Stell Dir vor, Du sollst ein Buch verfassen. Du hast lediglich den Titel im Sinn, ansonsten steht Dir noch alles frei. Doch wie fängt man nun an? Wie soll das Buch verlaufen? Zu Beginn scheint es eine überwältigende und nicht zu machbare Aufgabe zu sein. Doch wenn man das Buch in elementare Bestandteile zerlegt, wird es einfacher. Anstelle, dass man gleich ein ganzes Buch schreibt, nimmt man sich erst mal nur ein Kapitel vor. Weil ein Kapitel immer noch relativ schwer überschaubar ist, widmet man sich zunächst einem Absatz, wie der Einleitung. Und wenn man selbst hier noch nicht genau weiß, wie, so fängt man schlichtweg mit dem ersten Satz an.
Auf ähnliche Art und Weise sind Makromoleküle, wie Nukleinsäuren, aber auch Proteine, die universelle Aufgaben in Lebewesen übernehmen, hierarchisch aufgebaut. Analog zur kleinsten Einheit der deutschen Sprache in Form eines Satzes beginnen wir mit der Primärstruktur.
Primärstruktur > Sekundärstruktur > Tertiärstruktur > Quartärstruktur
Für weitere Informationen der höheren Strukturhierarchie schau gerne in den entsprechenden Erklärungen vorbei!
Primärstruktur – Bausteine
Vergleichbar mit einem Baustein aus einem Baukasten, müssen große Polymere aus ihren jeweiligen kleineren Bausteinen, den Monomeren, aufgebaut werden.
Ein Monomer (vom altgriechisch monos für “ein” oder “einzeln” und meros für “Teil”) beschreibt im Allgemeinen alle chemischen Substanzen, die sich zu einem Polymer verbinden können.
Ein Polymer (vom altgriechisch polý für “viel” und meros für “Teil”) ist ein Makromolekül, das sich aus gleichen und/oder verschiedenen, sich immer wiederholenden Einheiten zusammensetzt.
Entsprechend werden Polymere, die von Lebewesen synthetisiert werden, als Biopolymere bezeichnet.
Worin liegt der Unterschied zwischen einem Makromolekül und einem Polymer? Per se trennt diese Begriffe nicht viel und sie können häufig synonym verwendet werden. Ein Makromolekül, wie der Name schon vermuten lässt, beschreibt einen Stoff, der aus gleichen oder verschiedenen sich wiederholenden Einheiten besteht und sehr groß ist. Hierbei liegt die Betonung allerdings auf der Größe. Ein Polymer besitzt de facto eine identische Definition, wobei allerdings die Betonung auf die Zahl der wiederholenden Einheiten gesetzt ist: Bspw. im Gegensatz zu einem Oligomer mit dutzenden oder einem Dimer mit zwei und einem Monomer mit einer Wiederholung.
Einer der bedeutsamsten Biopolymere stellen die Nukleinsäuren und die Proteine dar.
Mehr über Polymere und die Polymerisation kannst Du in den jeweiligen Erklärungen finden!
Bausteine der Nukleinsäuren
Nukleinsäuren sind Biopolymere, die aus dem Nukleotid als Monomer bestehen. Ein Nukleotid ist der kleinste, sich wiederholende Bestandteil einer Nukleinsäure und besteht aus einer organischen Base, einem Zucker und einem Phosphatrest.
Eingehende Informationen über die größte Nukleinsäure, die DNA, findest Du ebenso auf StudySmarter!
Bausteine der Primärstruktur Proteine
Proteine sind Biopolymere, die aus Aminosäuren als Monomere bestehen.
Aminosäuren sind organisch-chemische Verbindungen, die zumindest eine funktionelle Aminogruppe mit oder ohne Stickstoff (-NH2 bzw. -NR2) und eine funktionelle Carboxygruppe (-COOH) tragen.
Je nach der Stellung der Aminogruppe im Verhältnis zur Carboxygruppe, erhält man eine α-Aminosäure. Dabei ist sowohl die Aminogruppe als auch die Carboxygruppe an dem zentralen C-Atom (α-C-Atom) neben einem Wasserstoff-Atom gebunden. Genau diese Form von Aminosäuren sind in Proteinen von Lebewesen zu finden. Der letzte Bindungspartner am zentralen C-Atom ist ein organischer Rest. Dieser bestimmt, um welche Aminosäure es sich tatsächlich handelt.
Der Mensch besitzt 21 verschiedene Aminosäuren, die als Monomere zum Aufbau von Proteinen verwendet werden können.
Den strukturellen Aufbau von Aminosäuren kannst Du in der Erklärung zu “Aminosäuren” im Detail nachlesen.
Primärstruktur – Bindungen
Die Form der Bindung der Monomere zu einem Polymer ist bzgl. der Primärstruktur dieselbe, nämlich eine kovalente Bindung.
Kovalente Bindung
Die Kovalente Bindung (auch Atombindung oder Elektronenpaarbindung genannt) stellt in Molekülen eine Bindungsform dar. Hierbei werden ein oder bis zu drei Elektronenpaare von geeigneten benachbarten Atomen geteilt. Es handelt sich allerdings nicht um eine starre Bindung. Eher ist die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der miteinander geteilten Elektronen in dem Raumbereich zwischen den Atomkernen höher.
