Struktur und Funktion: Lipide, Proteine und Aminosäuren in der Biochemie

Klassifizierung von Lipiden und Fettsäuren

Fette (Öle, Schmalz, Talg)

Fette dienen als wichtige Energiereserven bei Tieren. Sie bestehen aus Glycerin und Fettsäuren (Ac. Grasos). Wenn alle drei Fettsäuren identisch sind, spricht man von einfachen Fetten; bei unterschiedlichen Fettsäuren von gemischten Fetten.

• Feste Fette (Talg): Haben einen Schmelzpunkt von über 40 °C.
• Flüssige Fette (Öl): Haben einen Schmelzpunkt von weniger als 15 °C.
• Halbfeste Fette (Butter/Margarine): Der Schmelzpunkt liegt dazwischen.

Fettmoleküle erzeugen die größte Energiemenge. Sie fungieren zudem als mechanische Stoßdämpfer in einigen Organen und als thermische Isolatoren.

Spezielle Lipidklassen

Glycerolipide

Glycerolipide sind Triester des Glycerins, die mit zwei Fettsäuren verestert sind. Sie zeichnen sich durch ihr amphipatisches Verhalten aus und bilden die Lipiddoppelschicht der Zellmembranen.

Sphingolipide

Sphingolipide sind wichtige Bestandteile von Zellmembranen und kommen besonders reichlich im Nervengewebe vor. Sie sind ebenfalls amphipatisch. Sie entstehen durch die Vereinigung eines Alkohols und einer Fettsäure über eine Amidbindung, wodurch Ceramid entsteht. Wenn Ceramid an ein polares Molekül bindet, bildet es das spezifische Sphingolipid. Sie sind konkrete polare Biomarker und spielen eine Rolle bei Zellwachstum und -differenzierung.

Wachse (Ceras)

Wachse sind Monoester einer langkettigen Fettsäure und eines langkettigen Monoalkohols. Sie besitzen sowohl hydrophile als auch apolare Eigenschaften und dienen hauptsächlich Schutzfunktionen (z. B. als Überzug auf Früchten und Stielen).

Unverseifbare Lipide

Unverseifbare Lipide enthalten keine Fettsäuren und können daher keine Seifen bilden. Es gibt drei Hauptgruppen:

Terpene

Terpene sind Isopren-Polymere, die hauptsächlich in Pflanzen vorkommen. Sie werden wie folgt klassifiziert:

• Monoterpene: 2 Isopren-Einheiten (z. B. Kampfer, Limonen).
• Diterpene: 4 Isopren-Einheiten (z. B. Phytol, eine Komponente des Chlorophylls).
• Triterpene: 6 Isopren-Einheiten (z. B. Squalen, eine Vorstufe von Cholesterin).
• Tetraterpene: 8 Isopren-Einheiten (z. B. Carotinoide, Pflanzenpigmente).
• Polyterpene: Viele Isopren-Einheiten (z. B. Naturkautschuk).

Steroide

Steroide basieren auf dem Ciclopentanoperhidrofenantreno-Gerüst.

Eicosanoide

Eicosanoide sind Lipide, die von 20-Kohlenstoff-mehrfach ungesättigten Fettsäuren abgeleitet sind.

Proteine: Struktur und Funktionen

Proteine gehören zu den am häufigsten vorkommenden Molekülen in lebenden Organismen. Sie erfüllen vielfältige Funktionen:

• Transport von Molekülen.
• Bewegung.
• Hormonelle Regulation.
• Katalysatoren in Stoffwechselreaktionen (Enzyme).
• Sie können zur Energiegewinnung genutzt werden.

Proteine sind spezifische Moleküle. Sie werden neben den Nukleinsäuren als die wichtigsten Moleküle des Lebens betrachtet und bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S).

Aminosäuren (AA)

Bei der Hydrolyse von Proteinen entstehen freie Aminosäuren. Jede Aminosäure setzt sich aus einer Aminogruppe und einer Carboxylgruppe zusammen. Ihre Vereinigung führt zur Bildung von Proteinketten. Die proteinbildenden Aminosäuren sind Alpha-Aminosäuren. Es gibt etwa 20 proteinogene Aminosäuren.

Nicht-Proteinogene Aminosäuren

Es gibt etwa 150 Aminosäuren, die keine direkten Proteinfunktionen erfüllen, aber andere wichtige Rollen spielen, wie z. B.:

• Neurotransmitter: Wie Gamma-Aminobuttersäure (GABA).
• Vorstufen von Vitaminen: Wie Beta-Alanin (Vorläufer der Pantothensäure).

Klassifizierung der Aminosäuren

Nach Stoffwechsel (Metabolismus)

• Nicht-essenzielle AA: Können vom Organismus synthetisiert werden.
• Essenzielle AA: Müssen über die Nahrung aufgenommen werden (z. B. Arginin oder Lysin).

Nach chemischer Natur (pH 7)

• Neutrale AA: Haben bei neutralem pH-Wert eine elektrische Nettoladung von 0. Sie können unpolar (z. B. Prolin, Valin) oder polar (z. B. Serin, Tyrosin) sein.
• Saure AA: Besitzen eine zusätzliche Carboxylgruppe und können bei pH 7 eine negative elektrische Ladung aufweisen (z. B. Asparaginsäure).
• Basische AA: Nehmen positiv geladene H+-Ionen auf und haben daher eine positive Nettoladung (z. B. Arginin, Lysin).

Eigenschaften von Aminosäuren: Amphoterer Charakter

Aminosäuren verhalten sich amphoter: Sie können je nach pH-Wert des Mediums als Säure oder Base agieren. Die Carboxylgruppe kann H+ freisetzen, während die Aminogruppe H+ akzeptieren kann. Dies verleiht ihnen einen Puffer- oder Puffereffekt.

Bei einem sauren pH-Wert wird die Nettoladung der AA positiv. Im Gegensatz dazu wird die Nettoladung bei einem basischen pH-Wert negativ.