WIE IST DIE CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG VON LEBEWESEN? - BIOLOGIE - 2025

Die chemische Zusammensetzung von Lebewesen basiert auf organischen Molekülen und einigen anorganischen Elementen, die mehr oder weniger in den gleichen Anteilen vorliegen und in allen ähnliche Funktionen erfüllen.

Lebende Organismen bestehen aus Zellen, und diese Zellen weisen in ihrer Organisation unterschiedliche Komplexitätsgrade auf. Einige sind relativ einfach, wie z. B. Bakterien, und andere zeichnen sich durch komplexere Organisationsmuster mit viel mehr Elementen in ihrer internen Organisation aus, wie dies bei den meisten eukaryotischen Zellen der Fall ist.

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Die Strukturelemente lebender Materie bestehen aus Biomolekülen, und die Hauptbestandteile der meisten dieser Biomoleküle sind beim Menschen beispielsweise Kohlenstoff (50%), Sauerstoff (20%), Wasserstoff (10%). ), Stickstoff (8,5%), Calcium (4%) und Phosphor (2,5%) (alle Werte bezogen auf das Trockengewicht).

Diese sechs Elemente machen ungefähr 95% der Gesamtzusammensetzung der organischen Substanz aus, die restlichen 5% entsprechen anderen Elementen wie: Kalium, Schwefel, Natrium, Chlor, Magnesium, Eisen, Mangan und Jod.

Es ist zu beachten, dass der größte Teil der Zusammensetzung von Organismen (mehr als 60% des Körpergewichts) Wasser in flüssigem Zustand ist, was ein grundlegendes Element für das Leben darstellt, da sowohl intrazelluläre Strukturen als auch Zellen selbst darin eingetaucht sind. .

Dieses flüssige Medium versorgt die Zellen mit den wichtigsten notwendigen Bedingungen und darin finden alle relevanten biochemischen Reaktionen zum Überleben statt.

chemische Zusammensetzung des Lebewesens

- Komplexe Biomoleküle

Einige der Hauptelemente, die in die Zusammensetzung lebender Materie einfließen, verbinden sich in unterschiedlichen Anteilen zu unterschiedlichen Sätzen kleiner organischer Moleküle, die wiederum als Strukturelemente für die Bildung komplexerer Biomoleküle dienen.

Die Beziehung zwischen diesen Strukturelementen und den wichtigsten komplexen Biomolekülen von Organismen ist wie folgt:

- Desoxyribonukleotide und Desoxyribonukleinsäure (DNA)

- Ribonukleotide und Ribonukleinsäure (RNA)

- Aminosäuren und Proteine

- Monosaccharide und Polysaccharide

- Fettsäuren und Lipide

Desoxyribonukleotide und Desoxyribonukleinsäure

Desoxyribonukleinsäure oder DNA enthält die erbliche Information aller Lebewesen, Prokaryoten und Eukaryoten. Dieses wichtige Biomolekül bestimmt auch die Hauptmerkmale einer Zelle, sowohl aus morphologischer, metabolischer, struktureller als auch aus entwicklungspolitischer Sicht.

DNA codiert die für die Proteinsynthese erforderlichen Informationen sowie die für die Synthese von RNA erforderlichen Informationen, die ein weiteres wichtiges organisches Molekül sind, das für die Synthese und Kontrolle vieler zellulärer Prozesse erforderlich ist.

Es ist ein Polymer, das aus zwei Strängen von Untereinheiten besteht, die als Nukleotide bezeichnet werden und deren Strukturen aus einem Desoxyribosemolekül (einem Monosaccharid mit 5 Kohlenstoffatomen), einer oder mehreren Phosphatgruppen und einer stickstoffhaltigen Base mit einem oder zwei Ringen (Purin oder Pyrimidin) bestehen. beziehungsweise).

Die puren Basen der DNA sind Adenin (A) und Guanin (G), während die Pyrimidinbasen Thymin (T) und Cytosin (C) sind.