Kovalente Bindungen entstehen in der Regel zwischen Atomen mit höherer und gleichzeitig ähnlicher Elektronennegativität.
Elektronennegativität ist ein relatives Maß, das beschreibt, wie stark ein Atom Elektronen zum Kern zieht. Je höher der Wert, desto stärker die Anziehung.
Sowohl bei Nukleinsäuren als auch bei Proteinen (und bei vielen biochemischen Verkettungsreaktionen) findet eine Kondensationsreaktion statt.
Eine Kondensationsreaktion beschreibt eine Reaktion von zwei Bindungspartnern, die unter Abspaltung von Wasser sich zu einem Molekül verbinden.
Kondensationsreaktion bei Nukleinsäuren
Das Nukleotid, wie weiter oben beschrieben, liegt erst nur mit einem Phosphatrest nach der Kondensationsreaktion vor. Zuvor besitzt das Nukleotid anstelle von lediglich einem nämlich drei Phosphatreste. Man spricht dann noch von einem Nukleosidtriphosphat.
Der lateinische Begriff tri weist darauf hin, dass die Zahl drei eine Bedeutung spielt.
Während der Kondensationsreaktion werden zwei Phosphatreste des Nukleosidtriphosphats und Wasser abgespalten. Es besteht darauf, eine kovalente Bindung beider Nukleotide.
Kondensationsreaktion bei Proteinen
Analog werden die Aminosäuren unter Wasseraustritt kovalent gebunden. Hierbei wird eine Bindung zwischen der OH-Gruppe der Carboxygruppe (-COOH) der ersten Aminosäure mit der Aminogruppe der zweiten Aminosäure ausgebildet.
Diese Form der Bindung unter Aminosäuren wird Peptidbindung genannt.
Eine Peptidbindung meint in der Regel eine Bindung zweier Aminosäuren über die Verbindung der Carboxygruppe der einen und der Aminogruppe der anderen Aminosäure.
Das Ende der über eine Peptidbindung verbundener Aminosäuren, das die Aminogruppe trägt, wird als N-Terminus bezeichnet. Umgekehrt wird das andere Ende als C-Terminus bezeichnet. Eine Aminosäurekette hat immer einen N- und C-Terminus.
Primärstruktur – Definition
Die Primärstruktur bei den jeweiligen Polymeren zeichnet sich durch die Abfolge aus.
Die Primärstruktur bezeichnet die Abfolge bzw. Sequenz der Grundbausteine des Polymers.
Je nach Art des Polymers wird die Abfolge durch eine andere Form von Monomeren bestimmt. So zeichnet sich die Primärstruktur der Nukleinsäuren durch die Abfolge bzw. Sequenz von Nukleotiden aus, was es zur Nukleotidsequenz macht. Bei Proteinen besteht die Primärstruktur aus der Abfolge von Aminosäuren, was es zur Aminosäurensequenz macht.
Primärstruktur Nukleinsäuren
Die Primärstruktur bei Nukleinsäuren beschreibt die Sequenz der Nukleotide und wird auch als Nukleotidsequenz bezeichnet.
Primärstruktur Proteine
Die Primärstruktur bei Proteinen beschreibt die Sequenz der Aminosäuren und wird auch als Aminosäuresequenz bezeichnet.
Primärstruktur – Das Wichtigste
- Ein Polymer ist ein Makromolekül, das sich aus gleichen und/oder verschiedenen, sich immer wiederholenden Einheiten, nämlich Monomeren, besteht.
- Nukleinsäuren sind Biopolymere, die aus dem Nukleotid als Monomer bestehen.
- Ein Nukleotid ist der kleinste, sich wiederholende Bestandteil einer Nukleinsäure und besteht aus einer organischen Base, einem Zucker und einem Phosphatrest.
- Proteine sind Biopolymere, die aus Aminosäuren als Monomere bestehen.
- Aminosäuren sind organisch-chemische Verbindungen, die zumindest eine funktionelle Aminogruppe mit oder ohne Stickstoff (-NH2 bzw. -NR2) und eine funktionelle Carboxygruppe (-COOH) tragen.
- Die Monomere werden über kovalente Bindungen verbunden. Dabei wird Wasser abgegeben, weswegen man von Kondensationsreaktionen spricht.
- Die Bindung zwischen zwei Aminosäuren wird als Peptidbindung.
- Die Primärstruktur bezeichnet die Abfolge bzw. Sequenz der Grundbausteine des Polymers.
- Die Primärstruktur bei Nukleinsäuren beschreibt die Sequenz der Nukleotide und wird auch als Nukleotidsequenz bezeichnet.
- Die Primärstruktur bei Proteinen beschreibt die Sequenz der Aminosäuren und wird auch als Aminosäuresequenz bezeichnet.
Nachweise
- David Sadava et al. (2019). Purves Biologie. Springer.
- Jens Boenigk (2021). Boenigk Biologie. Springer.
- Jeremy M. Berg et al. (2018). Stryer Biochemie. Springer.
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