Definition

Substantiv
Plural: Biomoleküle
bi-o-mol-e-cule, ˈbaɪoʊ ˈmɑləkjul
eines der von lebenden Organismen produzierten Moleküle

Details

Übersicht

In der Physik und Chemie, ist ein Molekül eine elektrisch neutrale Gruppe von Atomen, die unter Beibehaltung ihrer charakteristischen Eigenschaften allein im freien Zustand existieren kann. Die Atome, aus denen ein Molekül besteht, können gleichartig (z. B. ein Sauerstoffmolekül, das aus zwei Sauerstoffatomen besteht) oder verschiedenartig (z. B. ein Wassermolekül, das aus Sauerstoff und Wasserstoff besteht) sein. In der Biologie, insbesondere in der Biochemie, wird der Begriff Molekül weniger strikt verwendet, da er sich auch auf jedes winzige Teilchen wie geladene organische Moleküle oder auf Substanzen (Biomoleküle genannt) beziehen kann, die in lebenden Organismen produziert werden und natürlich vorkommen, wie Proteine, Kohlenhydrate, DNA usw.

Arten von Biomolekülen

Ein Biomolekül bezieht sich auf jedes Molekül, das von lebenden Organismen produziert wird. Die meisten von ihnen sind organische Moleküle. Zu den vier Hauptgruppen von Biomolekülen gehören Polysaccharide, Aminosäuren und Proteine, Nukleinsäuren (DNA und RNA) und Lipide, die in lebenden Organismen vorkommen und von ihnen produziert werden. Viele der Biomoleküle sind also Polymere. Ein Polymer ist eine Verbindung, die aus mehreren sich wiederholenden Einheiten (Monomeren) oder Protomeren besteht und durch Polymerisation hergestellt wird. Die meisten dieser Biomoleküle sind organische Verbindungen. Organisch“ bedeutet, dass sie im Allgemeinen Kohlenstoffatome enthalten, die kovalent an andere Atome gebunden sind, insbesondere Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C) und Kohlenstoff-Wasserstoff (C-H). Die vier Hauptelemente sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff.

Arten von Biomolekülen

Eine Nukleinsäure ist ein Biomolekül, das aus monomeren Einheiten von Nukleotiden besteht. Jedes Nukleotid besteht wiederum aus Phosphorsäure, Zucker (5-Kohlenstoff) und einer stickstoffhaltigen Base. Die Nukleotidketten in einer Nukleinsäure sind durch 3′-, 5′-Phosphodiesterbindungen verbunden. Nukleinsäuren können in Form von DNA- oder RNA-Molekülen vorliegen, die die für alle Zellfunktionen und die Vererbung wichtige genetische Information enthalten. Umgekehrt ist ein Nukleosid ein Biomolekül, das entsteht, wenn eine Nukleobase an eine Ribose oder eine Desoxyribose gebunden wird. Beispiele sind Cytidin, Uridin, Adenosin, Guanosin und Thymidin. Nukleoside, die phosphoryliert werden, werden zu Nukleotiden. Nukleotide dienen nicht nur als Struktureinheit von Nukleinsäuren, sondern auch als Quelle für chemische Energie (z. B. Adenosintriphosphat oder ATP). Nukleotide können auch als Cofaktoren einiger enzymatischer Reaktionen fungieren (z. B. Flavin-Adenin-Dinukleotid oder FAD, Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat oder NADP).
DNA oder Desoxyribonukleinsäure ist eine doppelsträngige Nukleinsäure, die die genetische Information eines Lebewesens enthält. Sie besteht aus zwei Strängen, die sich zu einer Helix verschlingen. Jeder Strang besteht abwechselnd aus Phosphat und Pentosezucker (2-Desoxyribose), und an den Zucker ist eine stickstoffhaltige Base gebunden, die Adenin, Thymin, Guanin oder Cytosin sein kann. Die DNA ist für das Zellwachstum, die Zellteilung und die Funktion eines Organismus unerlässlich.
RNA oder Ribonukleinsäure ist eine Nukleinsäure, die im Allgemeinen einsträngig ist und aus sich wiederholenden Nukleotideinheiten des Ribosezuckers, einer Phosphatgruppe und einer Stickstoffbase besteht. Sie besteht aus einer langen linearen Kette von Nukleotiden, wobei jedes Nukleotid aus einem Zucker, einer Phosphatgruppe und einer Stickstoffbase besteht. Es unterscheidet sich von einem DNA-Molekül dadurch, dass das Zuckergerüst eine Ribose ist (Desoxyribose in der DNA) und die Basen Adenin, Guanin, Cytosin und Uracil sind.
Sowohl DNA als auch RNA sind Biopolymere aus sich wiederholenden Einheiten von Mononukleotiden und bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor.

