Dieses Script vermittelt übersichtsartig die absolut notwendigsten Grundlagen. Es ist keinesfalls ein Ersatz für ausführliche Erläuterungen in Chemie und Biochemie. 

Aufgaben der Biochemie
Die Biochemie hat zwei Schwerpunkte: 

• die Beschreibung der Stoffklassen

• die Darstellung des Stoffwechsels, insbesondere dessen Steuerung

Die wichtigsten chemischen Grundlagen  

Die wichtigsten chemischen Elemente 
Die beim Aufbau von biochemischen Verbindungen am häufigsten verwendeten chemischen Elemente sind: 

• Kohlenstoff (chemisches Zeichen C)

• Wasserstoff (H)

• Sauerstoff (O)

• Stickstoff (N)
   

• Phosphor (P) und 

• Schwefel (S)

Von wenigen Ausnahmen abgesehen bildet der Kohlenstoff das Gerüst aller organischen Moleküle. Er zeichnet sich dadurch aus, dass er sich und andere Atome zu Ketten und Ringen verbinden kann.

Die funktionellen Gruppen 
In der Biochemie gibt es bevorzugte Gruppierungen von Atomen, die funktionell eine Einheit bilden. Es sind dies insbesondere: 

• die Hydroxy-Gruppe ( -OH)

• die Carbonyl-Gruppe ( -C=O)

• die Carboxy-Gruppe ( -COOH)

• die Amino-Gruppe ( -NH2)

• die Methyl-Gruppe ( -CH3)

Jede dieser Gruppen hat bestimmte chemische und physikalische Eigenschaften, die dann das Verhalten des Moleküls, das eine oder mehrere dieser Gruppen enthält, entscheidend prägen. Man fasst Verbindungen mit der gleichen funktionellen Gruppe zu Stoffklassen zusammen.

Erwähnenswert ist auch die Phosphorsäure. Sie bildet in Kombination mit einem Zucker das Gerüst der Nukleotide (Erbsubstanz), spielt aber auch eine wichtige Rolle bei der chemischen Speicherung von Energie (z.B. beim ATP). 

Die Stoffklassen 

Aminosäuren und Proteine 
Proteine bilden mengenmässig den grössten Teil aller organischen Verbindungen im menschlichen Organismus. Als Bausteine der Proteine dienen die Aminosäuren (AS).
Proteine haben vielfältige Funktionen:

• Strukturproteine

• Antikörper: Abwehr des Organismus gegen Fremdstoffe.

• Transportfunktion: vor allem wasserunlösliche Substanzen werden im Blut an Proteine gebunden transportiert (Bilirubin, Lipide, Kupfer, Medikamente, Calcium, Hormone)

• Steuerung des Stoffwechsels: Enzyme

Die Zusammensetzung der Proteine ist in der Erbsubstanz festgelegt.

Die Nukleotide 
Ein Nukleotid besteht aus 

• Phosphorsäure, 
• einem Zucker (Ribose oder Desoxyribose) und 
• einer Base (Thymin, Cytosin, Adenin, Guanin, Uracyl). 

Nukleinsäuren 
Nukleotide können sich zu langen Ketten verbinden, die als Nucleinsäuren bezeichnet werden. Nucleinsäuren bilden die genetische Information (Erbsubstanz), die von Individuum zu Individuum vererbt wird. 

Die Kohlenhydrate 
Die Kohlenhydrate Zucker, Stärke, Glykogen, Dextrine und Zellulose sind aus den Elementen Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) aufgebaut. Kohlenhydrathaltige Nahrungsmittel sind, neben Zucker, Getreide und alle Getreideprodukte, Hülsenfrüchte, Kartoffeln, Gemüse und Obst.

Zu den einfachen Zuckern gehören: Glucose (Traubenzucker), Galactose, Fructose (Fruchtzucker), Ribose und Desoxyribose.

Die Lipide 
Die Lipide werden auch als Fette bezeichnet. Allen Lipiden gemeinsam ist die schlechte Löslichkeit in Wasser. Die Lipide lassen sich in vom chemischen Aufbau her in z.T. völlig unterschiedliche Gruppen unterteilen: 

• Neutralfette oder Triglyzeride: bestehend aus Fettsäuren und Glyzerin
• Cholesterin (auch Cholesterol genannt)
• Phospholipide

Die Vitamine 
Vitamine sind niedermolekulare, lebensnotwendige Verbindungen, die vom Organismus nicht selbst gebildet werden können und die daher mit der Nahrung zugeführt werden müssen. Ein Mangel an Vitaminen führt zu einer Hypovitaminose mit spezifischen Krankheitserscheinungen.

Beispiel: Der Mangel an Vitamin C (Ascorbinsäure) kann zu Skorbut führen, dessen typische Symptome Müdigkeit, Muskelschmerzen, spontane Blutungen und Zahnfleischveränderungen mit Zahnverlusten sind.

Vitamine werden in wasserlösliche und fettlösliche unterteilt. Eine erhöhte Zufuhr von wasserlöslichen Vitaminen wird über den Urin wieder ausgeschieden. 
Die fettlöslichen Vitamine dagegen werden im Körper gespeichert und können bei Überversorgung unter Umständen zu Vergiftungserscheinungen (Hypervitaminosen) führen. Hypervitaminosen sind viel seltener als Hypovitaminosen und kommen aus den erwähnten Gründen praktisch nur bei den fettlöslichen Vitaminen A und D vor.

Die Mineralstoffe 
Mineralstoffe sind lebensnotwendige Substanzen, die in organisch gebundener Form oder in anorganischer Form als Salze vorkommen. 
Entsprechend der Mineralkonzentration im Körper und der benötigten Zufuhrmenge kann man zwischen Mengenelementen (Natrium, Kalium, Calcium, Phosphor, Magnesium sowie Chlor) und Spurenelementen (Eisen, Jod, Fluor, Mangan, Kupfer, Zink, Zinn, Kobalt, Chrom, Selen, Silizium, Molybdän sowie Vanadium) unterscheiden. 
Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid und anorganisches Phosphat werden in der Medizin auch als Elektrolyte bezeichnet.

Das Wasser 
Nicht zu vergessen ist natürlich das mengenmässig dominierende Molekül: das Wasser (H₂O). Der Wassergehalt des Menschen beträgt je nach der Menge des Körperfettes zwischen 50% und 70% des Körpergewichtes.

Der Stoffwechsel 

Aufgaben des Stoffwechsels 
Der Stoffwechsel (Metabolismus) hat zwei wesentliche Aufgaben:

• Abbau der Nahrungsbestandteile und Wiederaufbau zu körpereigenen Substanzen, welche dann den verschiedenen Organen, Geweben und Zellen zur Verfügung gestellt werden können. Substanzen, die im Stoffwechsel umgesetzt werden heissen allgemein Metabolite.
• Gewinnung von Energie (durch den Abbau energiereicher Moleküle), sowie Zwischenspeicherung dieser Energie, die dann für den Aufbau körpereigener Substanzen eingesetzt wird.

Steuerung des Stoffwechsels 
Die Steuerung des Stoffwechsels geschieht vor allem durch sehr spezialisierte Proteine, die Enzyme, und durch Hormone.
 

01.11.1999 / hpk