Biochemie: Ionen, Lösungen & Kohlenhydrate

Salze und Ionen

Essenzielle Ionen sind wichtig für den Flüssigkeitshaushalt und das Säure-Basen-Gleichgewicht. Dazu gehören:

• Kationen (positiv geladen): Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium
• Anionen (negativ geladen): Chlorid, Bicarbonat, Phosphat, Sulfat

Dispersionen und Lösungen

Eine Dispersion ist die mechanische Verteilung von Teilchen eines Stoffes in einem anderen. Je nach Teilchengröße unterscheidet man:

1. Grobe Dispersionen (> 1000 Å): Partikel sind mikroskopisch sichtbar, können zentrifugiert werden und passieren keine semipermeablen Membranen (Dialyse).
2. Kolloide Lösungen (1-1000 Å): Partikel sind im Lichtmikroskop unsichtbar. Sie passieren permeable Membranen, werden aber von Dialysemembranen zurückgehalten. Trennbar durch Ultrazentrifugation.
3. Echte Lösungen (< 1 Å): Partikel sind nicht sichtbar (auch nicht im Elektronenmikroskop). Sie passieren permeable und semipermeable Membranen (Dialyse).

Arten von Lösungen

• Verdünnte Lösung: Enthält relativ wenig gelösten Stoff.
• Konzentrierte Lösung: Enthält eine große Menge gelösten Stoff.
• Gesättigte Lösung: Enthält die maximal lösliche Menge des gelösten Stoffes bei gegebenen Bedingungen.
• Übersättigte Lösung: Enthält mehr gelösten Stoff als eine gesättigte Lösung (instabil).
• Ungesättigte Lösung: Enthält weniger gelösten Stoff als eine gesättigte Lösung.

Stofftransport

Diffusion

Diffusion ist ein irreversibler physikalischer Prozess, bei dem sich Teilchen von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration bewegen, um die Entropie des Systems zu erhöhen und eine gleichmäßige Verteilung zu erreichen.

Dialyse

Dialyse ist ein Trennverfahren, bei dem kleine gelöste Teilchen und das Lösungsmittel (z. B. Wasser) eine semipermeable Membran passieren, während größere Teilchen (z. B. Kolloide) zurückgehalten werden. Der Transport erfolgt entlang des Konzentrationsgradienten.

Kohlenhydrate (Saccharide)

Kohlenhydrate bestehen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O). Das Glucose-Molekül (C₆H₁₂O₆) ist von grundlegender Bedeutung für lebende Organismen.

Funktionen von Kohlenhydraten

• Strukturelle Merkmale: Bestandteil von Zellmembranen und Zellwänden (z. B. Cellulose).
• Energetische Funktion: Wichtige Energielieferanten; Speicherung als Glykogen in Leber und Muskeln.

Klassifizierung von Kohlenhydraten

• Monosaccharide (Einfachzucker): z. B. Glucose, Fructose, Galactose
• Disaccharide (Zweifachzucker): z. B. Saccharose, Laktose, Maltose
• Oligosaccharide: z. B. Maltodextrin, Fructo-Oligosaccharide
• Polysaccharide (Vielfachzucker):
  • Stärke (Amylose, Amylopektin)
  • Nicht-Stärke-Polysaccharide (z. B. Cellulose, Pektine)

Monosaccharide im Detail

Dies sind die kleinsten Kohlenhydrat-Moleküle, meist mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen.

• Aldosen: Enthalten eine Aldehydgruppe (-CHO), z. B. Glycerinaldehyd, Ribose, Glucose.
• Ketosen: Enthalten eine Ketogruppe (C=O), z. B. Dihydroxyaceton, Ribulose, Fructose.

Cyclisierung: Monosaccharide mit 5 oder mehr C-Atomen bilden in wässriger Lösung Ringstrukturen (Halbacetale/Halbketale).

Anomere: Durch die Ringbildung entsteht ein neues chirales Zentrum. Je nach Stellung der -OH Gruppe unterscheidet man:

• alpha (α)-Anomer: -OH-Gruppe liegt unterhalb der Ringebene.
• beta (β)-Anomer: -OH-Gruppe liegt oberhalb der Ringebene.

Disaccharide

Entstehen durch glykosidische Bindung zwischen zwei Monosacchariden unter Wasserabspaltung.

Oligosaccharide

Bestehen aus der Verknüpfung von etwa 3 bis 10 Monosaccharideinheiten.

Polysaccharide

Polymere mit hohem Molekulargewicht aus vielen Monosaccharideinheiten. Oft wasserunlöslich oder bilden kolloidale Lösungen.

• Stärke: Pflanzliches Reserve-Polysaccharid (in Amyloplasten). Besteht aus:
  • Amylose: Unverzweigte α-Glucose-Ketten.
  • Amylopektin: Verzweigte α-Glucose-Ketten.
• Glykogen: Tierisches Reserve-Polysaccharid (Leber, Muskeln). Ähnlich Amylopektin, aber stärker verzweigt.
• Cellulose: Pflanzliches Struktur-Polysaccharid (Hauptbestandteil von Zellwänden). Besteht aus β-Glucose-Einheiten.

Glykokonjugate

Kohlenhydrate können kovalent an Proteine oder Lipide gebunden sein:

• Glykoproteine: Kohlenhydrate + Proteine
• Glykolipide: Kohlenhydrate + Lipide