in fettähnlichen Stoffen löslich.
• Dienen als Energiespeicher, wobei beim Abbau mehr Energie frei wird als bei KH und Eiweißstoffen.
• Einige Pflanzen besitzen ölähnliche Samen als Speicherorgan.
• Fettgewebe als Polster und zur der Isolation als Unterhautfettgewebe.

Phospholipide

• Besitzen zwei Fettsäurereste und sind mit Fetten verwandt.
• Kopf: hydrophil Schwanz: lipophil
• Hauptbestandteile der Membran.
• Steroide besitzen Kohlenstoffgerüst, Bsp. Cholesterin.
• Sind Bestandteil in Membran von Tierzellen.
• Werden für die Synthese anderer Steroide verwendet.
• Entstehung von Sexualhormonen von Wirbeltieren aus Cholesterin

Wasser als Lösungsmittel

• Lebensraum der Zellen
• Hauptbestandteil aller Lebewesen
• Lösungsmittel diverser Stoffe
• Transportmittel
• Stützfunktion in bspw. Blättern
• Beteiligung an Thermoregulation
• Hohe Siede- und Schmelztemperatur
• Geringe Dichte
• Oberflächenspannung

Proteine und Peptide

• Werden durch Kondensation von L-Aminosäuren gebildet.
• Di-, Tri-, bis Polypeptid
• AS-Bausteine durch Kohlenstoff-Stickstoff-Verbindung verbunden

Aufbau der Proteine

• Werden als Peptidgruppe/Peptidbindung bezeichnet
• Partieller Doppelbindungscharakter zwischen C- und N-Atome
• H-, und O-atom eben angeordnet
• N-Atom verliert sein freies Elektronenpaar-> Protonendenator
• O-Atom Protonenakzeptor
• Veränderungen am N-Atom, wirkt sich auf Ausbildung zwischenmolekularer Kräfte aus

Aminosäuren

• Schrittweise Verknüpfung der AS-Bausteine führt über Polypeptide zu makromolekularen Proteinen
• Kettenförmige Polypeptid-Proteinmoleküle können vernetzt sein -> wenn Cysteinreste vorhanden sind
• Ausbildung von Disulfidbrücken -S-S-

Primärstruktur eines Proteins

• Reihenfolge und Anzahl der L-Aminosäurebausteine in Molekülen von Polypeptiden und Proteine
• AS über Polypeptidketten miteinander verbunden
• --> keine räumliche Form/ Struktur

Sekundärstruktur eines Proteins

• Polypeptidketten falten/ drehen sich zu einer weiteren Strukturebene auf
• Alpha-Helix,wenn sich lange Seitenketten ausbilden
• Beta-Faltblatt bei kurzen Seitenketten
• Werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten

Tertiärstruktur eines Proteins

• Polypeptidkette weiter zu unregelmäßiger räumliche Struktur verdreht
• Weitere chem. Bindungen stabilisieren zwischen diesen
• z.B zwischen Resten zweier Cystein-Aminosäuren werden Elektronenbindungen ausgebildet

Quartärstruktur eines Proteins

• Proteine bestehen aus zwei oder mehrere Polypeptidketten
• Gesamtstruktur, besteht aus mehreren Untereinheiten
• Mehrere Proteinmoleküle bilden funktionelle Einheit
• -> Durch intermolekulare Anziehungskräfte zwischen AS-Resten stabilisiert

Experimente und Biomonitoring

• Analyse von Inhaltsstoffen der Biomembran durch Experimente
• Die Biomembran besteht aus Fetten, Lipiden und Proteinen

Nachweis von Nährstoffen

• Stärke: Iod-Kaliumiodid wird auf Substanz geträufelt; bei Stärke kommt es zu dunkler Färbung (schwarz, violett, blau)
• Glucose/ Fructose: Gemisch aus Fehling 1+ Fehling 2 (1:1) zu Substanz im Wasser geben Erhitzung dieses Gemisches; --> Ziegelroter Niederschlag des reduzierten Zuckers (Glucose/ Fructose) (braun, rot, orange)
• Fette: Zu untersuchender Stoff aus Filterpapier geben (Evtl. einreiben) und Trocknen lassen; wenn Fett vorhanden ist, bleibt durchscheinender Fleck zurück
• Eiweiße: Zu untersuchender Stoff erhitzen (>60°); --> Eiweiß denaturiert (wird fest); ( auch bei Säuren, Alkohole, Schwermetall-lonen,...)
• Biuret-Reaktion: Lösen des Feststoffs, Zugabe 10% Natronlauge (NaOH-Lsg) Zugabe Kupfer(2)-sulfatlösung; Schwach erhitzen; → rot-violette Färbung
• Xanthoprotein-Reaktion: Zu untersuchenden Stoff konzentrierte Salpetersäure hinzugeben;→ Gelbfärbung
• CO2-Nachweis: Kalkwasser/ Bariumhydroxid herstellen; Das zu untersuchende Gas einführen; → Kalkwasser färbt sich milchig trüb