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Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie

Stoffwechsel ist Biochemie. Das Hauptwort ist dabei Chemie! Die Chemie hinter den abiturrelevanten Stoffwechselvorgängen zu verstehen, erleichtert das Verständnis des Stoffwechsels insgesamt.

Wenn diese Informationen auch nicht direkt in Ihrer Abiturprüfung abgefragt werden, bilden sie doch eine wichtige Grundlage!

Merke

Biologie braucht Chemie!

Ich gebe zu, ich mache mich sicherlich gerade nicht sehr beliebt mit dieser Aussage. Aber ohne Chemie, Physik und Mathematik funktioniert keine Biologie! Anders formuliert: Die Naturwissenschaften sind nicht komplett voneinander abzutrennen, es gibt Biophysik, Biochemie, biophysikalische Chemie und viele andere Bezeichnungen, die versuchen diesen Verstrickungen der Naturwissenschaften gerecht zu werden. Ein kleines bisschen Chemie kann das Verständnis des Stoffwechsels unendlich erleichtern …

Exkursion Chemie

Biochemie erscheint auf den ersten Blick wie ein großes Chaos, ein wildes Durcheinander verschiedenster Reaktionen und Verbindungen. Bei genauerem Hinschauen wird deutlich, dass sich Strukturen erkennen lassen, Reaktionstypen übereinstimmen und Helfer wie z.B. die Redoxäquivalente auch immer wieder identisch sind …

Bemühen die Chemiker ein Periodensystem mit momentan 118 Elementen, sind für die Biologen nur Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Ionen wie Natrium, Kalium, Chlorid, Magnesium und Calcium interessant. Alles sehr übersichtlich!

Merke

Für die Biologie interessante Elemente und Ionen:

  • Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel
  • Natrium-, Kalium-, Chlorid-, Magnesium- und Calciumionen

Atome – Bindungen – Wechselwirkungen

Ein Atom besteht aus einem Kern (in der Regel aus Protonen und Neutronen gebildet) und aus Elektronen. Die Elektronen befinden sich in der äußeren Hülle des Atoms und werden als Valenzen, Valenzelektronen oder Bindungselektronen bezeichnet. Elektronen sind in bestimmten Parametern frei beweglich. Die Lokalisation eines Elektrons ist nicht 100 %ig bestimmbar, daher spricht man von Orbitalen als möglichen Aufenthaltsort. Ein Orbital bietet Platz für zwei Elektronen oder ein Elektronenpaar.

Haupt- und Nebenvalenzen

In der Biologie sind meist die weniger starken Bindungen oder Interaktionen von großer Wichtigkeit, z.B. als Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den organischen Basen der DNA oder auch, um Proteinen ihre Stabilität zu verleihen. Ebenso finden sich hydrophobe Wechselwirkungen zwischen langen Kohlenwasserstoffketten oder hydrophoben Aminosäuren. Beides, die Wasserstoffbrücke oder die hydrophobe Interaktion, sind keine Bindung im chemischen Sinne, sondern nur eine Wechselwirkung, eine Interaktion zwischen Atomen. Es kommt hierbei nicht zum Einsatz von Haupt-, sondern nur von Nebenvalenzen.

Merke

Zu einer chemischen Bindung tragen Hauptvalenzen bei.

Bindungstypen sind Atom- oder Ionenbindung.

Bei der Atombindung oder kovalenten Bindung findet ein gleichwertiger Nutzen des an der Bindung beteiligten Elektronenpaars statt. Beispiel für die Atombindung sind Kohlenwasserstoffe, wobei zwischen den Kohlenstoffatomen bzw. Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen kovalente Bindungen entstehen. 

Merke

Der Begriff kovalent steht für gleichwertig.

Bei der Ionenbindung wird ein Elektron an den (elektronegativeren) Partner übertragen. Das ist der Partner, welcher mehr Kraft hat, das Elektron des Bindungspartners komplett in seine Atomhülle „herüberzuziehen“. Das klassische Beispiel ist Kochsalz (NaCl), das aus Natriumionen, Na+, und Chloridionen, Cl-, gebildet wird.

Merke

Starke Bindungen wie Atom- oder Ionenbindung = Hauptvalenzen

Merke

Schwache Bindungen oder Interaktion = Nebenvalenzen

Nebenvalenzbindung

= Bindungskräfte zwischen Atomgruppen, die nicht durch Überlappung von Orbitalen zustande kommen.

Beispiele sind:

Wasserstoffbrückenbindungen (H-Brücken)

Bilden sich zwischen dem Proton einer HO-Gruppe (oder HN) und dem freien Elektronenpaar eines O-Atoms bzw. N-Atoms. Dabei müssen sich die Gruppen auf mindestens 0,28 nm annähern. Obwohl dies eine schwache Bindung ist, spielt sie eine große Rolle bei der Strukturbildung von Makromolekülen wie DNA und Proteinen.

Hydrophobe Wechselwirkungen

Kommen immer dann zustande, wenn Kohlenwasserstoffe sich in wässriger Umgebung zusammen finden. Dies ist z.B. auch im Innern eines Proteins der Fall.

