Von Käse, Menschen und Gräsern

Wenn wir uns die Frage stellen, was Käse, Menschen und Gräser gemeinsam haben, dann ist das auf den ersten Blick vielleicht nicht ersichtlich. Im Hinblick auf das ChemieLV-Themengebiet Naturstoffe können wir jedoch die Gemeinsamkeit im chemischen Aufbau finden. Diese biologischen Objekte sind alle aus Biopolymeren aufgebaut, die zu den Naturstoffen zählen. Und nicht nur das, neben dem Aufbau sind auch etliche Biomoleküle an lebenswichtigen Prozessen beteiligt oder machen den Käse überhaupt erst zu dem, was wir Käse nennen.

Im ChemieLV-Themengebiet Naturstoffe werden wir viele verschiedene Aspekte der Chemie anwenden, die wir im Rahmen des ChemieLV-Basiswissen kennen gelernt haben. In Abbildung 1 ist schematisch der Einfluss verschiedener anderer Inhalte auf dieses Themengebiet dargestellt.

Was die Art der Moleküle und ihren Aufbau angeht besteht eine enge Beziehung zur Chemie der Makromoleküle. In diesem Themengebiet haben wir Kunststoffe betrachtet, also künstliche Polymere und deren Monomere (Bausteine), während wir uns hier mit Biopolymeren und ihren Monomeren auseinandersetzen wollen. Die organische Chemie liefert uns Informationen zur Reaktivität von Alkoholen und Carbonsäuren. Von grundlegender Bedeutung sind die Konzepte der Redox-Chemie und die der Säure-Base-Chemie. In allen drei großen Themenblöcken (Kohlenhydrate, Peptide und Proteine sowie Nucleinsäuren) spielen Säuren und Basen bzw. Redox-Reaktionen eine entscheidende Rolle, die sich direkt auf die Eigenschaften der betrachteten Verbindungen auswirken. Den Rahmen vieler dieser Reaktionen bildet die Theorie des chemischen Gleichgewichts.

Inhaltlicher Ausblick

Das ChemieLV-Themengebiet Naturstoffe beschäftigt sich grob gesehen mit drei großen Klassen: Kohlenhydrate, Peptide und Proteine und Nucleinsäuren. Anhand von Abbildung 2 wollen wir kurz einen Ausblick auf diesen inhaltlichen Aufbau geben.

Die Grundlage bildet das Skript zur Stereoisomerie und optischen Aktivität. Hier legen wir insbesondere die Grundlagen für die Chemie der Kohlenhydrate sowie der Peptide und Proteine. Dazu lernen wir zunächst die Eigenschaft der Chiralität auf Grundlage von Symmetrien in Molekülen kennen und besprechen das Konzept der Stereoisomerie. Im zweiten Teil dieses Skripts betrachten wir die Wechselwirkung von Licht mit chiralen Verbindungen. Das Skript DNA - Träger der Erbinformation baut in diesem Fall nicht so sehr auf diesen Grundlagen auf, sondern steht eher für sich alleine.

Die weiteren Inhalte dieses Themengebiets bestehen aus den beiden größeren Kapiteln Kohlenhydrate sowie Peptide und Proteine und werden durch das Skript zur DNA, welches auf den Nucleinsäuren basiert, ergänzt. Das Kapitel Kohlenhydrate setzt sich aus den folgenden Skripten zusammen:

1. Monosaccharide: Grundlagen der Fischer-Projektion sowie die wichtigsten Monosaccharide (Einfachzucker) in Form von Glucose und Fructose. Hierbei konzentrieren wir uns auf die wichtigsten Strukturen und Eigenschaften der Monosaccharide und lernen charakteristische Nachweismethoden kennen.
2. Disaccharide: Wir verknüpfen zwei Monosaccharide zu einem Disaccharid (Zweifachzucker) und schauen uns beispielhaft anhand der Saccharose die zentralen Eigenschaften dieser Verbindungen an. Hierbei werfen wir einen Blick auf die Bindungsverhältnisse und das Verhalten von Disacchariden in wässrigen Lösungen.
3. Polysaccharide: Wir verknüpfen eine Vielzahl von Monosacchariden zu den Polymeren der Kohlenhydrate, den Polysacchariden und betrachten beispielhaft Stärke, Glycogen und Cellulose im Rahmen ihrer biologischen Funktionen.

Das zweite größere Kapitel umfasst die Peptide und Proteine:

1. Aminosäuren: Wir betrachten die Fischer-Projektion im Kontext der Aminosäuren und lernen einige Vertreter kennen. Anschließend wenden wir uns der Säure-Base-Chemie von Aminosäuren zu, um so ihre besonderen Eigenschaften erklären zu können. Abschließend lernen wir Möglichkeiten kennen, Aminosäuregemische effektiv zu trennen.
2. Peptide und Proteine: Mit unserem Wissen um die Aminosäuren können wir diese Monomere zu Polymeren verknüpfen, den Peptiden. Wir betrachten die neuen Bindungsverhältnisse und wenden uns anschließend strukturellen Fragen bzgl. der gebildeten Polypeptide zu. Diese Struktureigenschaften führen uns dann direkt auf die Proteine und deren Eigenschaften. Den Abschluss bildet ein Überblick über Nachweismethoden für Peptide und Proteine.

Im letzten Skript dieses Themengebiets beschäftigen wir uns mit der Chemie der DNA. Wir betrachten ihre chemische Zusammensetzung und sowie die Eigenschaften der Monomere, die einerseits für die Codierung der Erbinformationen zuständig sind und andererseits auf die charakteristische Struktur der Doppel-Helix führen.

Fragen über Fragen...!

Wir wollen dir an dieser Stelle einige Fragen als Motivation mit auf den Weg geben, die wir im Rahmen dieses Themengebiets klären werden.

• Wieso ist ein Grashalm so stabil obwohl er so dünn ist?
• Was haben Bienen, Honig und der Begriff der Inversion gemeinsam?
• Wo ist der Unterschied zwischen DNA und DNS und was sind Nucleinsäuren?
• Weshalb scheint es vernünftig ein Paar Hände im Zusammenhang mit dem Begriff der optischen Aktivität zu betrachten?
• Was ist Molekülsymmetrie und welche Informationen liefert sie uns bzgl. der Eigenschaft von Biomolekülen?