Aufgaben der Biochemie

Die Biochemie ist derjenige Teil der Lehre des Lebens, welcher versucht, Lebenserscheinungen mit Mitteln der Chemie zu erforschen und zu erklären.

Sie beschäftigt sich daher einerseits mit den in der Natur vorkommenden chemischen Verbindungen (Moleküle), andererseits aber auch im Rahmen des Stoffwechsels mit der Aufnahme, dem Auf-, Um- und Abbau dieser Verbindungen sowie der Ausscheidung nicht mehr verwendbarer oder gar toxischer Substanzen. 

 

Zusammensetzung biochemischer Moleküle

Atome, bestehend aus einem Kern mit Protonen und Neutronen sowie um den Kern kreisenden Elektronen, bilden die chemischen Grundeinheiten. 

Abb. 1: Darstellung eines Kohlenstoffatoms mit dem Bohr’schen Atommodell. Der Kern ist zusammengesetzt aus 6 Protonen und 6 Neutronen.

Alle organischen und anorganischen Moleküle (chemische Verbindungen) sind aus Atomen zusammengesetzt. Mengenmässig dominieren jedoch in den biochemischen Molekülen und im Stoffwechsel nur einige wenige der insgesamt 111 bekannten Atomarten (Elemente). 

Die chemisch aktiven Teile eines organischen Moleküls werden als funktionelle Gruppen bezeichnet. Da diese funktionellen Gruppen das Verhalten eines Moleküls weitgehend bestimmen, werden sie auch zur Unterteilung der riesigen Zahl der in einem Organismus vorkommenden Molekülen zu Stoffklassen verwendet.

Die Beschreibung dieser Stoffklassen ist ein wichtiges Gebiet der Biochemie. 

 

Der Stoffwechsel (Metabolismus)

Aufgaben des Stoffwechsels 
Der Stoffwechsel lässt sich didaktisch in einen Arbeitsstoffwechsel und einen Energiestoffwechsel unterteilen. 

Bei der Verdauung werden tierische und pflanzliche Moleküle der Nahrung in ihre Grundbausteine zerlegt (z.B. Proteine in Aminosäuren oder Neutralfette in Fettsäuren und Glyzerin), anschliessend von den Zellen der Darmschleimhaut (Mukosa) resorbiert und in das Blut überführt. 

Aufgabe des Arbeitsstoffwechsels ist es, aus diesen Grundbausteinen die vom Organismus benötigten "menschlichen" Moleküle aufzubauen und den Zellen zur Verfügung zu stellen. 
Die bei dieser Auf- und Umbauarbeit benötigte Energie wird vom Energiestoffwechsel durch Zerlegung energiereicher Moleküle geliefert. Die dabei freiwerdende Energie kann wiederum in Form anderer energiereicher Moleküle wie ATP (Adenosintriphosphat) nicht nur zwischengespeichert, sondern auch transportiert werden,

In Wirklichkeit gibt es natürlich nur einen Stoffwechsel, der beide Aufgaben erfüllt, wobei Molekülumbau und Energiegewinnung miteinander verwoben sind.

Steuerung des Stoffwechsels 
Die Steuerung der komplexen Stoffwechselvorgänge erfolgt vorwiegend über Enzyme und Hormone, die ihrerseits von den Genen kontrolliert werden. Im Stoffwechsel umgesetzte chemische Verbindungen werden allgemein als Metabolite bezeichnet.

Ausscheidung von Stoffwechselendprodukten 
Im Stoffwechsel entstehen auch Produkte, die vom Organismus nicht mehr benötigt werden.

• Entfernung „verbrauchter Produkte“: z.B. Creatin zu Creatinin, Hämoglobin zu Bilirubin.
• Ausscheidung toxischer Substanzen nach Umwandlung: z.B. ist der beim Abbau von Aminosäuren freiwerdende Ammoniak ein starkes Zellgift. Er wird nach Umwandlung in Harnstoff im Urin ausgeschieden.
• Ausscheidung körperfremder Substanzen: z.B. Medikamente

Zur Ausscheidung werden vorallem zwei Systeme benutzt: 

• kleine, wasserlösliche Substanzen lassen sich relativ einfach im Urin ausscheiden. 
• Wasserunlösliche Substanzen werden vorwiegend in der Leber verarbeitet und können mit der Galle ausgeschieden werden.

02.02.2001 /hpk