Biochemie I

"die Chemie des Lebens"

Die Biochemie untersucht die lebende Substanz und die Lebensvorgänge in Zellen und Organen, soweit sie sich mit chemischen und physikalisch-chemischen Methoden und Konzepten befassen, beziehungsweise beschreiben lassen.

In Bezug auf die Veterinärmedizin ist die Biochemie und Molekularbiologie ausserordentlich wichtig für das Verständnis vieler normaler und krankhafter Vorgänge im tierischen Organismus. Sie sind überdies die Grundlage für die klinische  Chemie, welche in der modernen naturwissenschaftlichen Tiermedizin eine wichtige Rolle bei der Diagnosestellung spielt.

Wahrnehmbar mit: (max. Auflösungsvermögen)    Beispiel: (Zahlen geben grösste Dimension an)
Blossem Auge*                                                         Gewisse Eukaryontische Zellen (10-500μm)
Lichtmikroskop (0.2μm)                                            Rotes Blutkörperchen 7μm, Bakterien 0,5
                                                                                  – 3μm, Mitochondrien 0,5 – 2μm
Elektronenmikroskop                                                Viren 20 – 300 nm, Ribosomen 20 – 25 nm,
                                                                                  Hämoglobin 6,4 nm, Wasser 0,4 nm

[*1 Bogenminute; das heisst: 0.1 mm bei 1/3 m Entfernung (= 33 cm)]

Von den insgesamt etwa 100 Elementen der Erdkruste treten mindestens 23 als essentielle Bestandteile der lebenden Materie auf:

1. Hauptelemente: (95 Massen-%) C, H, O, N, P, S
2. Ionische Elemente Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-
3. Spurenelemente Fe, Zn, Cu, Mn, Co, Mo, I, F, Se, Cr, Sn, V

Organellen      z.B. Kern, Mitochondrien
Supramolekulare Einheiten (Partikelgewicht (10⁶ - 10⁹))     z.B. Multienzymkomplexe, Kontraktile Systeme,
                                                                                                     Membranen, Viren
Makromoleküle (MG 10³ - 10⁶)     z.B. Nucleinsäuren, Proteine, Polysaccharide, Lipide
Bausteine (MG 100 - 350)     z.B. Mononucleotide, Aminosäure, Einfache Zucker, Fettsäuren/Glycerin
Bausteinvorstufen (MG 50 - 250)     z.B. Ribose, Oxalacetat, Pyruvat, Acetat
Anorganische Vorstufen (MG 18 - 44)     z.B. CO₂, H₂O, NH₃

Mit zunehmender Molekülmasse nimmt die Komplexität der Biomoleküle zu. Ihre zunehmende Vielfalt ist ersichtlich aus der molekularen Zusammensetzung lebender Organismen.

Der Hauptteil der Masse einer Zelle entfällt auf Wasser.
Andere Bestandteile (%Anteil in Zelle von oben nach unten abnehmend):
Anorganische Ionen
Zucker + Vorläufer
Aminosäuren + Vorläufer
Nucleotide + Vorläufer
Lipide
Andere niedermolekulare Verbindungen
Makromoleküle (Proteine, Nucleinsäuren, Polysaccharide)

1. Wasser (H2O) ist ein unbedingt notwendiger Bestandteil jeder lebenden Substanz auf unserer Erde.
2. Wasser (H2O) ist das universelle biologische Lösungsmittel, in welchem sich alle biochemischen Vorgänge abspielen.
3. Es ist Reaktionspartner bei vielen biochemischen Reaktionen (z.B. hydrolytischen Spaltungen).
4. Es ist wesentlich mitverantwortlich für die Ausbildung der biologischen Strukturen und Formen (hydrophober Effekt).

* H₂O hat hohe Kohärenz (starke intermolekulare Wechselwirkungen durch H-Bindungen), die sich in hohem Schmelz- und Siedepunkt manifestiert:
--> H₂O ist trotz ähnlichem Bau wie gasförmiges H₂S bei physiologischen Temperatur- und Druckverhältnissen flüssig
* H₂O hat eine hohe Dielektrizitätskonstante (Mass für die Schwächung eines elektrischen Feldes
durch einen Dipol):
--> polare Wassermoleküle setzen elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Ionen herab --> begünstigen damit Trennung von Ladungen  z.B. die Dissoziation von Salzen in Ionen
* Die genannten Eigenschaften lassen sich durch den Bau des H₂O-Moleküls erklären:
--> H₂O-Molekül zwar elektrisch neutral, aber durch ungleichmässige Verteilung der Bindungselektronen decken sich positive + negative Ladungsschwerpunkte nicht