Linear sind die Nukleotide desselben DNA-Strangs durch Phosphodiesterbindungen miteinander verbunden, die aus den Phosphatgruppen und den Zuckern bestehen, an die sie kovalent gebunden sind.

Die in einem der Stränge vorhandenen Basen sind komplementär zu denen, die diesen im anderen Strang durch Wasserstoffbrücken gegenüberliegen, immer auf die gleiche Weise: Adenin mit Thymin (AT) und Guanin mit Cytosin (GC) ).

Verschiedene stickstoffhaltige Basen in DNA und RNA.
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Ribonukleotide und Ribonukleinsäure

Ribonukleinsäure ist wie DNA ein Biomolekül und verantwortlich für den Bindungsprozess von Aminosäuren, aus denen Proteine ​​bestehen, sowie für andere komplexere Prozesse der Regulation und Kontrolle der Genexpression.

Es ist auch ein Biopolymer, aber die Nukleotide, die es bilden, werden Ribonukleotide genannt, weil das Monosaccharid, das sie strukturiert, keine Desoxyribose wie in der DNA ist, sondern eine Ribose. Sie haben auch eine oder mehrere Phosphatgruppen und ihre stickstoffhaltigen Basen unterscheiden sich von denen der DNA darin, dass kein Guanin vorhanden ist, sondern Uracil (U).

Aminosäuren und Proteine

Proteine ​​sind Biomoleküle, die unterschiedliche Komplexitätsgrade erreichen können und hinsichtlich Struktur und Funktion sehr vielseitig sind. Sie geben den Zellen nicht nur Struktur und Form, sondern können auch Aktivitäten aufweisen, die die schnelle Entwicklung essentieller biochemischer Reaktionen (Enzyme) ermöglichen.

Unabhängig von der Art des betreffenden Proteins bestehen sie alle aus Grundbausteinen, den sogenannten Aminosäuren , bei denen es sich um Moleküle handelt, bei denen ein „asymmetrisches“ Kohlenstoffatom an eine Aminogruppe (-NH2) an eine Carboxylgruppe gebunden ist (-COOH), ein Wasserstoffatom (-H) und eine Gruppe R, die sie unterscheidet.

Grafische Darstellung der Struktur eines ribosomalen Proteins (Quelle: Jawahar Swaminathan und MSD-Mitarbeiter am European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Die häufigsten Aminosäuren in der Natur sind 20 und werden nach der Identität der R-Gruppe klassifiziert; diese sind:

- Asparagin, Glutamin, Tyrosin, Serin, Threonin (polare)

- Asparaginsäure, Glutaminsäure, Arginin, Lysin, Histidin (diejenigen mit Ladung) und

- Glycin, Alanin, Valin, Leucin, Isoleucin, Tryptophan, Prolin, Cystein, Methionin und Phenylalanin (die unpolaren).

Sobald die DNA in ein RNA-Molekül übersetzt ist, stellt jedes Nukleotidtriplett einen Code dar, der der Struktur, die Proteine ​​(Ribosomen) synthetisiert, mitteilt, welche Art von Aminosäure in die wachsende Peptidkette eingebaut werden soll.

Die Polypeptide, aus denen Proteine ​​bestehen, entstehen dann dank der Vereinigung ihrer Aminosäuren, die aus dem Aufbau einer Peptidbindung zwischen dem Kohlenstoff der Carboxylgruppe einer Aminosäure und dem Stickstoff der Aminogruppe der benachbarten Aminosäure besteht.

Monosaccharide und Polysaccharide

Kohlenhydrate sind eines der am häufigsten vorkommenden Biomoleküle in Lebewesen. Sie erfüllen grundlegende Funktionen wie Struktur-, Ernährungs-, Signalelemente usw. Sie bestehen aus chemischen Komplexen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in unterschiedlichen Anteilen.

Pflanzen sind einer der wichtigsten natürlichen Kohlenhydratproduzenten von Lebewesen, und die meisten Tiere sind für ihren Lebensunterhalt auf diese angewiesen, da sie diesen Energie, Wasser und Kohlenstoff entziehen.

