Lipide und Proteine: Eigenschaften, Klassifikation und Funktionen

Ceras

Veresterung: Reaktion zwischen Alkoholen und Fettsäuren. Dabei wird Wasser abgespalten (Dehydratisierung/Veresterung). Das Wachs entsteht durch die Veresterung langer Alkohole mit Fettsäuren.

Beispiel (allgemein): CH3-(CH2)n-CH2OH + HOOC-(CH2)m-CH3 → CH3-(CH2)n-CH2-OOC-(CH2)m-CH3 + H2O. Wachs ist typischerweise ein Ester langer Alkohole und langer Fettsäuren, z. B. Bienenwachs.

Unverseifbare Lipide

Steroide

Steroide sind Lipide mit dem Cyclopentanoperhydrophenanthren-Grundgerüst. Sie bestehen aus vier miteinander fusionierten Kohlenstoffringen und unterscheiden sich durch Anzahl und Lage der Substituenten.

Besonders hervorzuheben sind die Sterine. Das Cholesterin ist eines der interessantesten biologisch aktiven Sterine. Es ist Teil der biologischen Membranen, verleiht ihnen Stabilität und ist Vorläufer der meisten anderen Steroide.

Gallensäuren emulgieren Fette und dienen dazu, die Verdauung und Resorption im Darm zu erleichtern.

Steroidhormone umfassen z. B. Hormone der Nebennierenrinde. Beispiele: Cortisol (wirkt auf Glukoneogenese sowie Abbau von Fetten und Proteinen) und Aldosteron (regelt die Ausscheidung von Wasser und Mineralien in der Niere).

Terpene

Terpene werden durch die Polymerisation von Isopreneinheiten gebildet. Diese Moleküle sind in Pflanzen sehr reichlich vorhanden und unterscheiden sich nach der Anzahl der Isopreneinheiten:

• Monoterpene (zwei Isopreneinheiten): oft in ätherischen Ölen vieler Pflanzen enthalten (z. B. Menthol).
• Diterpene (vier Isopreneinheiten): z. B. Phytol (Teil des Chlorophylls); Diterpene sind außerdem Vorstufen für Vitamine wie A, E und K sowie für Carotinoide.
• Polyterpene (viele Isopreneinheiten): z. B. Kautschuk (Gummi).

Funktionen von Lipiden

• Reservestoffe: Lipide bilden Fettspeicher. Ein Gramm Fett liefert etwa 9,4 kcal/g, Kohlenhydrate liefern etwa 4,1 kcal/g.
• Strukturfunktion: Lipide bilden die Doppelschichten biologischer Membranen und die Membranen von Organellen.
• Transport: Der Transport von Lipiden aus dem Darm und zwischen Geweben erfolgt über Emulsionen (von Gallensäuren unterstützt) und über Lipoproteine, die den Transport im Blut und in der Lymphe ermöglichen.
• Hormonelle Funktion: Einige Lipide wirken als Hormone; Steroide sind ein Beispiel.
• Vitamine: Einige Vitamine sind fettlöslich und werden mit Lipiden transportiert bzw. gespeichert.
• Schutzfunktion: Es gibt zwei Arten des Schutzes: thermische Isolierung (z. B. Fettschichten gegen Kälte) und mechanischer Schutz (Polsterung gegen Stöße) sowie Verhinderung von Austrocknung.

Proteine

Proteine sind wesentliche chemische Bestandteile der lebenden Substanz, weil sie die „molekularen Werkzeuge“ sind, durch die genetische Information ausgeführt wird. Sie sind außerdem Baustoffe für Lebewesen und viele Proteine besitzen biologische Aktivität.

Chemische Zusammensetzung und Klassifizierung von Proteinen

Proteine sind organische Makromoleküle mit hohem Molekulargewicht, hauptsächlich gebildet aus C, H, O und N; sie können aber auch S und P enthalten.

Klassifikation von Aminosäuren

• Unpolare Aminosäuren: Die R‑Gruppe ist hydrophob. Sie interagieren meist untereinander durch Van‑der‑Waals‑Kräfte.
• Polare, ungeladene Aminosäuren: Die R‑Gruppe ist hydrophil und kann durch Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser oder anderen Molekülen interagieren.
• Polare, geladene Aminosäuren: Saure Aminosäuren besitzen eine COO⁻‑Gruppe (negative Ladung). Basische Aminosäuren besitzen eine NHn‑Gruppe (positive Ladung je nach Protonierung).

Funktionen von Proteinen

Strukturelle Funktionen: Glykoproteine bilden Teile der Zellmembranen und dienen als Rezeptoren oder Erkennungsstrukturen. Proteine bilden außerdem Strukturkomponenten der Zelle.

Sie erleichtern den Transport; Histone sind Teil der Chromosomen und regulieren die Genexpression.

Enzyme

Enzyme sind Proteine mit katalytischer Funktion und wirken als Biokatalysatoren in den chemischen Reaktionen des Zellstoffwechsels. Die meisten Enzyme sind spezialisiert und hochreguliert.

Hormone

Einige Hormone sind Proteine, z. B. Insulin und Glucagon (regulieren den Blutzuckerspiegel). Hypophysäre Hormone wie ACTH (regelt die Synthese von Kortikosteroiden in der Nebenniere) und Wachstumshormon sind ebenfalls Beispiele für proteinartige Hormone.

Defensive Funktionen

Immunglobuline wirken als Antikörper gegen mögliche Antigene. Thrombin und Fibrinogen tragen zur Bildung von Blutgerinnseln bei und verhindern Blutungen. Muzine (Muzine) schützen und befeuchten Schleimhäute. Einige Toxine, wie Botulinustoxin und Bestandteile von Schlangengiften, sind ebenfalls Proteine und erfüllen defensive bzw. offensive Funktionen.

Transportfunktionen

Hämoglobin transportiert Sauerstoff im Blut von Wirbeltieren. Hemocyanin transportiert Sauerstoff in manchen wirbellosen Tieren. Cytochrome übertragen Elektronen in der Atmungskette. Lipoproteine transportieren Fette im Blut.

Kontraktile Funktion

Aktin- und Myosinfilamente sind für die Muskelkontraktion verantwortlich.

Energiereserve

Beispiele: Ovalbumin im Eiweiß dient als Aminosäurenreserve für die Embryonalentwicklung; Milchalbumin dient in der Milch als Aminosäurenquelle.