Grundlagen der Biologie: Wirbellose, Proteinstruktur und Nukleinsäuren

Wirbellose Tiere (Invertebraten)

Die folgenden Tierstämme sind typischerweise auf dem Meeresboden oder in feuchten Umgebungen zu finden:

• Porifera (Schwämme): Leben auf dem Meeresboden. Fortpflanzung erfolgt sexuell und asexuell.
• Cnidaria (Nesseltiere): Besitzen Radialsymmetrie. Beispiele sind Quallen und Korallen. Fortpflanzung erfolgt sexuell und asexuell.
• Annelida (Ringelwürmer): Beispiele sind Regenwürmer. Benötigen Feuchtigkeit zum Überleben. Fortpflanzung erfolgt sexuell.
• Echinodermata (Stachelhäuter): Beispiele sind Seesterne. Besitzen Radialsymmetrie. Der Körper ist mit Kalkplatten (Skelett) versehen.
• Mollusca (Weichtiere): Haben einen weichen Körper, der oft von einer Schale aus Calciumcarbonat (CaCO₃) umgeben ist. Fortpflanzung erfolgt sexuell.
• Myriapoda (Tausendfüßer): Besitzen ein Außenskelett aus Chitin. Die Atmung erfolgt über Kiemen oder Tracheen. Fortpflanzung erfolgt sexuell (z.B. bei Hundertfüßern).

Proteine: Aufbau und Funktion

Proteine sind organische Makromoleküle, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel aufgebaut sind. Sie können strukturelle oder regulatorische Funktionen erfüllen und bestehen aus Ketten von 20 verschiedenen Aminosäuren.

Aminosäuren und Peptidbindung

Die variable Komponente jeder Aminosäure ist die R-Gruppe. Die Aminosäuren sind durch eine Peptidbindung miteinander verbunden.

Funktionen von Proteinen und Peptiden

• Hormone: Substanzen, die für die Regulierung spezifischer Körperfunktionen verantwortlich sind (z.B. Insulin).
• Antibiotika: Stoffe, die von verschiedenen Organismen produziert werden, um die Vermehrung von Bakterien zu hemmen (z.B. Penicillin).

Strukturebenen von Proteinen

Die Proteinstruktur wird in vier Ebenen unterteilt:

1. Primärstruktur: Die spezifische Sequenz (Reihenfolge) der Aminosäuren in der Peptidkette. Die Kette beginnt mit einer Aminogruppe und endet mit einer Carboxylgruppe.
2. Sekundärstruktur: Die lokale räumliche Anordnung, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen invarianten Gruppen entsteht.
   • Alpha-Helix: Eine spiralförmige Struktur, stabilisiert durch H-Brücken.
   • Beta-Faltblatt: Eine Zick-Zack-Struktur, stabilisiert durch H-Brücken zwischen den HN- und C=O-Gruppen benachbarter Kettenabschnitte.
3. Tertiärstruktur: Die komplizierte dreidimensionale Faltung der gesamten Polypeptidkette. Diese Struktur ist wesentlich für die Funktion des Proteins und wird durch Wechselwirkungen der variablen R-Gruppen (z.B. hydrophobe/hydrophile Interaktionen) bestimmt.
4. Quartärstruktur: Tritt nur bei Proteinen auf, die aus mehreren Polypeptidketten (Untereinheiten) bestehen. Diese Ketten können identisch oder unterschiedlich sein und bilden zusammen die funktionelle, komplexe Struktur.

Eigenschaften und Klassifikation von Proteinen

Proteine zeichnen sich durch eine hohe Spezifität bei der Interaktion mit anderen Molekülen aus. Sie können je nach pH-Wert des Mediums ionisiert werden.

• Faserproteine: Sind meist wasserunlöslich und haben strukturelle Funktionen (z.B. Kollagen, Elastin).
• Globuläre Proteine: Sind in der Regel wasserlöslich.

Klassifikation nach Funktion:

• Strukturell: Kollagen, Elastin.
• Speicher: Casein.
• Kontraktion: Aktin, Myosin.
• Abwehr: Antikörper.

Nukleinsäuren: DNA und RNA

Nukleinsäuren sind Polymere von Nukleotiden und dienen als Träger und Übermittler genetischer Information.

Arten und Vorkommen

• DNA (Desoxyribonukleinsäure): Träger der genetischen Information.
• RNA (Ribonukleinsäure): Übermittler der genetischen Information.

Sie kommen vor in:

• Eukaryoten: Zellkern, Mitochondrien, Chloroplasten.
• Prokaryoten: Zytoplasma.
• Viren: Fragmente von DNA oder RNA.

Aufbau der Nukleotide

Ein Nukleotid besteht aus drei Komponenten:

1. Pentose (Zucker mit 5 C-Atomen): Die Nukleobase bindet an C1, die Phosphorsäure an C5.
2. Phosphorsäure: Eine anorganische Säure, die über eine Esterbindung an die Pentose gebunden ist.
3. Nukleobase: Die Basen sind Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) [oder Uracil (U) in RNA].

Komplementäre Basenpaare

Die Basen bilden komplementäre Paare:

• Adenin (A) paart mit Thymin (T) [in DNA].
• Guanin (G) paart mit Cytosin (C).

Wichtige Prozesse

• Replikation: Der Prozess der Verdopplung (Kopieren) der DNA.
• Transkription: Der Prozess des Umschreibens der genetischen Information von DNA in RNA.