Cellulose, ein strukturelles Biopolymer (Quelle: Vicente Neto über Wikimedia Commons)

Die Strukturkohlenhydrate von Gemüse (Cellulose, Lignin usw.) sowie die Reservekohlenhydrate von Pflanzen (Stärke) und vielen Tieren (Glykogen) sind mehr oder weniger komplexe Polysaccharide, die aus Polymeren einfacher oder Zuckereinheiten bestehen. Monosaccharide (hauptsächlich Glucose).

Fettsäuren und Lipide

Lipide sind wasserunlösliche Verbindungen, die die grundlegende Substanz biologischer Membranen bilden und aus funktioneller und struktureller Sicht aller lebenden Zellen elementar sind.

Sie sind amphipathische Moleküle, dh Moleküle, die ein hydrophiles und ein hydrophobes Ende haben. Sie bestehen aus Fettsäureketten, die an ein Kohlenstoffgerüst gebunden sind, im Allgemeinen Glycerin, dessen drittes „freies“ Kohlenstoffatom an einen bestimmten Substituenten gebunden ist, der jedem Molekül seine Identität verleiht.

Einige der häufigsten Lipide (Quelle: Der ursprüngliche Uploader war Lmaps in der englischen Wikipedia. Über Wikimedia Commons)

Fettsäuren sind Kohlenwasserstoffe, dh sie bestehen ausschließlich aus miteinander verbundenen Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen.

Die Assoziation mehrerer Lipide in Form einer Doppelschicht ermöglicht die Bildung einer Membran, und die Hydrophobizitätseigenschaften dieser Struktur sowie das Vorhandensein integraler und peripherer Proteine ​​machen diese Struktur zu einer semipermeablen Struktur.

- Wasser

Foto von José Manuel Suárez über Wikimedia Commons

Wasser (H2O) ist eines der wichtigsten chemischen Elemente für Lebewesen und die Zellen, aus denen sie bestehen. Ein Großteil des Körpergewichts von Tieren und Pflanzen besteht aus dieser farblosen Flüssigkeit.

Durch die von Pflanzen durchgeführte Photosynthese ist Wasser die Hauptquelle für Sauerstoff, den Tiere atmen, und auch für Wasserstoffatome, die Teil organischer Verbindungen sind.

Es gilt als universelles Lösungsmittel und ist aufgrund seiner Eigenschaften besonders wichtig für die Entwicklung praktisch aller biochemischen Reaktionen, die lebende Organismen charakterisieren.

Aus zellulärer Sicht wird Wasser in "Kompartimente" unterteilt:

• Der intrazelluläre Raum, in dem das Cytosol durch Wasser mit anderen gemischten Substanzen gebildet wird, ist eine Flüssigkeit, in der die Organellen eukaryotischer Zellen suspendiert sind.
• Der extrazelluläre Raum, der aus der Umgebung besteht, die die Zellen entweder in einem Gewebe oder in einer natürlichen Umgebung (einzellige Organismen) umgibt.

- Ionen

Ein Großteil der chemischen Elemente in Zellen liegt in Form der oben genannten Biomoleküle vor, und viele andere sind in diesem Text nicht enthalten. Andere wichtige chemische Elemente liegen jedoch in Form von Ionen vor.

Zellmembranen sind im Allgemeinen undurchlässig für Ionen, die in der inneren oder äußeren Umgebung von Zellen gelöst sind, so dass diese über Transporter oder spezielle Kanäle in diese eintreten oder diese verlassen können.

Die Ionenkonzentration des extrazellulären Mediums oder des Cytosols beeinflusst die osmotischen und elektrischen Eigenschaften der Zellen sowie die verschiedenen zellulären Signalprozesse, die davon abhängen.

Zu den wichtigsten Ionen für tierische und pflanzliche Gewebe zählen Kalzium, Kalium und Natrium, Chlor und Magnesium.

Verweise

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