Bioelemente und Biomoleküle: Grundlagen des Lebens

Bioelemente: Die Bausteine der Materie

Bioelemente sind jene Elemente, die chemische Materie bilden. Von allen chemischen Elementen sind lediglich 27 Bioelemente. Man unterscheidet zwei Hauptarten:

• Primäre Bioelemente: C, O, H, N, S, P (sie machen etwa 98 % der Masse aus).
• Sekundäre Bioelemente: Ca, Fe, Na, K (sie machen etwa 3,9 % aus).
• Spurenelemente: Co, Zn, Si (sie sind zu 0,1 % gegenwärtig; ohne sie erkrankt und stirbt der Organismus).

Biomoleküle: Die Moleküle des Lebens

Biomoleküle sind die Moleküle des Lebens. Sie entstehen durch den Zusammenschluss von Bioelementen. Es gibt zwei grundlegende Arten:

• Organische Biomoleküle: Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren (ihre Basis ist Kohlenstoff).
• Anorganische Biomoleküle: Wasser und Mineralsalze (ihre Basis ist nicht Kohlenstoff).

Anorganische Biomoleküle: Wasser

Etwa 70 % des menschlichen Körpers bestehen aus Wasser. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:

1. Universelles Lösungsmittel: Alle chemischen Reaktionen finden im wässrigen Milieu statt; es dient dem Transport von Substanzen innerhalb des Körpers.
2. Temperaturkontrolle: Es ist maßgeblich an der Regulierung der Körpertemperatur beteiligt.
3. Struktur und Zusammenhalt: Es verleiht Strukturen durch seine Form Stabilität.
4. Dichteanomalie: Wasser ist im festen Zustand weniger dicht als im flüssigen Zustand.
5. Lebensraum: Es ermöglicht das Leben an sehr kalten Orten.

Mineralsalze

Es gibt zwei Arten von Mineralsalzen: aufgelöste und feste (letztere finden sich in Knochen und Knorpeln sowie in Schalen und Hörnern).

Organische Biomoleküle im Detail

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate werden auch als Saccharide oder Zucker bezeichnet. Ihre Funktionen sind:

• Schnelle Energie: Glukose dient als unmittelbarer Energielieferant.
• Energiereserven: Glykogen bei Tieren sowie Stärke in Samen und Knollen.
• Strukturfunktion: Zellulose dient als Baustoff.

Man unterteilt sie in:

• Monosaccharide: Bestehen aus einem Molekül, wie Glukose und Fruktose (Fruchtzucker).
• Disaccharide: Wie Laktose (der Zucker in der Milch).
• Polysaccharide: Verbindungen aus mehreren Monosacchariden, wie Stärke, Glykogen, Zellulose (das am häufigsten vorkommende Biomolekül) und Chitin.

Lipide

Lipide sind unlöslich in Wasser, aber löslich in Aceton oder Alkohol. Sie können komplexe Moleküle bilden. Wichtige Formen sind Fette und Fettsäuren (gesättigt: ohne Doppelbindung; ungesättigt: mit Doppelbindung).

Funktionen:

• Energiereserve: Speicherung von Energie (z. B. in Fettgewebe).
• Zellmembranen: Sie sind wesentliche Bestandteile der Membranen.
• Wärmedämmung: Sie dienen dem Schutz vor Kälte.

Proteine

Proteine sind die wichtigsten organischen Biomoleküle. Ihre Bausteine sind die Aminosäuren. Es gibt insgesamt 20 Aminosäuren, von denen einige essenziell sind; der Körper kann sie nicht selbst herstellen, weshalb sie über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Funktionen:

• Struktur und Steuerung: Aufbau von Gewebe und interne Funktionssteuerung (Hormone).
• Enzyme: Biokatalysatoren, die chemische Reaktionen beschleunigen.
• Vitamine: Einige Vitamine sind Bestandteile von Enzymen.