Nebenvalenzbindung = Bindungskräfte zwischen Atomgruppen, die nicht durch Überlappung von Orbitalen zustande kommen.
Beispiele: Wasserstoffbrücken„bindungen", hydrophobe Interaktionen

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Bild von Autor Dr. Martina Henn-Sax

Autor: Dr. Martina Henn-Sax

Dieses Dokument Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie ist Teil eines interaktiven Online-Kurses zum Thema Stoffwechsel.

Dr. Martina Henn-Sax verfügt über langjährige Erfahrung auf diesem Themengebiet.
Vorstellung des Online-Kurses StoffwechselStoffwechsel
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Stoffwechsel

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Grundlagen des Stoffwechsels
    • Einleitung zu Grundlagen des Stoffwechsels
    • Grundlagen des Stoffwechsels (Allgemein)
    • Energieumwandlung
      • Einleitung zu Energieumwandlung
      • Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Einleitung zu Wege der Energieumwandlung - Basiswissen Chemie
        • Wasser - das Lebenselexier
        • Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Einleitung zu Kohlenwasserstoffe und funktionelle Gruppen
          • Charakteristischen Reaktionen
      • Zellen und Organellen des Stoffwechsels
    • Fließgleichgewicht und Regulation des Stoffwechsels
    • Stoffwechselregulation
  • Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Einleitung zu Prozesse zur ATP-Gewinnung
    • Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Einleitung zu Enzymatik - Grundlage: Proteinwissen generell
      • Aufbau von Proteinen
      • Eigenschaften der Enzyme
        • Einleitung zu Eigenschaften der Enzyme
        • Schlüssel-Schloss-Prinzip
      • Ablauf der Enzymreaktion
      • Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Einleitung zu Möglichkeiten der Enzymbeeinflussung
        • Biokatalysatoren: Einfluss von Temperatur, pH, Salzkonzentration
        • kompetetive Hemmung
        • nicht kompetitive Hemmung
        • allosterische Wechselwirkung
          • Einleitung zu allosterische Wechselwirkung
          • Schwermetalle und Enzymaktivität
      • Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
        • Einleitung zu Einfluss von Hitze auf Enzyme - Ein Experiment
        • Beispiele für Enzymreaktionen - Urease
        • Beispiele für Enzymreaktionen - Katalase
      • Enzyme im Alltag
  • Fotosynthese
    • Einleitung zu Fotosynthese
    • Ort der Fotosynthese
      • Einleitung zu Ort der Fotosynthese
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      • Einleitung zu Primärreaktion der Fotosynthese
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      • Experiment: Dünnschicht-Chromatographie (DC) der Blattfarbstoffe
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        • Elektronentransport und Fotophosphorylierung
      • Zyklische Fotophosphorylierung
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      • Fotosyntheseprodukte der Pflanze -> Bedeutung und Speicherung
      • Zusammenfassung: Fotosynthese
    • Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • Einleitung zu Chemosynthese: es funktioniert auch ohne Licht
      • autotrophe Assimilation am Beispiel nitrifizierender Bakterien
  • Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Einleitung zu Stoffwechsel vielzelliger Tiere - Wo kommt die Glukose her?
    • Verdauung und Resorption - Verdauungssystem
    • Verdauung und Resorption - Fette
    • Verdauung und Resorption - Proteine und Kohlenhydrate
    • Berechnung des Energieumsatzes
    • Gesundheit und Nahrung
      • Einleitung zu Gesundheit und Nahrung
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    • Blut- und Kreislauf
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      • Regulation der Atmung
    • Ausscheidungsprozesse
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    • Einleitung zu Zellatmung
    • Glykolyse
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    • Zellatmung in Gefahr
    • Gesamtsumme des Glukoseabbaus über die Vorgänge der Zellatmung
    • Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
      • Einleitung zu Zellatmung: Abhängigkeit von inneren und äußeren Faktoren
      • Energiebilanz und Regulation der Atmung
      • Regulation des Stoffwechsels
      • Regulation der Phosphofruktokinase (PFK)
    • Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
      • Einleitung zu Pyruvat als Scheitelpunkt: mit oder ohne Sauerstoff?
      • Milchsäuregärung
      • alkoholische Gärung
        • Einleitung zu alkoholische Gärung
        • Experimente zur alkoholischen Gärung
      • heterotrophe Assimilation
    • Zusammenfassung: Zellatmung
      • Einleitung zu Zusammenfassung: Zellatmung
      • Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei diesen ATP-produzuierenden Prozessen
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Unsere Nutzer sagen:

  • Gute Bewertung für Stoffwechsel

    Ein Kursnutzer am 05.03.2016:
    "Die Texte sind sowohl einfach verständlich, als auch sehr detailliert!"

  • Gute Bewertung für Stoffwechsel

    Ein Kursnutzer am 26.10.2015:
    "Der Kurs gefaellt mir sehr gut, und hat mir sehr geholfen, mich auf die Klasur vorzubereiten."

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