Arten von Biomolekülen

Ein Protein ist ein Biomolekül, das aus Aminosäuren besteht, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Eine Aminosäure ist ein Molekül, das aus der basischen Aminogruppe (NH2), der sauren Carboxylgruppe (COOH), einem Wasserstoffatom und einer an das Kohlenstoffatom gebundenen organischen Seitengruppe (R) besteht. Daher hat sie die Grundformel NH2CHRCOOH. Aminosäuren werden danach eingeteilt, ob sie nicht-essentiell oder essentiell sind. Nicht-essentielle (oder entbehrliche) Aminosäuren werden im Körper synthetisiert. Essentielle (oder unverzichtbare) Aminosäuren können nicht im Körper synthetisiert werden und können nur über die Nahrung aufgenommen werden. Es gibt etwa hundert natürliche Aminosäuren. Zwanzig von ihnen sind an der Bildung eines Proteins beteiligt. Proteine sind unentbehrlich, da sie verschiedene biologische Funktionen erfüllen: als Strukturmaterial (z. B. Keratin), als Enzyme, als Transporter (z. B. Hämoglobin), als Antikörper oder als Regulatoren der Genexpression.

Arten von Biomolekülen

Kohlenhydrate (Zucker) sind die am häufigsten vorkommenden unter den Hauptklassen von Biomolekülen. Die meisten Kohlenhydrate folgen der allgemeinen Formel: Cn (H2O) n, von der sie ihren Namen ableiten, was soviel wie Kohlenhydrate bedeutet. Allerdings folgen nicht alle Kohlenhydrate dieser Formel und unterscheiden sich in ihrer Struktur leicht von dieser Regel. Chemisch gesehen handelt es sich um einfache organische Verbindungen, die Aldehyde oder Ketone mit vielen Hydroxylgruppen sind, die normalerweise an jedes Kohlenstoffatom angehängt sind, das nicht zur funktionellen Gruppe des Aldehyds oder Ketons gehört.
Saccharid ist die strukturelle (monomere) Einheit der Kohlenhydrate. Je nach Anzahl der monomeren Einheiten können Kohlenhydrate Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide oder Polysaccharide sein. Monosaccharide sind Kohlenhydrate, die nur aus einem Einfachzucker bestehen. Beispiele dafür sind Glukose, Fruktose und Galaktose. Sie sind die grundlegendste Art von Kohlenhydraten. Disaccharide sind Kohlenhydrate, die aus zwei Monosaccharid-Einheiten bestehen. Beispiele sind Saccharose, Maltose und Laktose. Oligosaccharide sind Kohlenhydrate, die aus zwei bis zehn einfachen Monosaccharid-Einheiten bestehen. Beispiele hierfür sind Raffinose, Maltotriose und Maltotetraose. Diejenigen mit einer größeren Anzahl von Monosaccharid-Einheiten werden als Polysaccharide bezeichnet. Beispiele hierfür sind Stärke, Zellulose und Glykogen. Wenn ein Polysaccharid aus Monosaccharideinheiten desselben Typs besteht, wird es als Homopolysaccharid (oder Homoglykan) bezeichnet, während ein Polysaccharid, das aus mehr als einer Art von Monosaccharid besteht, als Heteropolysaccharid (oder Heteroglykan) bezeichnet wird.

Arten von Biomolekülen

Lipide sind organische Verbindungen, die leicht in unpolaren Lösungsmitteln (z.B. Ether), aber nicht in polaren Lösungsmitteln (z.B. Wasser) löslich sind. Ihre wichtigsten biologischen Funktionen sind die Energiespeicherung, die strukturelle Komponente der Zellmembran und die Zellsignalisierung. In biologischen Membranen hat die Lipidkomponente einen hydrophilen Kopf, bei dem es sich um ein Glykolipid, ein Phospholipid oder ein Sterol (z. B. Cholesterin) handeln kann, und einen hydrophoben Schwanz.

Arten von Biomolekülen

Andere Biomoleküle sind Metaboliten und Naturprodukte. Ein Metabolit ist eine Substanz, die durch den Stoffwechsel oder durch einen Stoffwechselprozess entsteht. Beispiele für Metaboliten sind Alkohole, Aminosäuren, Antioxidantien, Nukleotide, organische Säuren, Vitamine, Polyos, Alkaloide, Terpenoide usw. Zu den Naturprodukten gehören biologisch gewonnene Materialien, biobasierte Materialien und Körperflüssigkeiten.

Forschung

Molekularbiologie und Biochemie sind zwei Teilgebiete der Biologie, die Biomoleküle und ihre Reaktionen untersuchen. Die Molekularbiologie befasst sich insbesondere mit der Struktur und Aktivität von Makromolekülen, die für das Leben wesentlich sind (insbesondere mit ihrer genetischen Rolle). Sie ist die Lehre von der Biologie auf molekularer Ebene, z. B. von den chemischen Eigenschaften der DNA. Biochemie ist das Studium der Struktur und Funktion von Zellbestandteilen wie Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden, Nukleinsäuren und anderen Biomolekülen sowie ihrer Funktionen und Umwandlungen während der Lebensprozesse.

Ergänzend

Etymologie

• Altgriechisch βίος (bíos, bedeutet „Leben“)
• Französisch molécule, von neulateinisch molecula („ein Molekül“)

Synonym

abgeleiteter Begriff

• biomolekular (Adjektiv, von, zugehörig, in Bezug auf, oder ein Biomolekül charakterisierend)

Weiterführende Literatur

Siehe auch

• Nukleinsäure
• Protein
• Kohlenhydrat
• Lipid
• Molekül