Entstehung der Erde und Lebewesen Entwicklung der Zellforschung Kennzeichen des Lebens Grundbaupläne

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2 Entstehung der Erde und Lebewesen Entwicklung der Zellforschung Kennzeichen des Lebens Grundbaupläne

3 Kennzeichen einer lebenden Zelle Zellen entstehen aus Zellen jede Zelle hat einen kompletten Satz Erbanlagen Informationsfluss DNA Proteine Genom ist zur Selbstvermehrung befähigt Zellen sind differenzierungsfähig Abgrenzung nach außen durch eine Zellmembran

4 Zellen sind komplexer als ihre Umgebung Zellen sind offene Systeme Energiespeicherung in Form von ATP Konsequenzen: Wachstum, Reaktionsfähigkeit (Reizbarkeit), Bewegungsfähigkeit

5 0,01 µm = 10 nm 1 µm

6 Molekulare Bausteine

7 die Hydroxylgruppe die Carbonylgruppe die Carboxylgruppe die Aminogruppe die Sulfhydrylgruppe die Phosphatgruppe die Methylgruppe

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12 Wasser % Proteine % Lipide 2-5 % DNA 0,5 % RNA 0,5-1,0 % Polysaccharide 0,1-1,0 % Salze (Ionen) 1,5 %

13 Einfache chemische Zusammensetzung Dihydrid des Sauerstoffs (H 2 O) Siedepunkt, molekulare Verdampfungswärme und Wärmekapazität im Verhältnis zu anderen Dihydriden umd Lösungen hoch Langsame Temperaturänderungen Kühlmittel Wasser absorbiert die für Makromoleküle schädliche UV-Strahlung Sehr hohe und Dielektrizitätskonstante Gutes Lösungsmittel für Ionen

14 Hohe Oberflächenspannung Dichtemaximum nicht bei 0 C sondern bei +4 C Ist neutral, aber ein Dipol Ionen sind hydratisiert In sehr geringem Maße dissoziiert: 2H 2 O = H 3 O + + OH -

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16 Konzentration der H + Ionen (besser Hydroniumionen) und damit der Säuregrad einer Lösung Negativ dekadische Logarithmus der Hydronium-Ionenkonzentration ph = -log c(h 3 O + ) Neutralpunkt: c(h 3 O + ) = 10-7 ; log 10-7 = 7; ph = 7 ph<7 = sauer, ph>7 = basisch

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18 Das Wasser als Dipol Hydrathülle um ein Kation

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20 Die Hydrathüllen (blau) der Alkaliionen

21 Grundgerüst von Biomembranen Bestehen aus Glycerin und Fettsäuren und Phosphorsäure

22 C3-Körper, 3-wertiger Alkohol (jedes C-Atom hat eine Hydroxyl = Alkohol-Gruppe) H H H H C C C H OH OH OH

23 CH 2 Sind Säuren, weil sie die Carboxyl-Gruppe haben C CH 2 CH 2 OH O = COO - + H+ OH CH 2 CH 2 CH 2 C O CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 Palmitinsäure ungesättigte Fettsäuren haben Doppelbindungen H C H C

24 H 3 PO 4 O O O O HO P OH OH HO P OH + H+ O - HO P O - + 2H+ O - P O - O - O - + 3H+

25 Alkohol + Säure = Ester + Wasser Phosphorsäure + Glycerin = Glycerin-3-Phosphat (Phosphoglycerin) Fettsäuren können mit dem Phospho-glycerin verestern Auch der Phosphatrest kann weiter verestern (z.b. mit Cholin = Trimethylethanolamin)

26 H 2 C O O Palmitinsäure CH 3 O HC CH 3 N CH 2 CH 2 CH 3 O P O - O CH 2 Oleinsäure "Cholin" = Trimethylethanolamin Phosphat Glycerin Lecithin =Palmitoyl-Oleolyl-Glycerin-Phosphatidyl-Trimethylethanolamin = Di-Acyl-Glycerin-Phosphatidyl-Cholin

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28 Bringt man Phospholipide auf Wasser, ordnen sie sich selbstständig an (Self assembly) Hydrophiler Teil (Glycerin, Phosphorsäure, Cholin) Hydrophober Teil (Fettsäuren)

29 In einem hydrophilen Medium untergetaucht, ordnen sich die hydrophoben Anteile zueinander, die hydrophilen Teile weisen nach außen (Self assembly) Hydratatationshüllen

30 Der Schlüssel zum Verständnis der chemischen Charakteristiken eines Elementes ist die Elektronenkonfiguration seiner Atome Die Elektronenkonfiguration bestimmt die Art und die Anzahl von Bindungen, die ein Atom mit anderen Atomen ausbilden kann Mit vier Valenzelektronen könnte ein Kohlenstoffatom vier Elektronen abgeben oder vier Elektronen aufnehmen Diese Vierbindigkeit ermöglicht die Bildung großer Moleküle von komplexer Struktur Bei Molekülen mit mehr Kohlenstoffatomen weist jede Gruppe, bei der ein C-Atom mit vier anderen Atomen verbunden ist, tetraedrische Gestalt auf Sind aber zwei Kohlenstoffatome durch eine Doppelbindung miteinander verknüpft, liegen alle an diese Atome gebundenen weiteren Atome in einer Ebene

31 Die Elektronenkonfiguration des Kohlenstoffs verleiht ihm eine kovalente Kompatibilität mit vielen verschiedenen chemischen Elementen Die Valenzen des Kohlenstoffs und seiner häufigsten Bindungspartner Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff sind die Bauanleitung für organische Moleküle

32 BENZEN

33 Die ca verschiedenen Proteine unseres Körpers sind aus 20 Aminosäuren aufgebaut Einige kann unser Körper nicht selbst herstellen = essentielle Aminosäuren Aminosäuren haben eine Carboxyl- und eine Aminogruppe Können mit der Peptidbindung Ketten bilden

34 Aminosäuren haben eine Carboxyl- R COO - + H + R COOH und eine Aminogruppe R NH 3 R NH H +

35 + H3 N COOH C H R - H + + H2 N + H + C COO - R H - H + COO - + H + H 2 N C H R H 2 N COOH C H R Kation Zwitterion Anion undissoziiert

36 L und D Formen (in Proteinen nur L) + (rechtsdrehend), - (linksdrehend) Rest ungeladen (Glycin, Leucin) = unpolar; basisch (weitere Aminogruppe z.b. Lysin), sauer (Glutaminsäure); -OH Gruppe (Serin, Tyrosin) = polar S-hältig: Cystein (2 Cystein mit S-S zu Cystin), Methionin

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38 H H N R 1 CH C O OH + H H N R 2 CH C O OH - H 2 O + H 2 O H H N R 1 CH C O N R 2 CH C O OH H

39 Primärstruktur Sekundärstruktur (a-helix, Faltblatt) Tertiärstruktur Quartärstruktur

40 OH Ausschnitt aus einem Proteinmolekül CH 3 CH 3 CH COOH CH 2 O CH 2 O CH 2 H O N CH H C N CH C N CH H C N CH C CH N C N C CH H H H O CH 3 O H O CH 2 Tyrosin Alanin Leucin Glycin Asparaginsäure SH Cystein

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44 Sekundärstruktur: a-helix Tertiärstruktur, Einzelkette Quartärstruktur: mehrere Einzelketten ordnen sich an

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