AB EA_1
Thema: Bioanorganische Chemie – ein Widerspruch?

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Der Begriff „Bioanorganik“ hört sich zunächst völlig widersprüchlich an. Historisch wurde die anorganische Chemie lange Zeit als der Teil der Chemie angesehen, der sich mit „toter Materie“ befasst. Auch die genauere Wortbetrachtung der „Bioanorganik“ scheint diesen Widerspruch zu bestätigen (Bio/ an/organisch (gr. bíos‚ „Leben“, gr.: an „nicht“, organikós „wirksam“).

Eine eigene Wissenschaftsdisziplin ist die „Bioanorganik“ erst seit ca. 40 Jahren. Sie vereint Kenntnisse aus verschiedensten Wissenschaftsbereichen und arbeitet ihrerseits diesen Wissenschaftsbereichen zu (Abb. AB EA_1-1).
Heute besitzt sie u.a. eine große Bedeutung in Zusammenhang mit Forschungen und Anwendungen z.B. in der Medizin, der Lebensmitteltechnologie und der Umwelttechnologie. An mehreren Universitäten in Deutschland kann man inzwischen diese Wissenschaftsdisziplin studieren.

Im Rahmen dieses Projektes spielt die bioanorganische Chemie z.B. eine Rolle in Zusammenhang mit Enzymen (siehe Enzyme Teil 1 / Cofaktoren)

Die folgenden Ausführungen geben einen Einblick in die Bedeutung einiger chemischer Elemente für biologische Prozesse bzw. Sachverhalte.

Man muss als Schüler/in nicht unbedingt alles verstehen!! Einige Dinge werden aber irgendwie bekannt vorkommen!

Abb. AB EA_1-1 Verflechtung der „Bioanorganischen Chemie“ mit anderen Disziplinen

Neben „organischen Elementen“, d.h. solchen, die am Aufbau der Biomasse beteiligt sind – C, H, O, N – spielen viele „anorganische Elemente“ eine zentrale Rolle in Zusammenhang mit dem Aufbau und dem Stoffwechsel von Organismen.

Bedeutung einiger „anorganischer Elemente“ (Auswahl)

Na und K: wichtigste „freie“ Ionen im Organismus; Aufrechterhaltung ausgewogener Flüssigkeitsverteilung;, der Membranpotenziale, der Enzymaktivität, Informationsleitung am Nerven;

Mg: Bestandteil des für die Fotosynthese benötigten Chlorophyllmoleküls, notwendig für viele enzymatische Vorgänge im Energiestoffwechsel, Knochenaufbau;

S: Baustein aller Proteine, Co-Enzym im Rahmen enzymatischer Prozesse, (aufgrund seiner zentralen Bedeutung wird S manchmal auch bei den Biomasse aufbauenden Elementen (s.o.) mit aufgeführt);

Ca: Muskelkontraktion, Informationsübertragung an den Synapsen; wichtiger Bestandteil der Knochen, Gerüstsubstanz in Muscheln, Schnecken, Korallen;

Fe- und Cu: als Ionen für den Sauerstofftransport;

Fe: Vorkommen in Orientierungsorganen von Bakterien, Bienen, Tauben;

Zn: Bestandteil von Enzymen für die genetische Transkription, Stabilisierung der Tertiär- und Quartärstrukturen von Proteinen, Reparaturenzyme;

Si: Knochenaufbau, in Form von SiO₂/Silicagelen Stützsubstanz (Pflanzen) und Gerüstsubstanz (Kieselalgen);

P: in Form von Phosphat Aktivierung diverser organischer Substrate (s. z.B. ATP, NADPH), als Phosphatester Bestandteil der Phospholipide in der Zellmembran, Bedeutung bei allen energetischen Prozessen (ATP), Baustein der DNA, Gerüstsubstanz Zähne, (aufgrund seiner zentralen Bedeutung wird P manchmal auch bei den Biomasse aufbauenden Elementen (s.o.) mit aufgeführt);

Se: lebensnotwendiges Spurenelement, enzymatische Prozesse;

F: in Knochen, Zahnbein, Zahnschmelz;

Cl: wichtiges freies Anion, Aufrechterhaltung ausgewogener Flüssigkeitsverteilung;

I: Bestandteil mehrerer Schilddrüsenhormone.

Medizinisch relevante „anorganische Elemente“ (Auswahl)

Li: Behandlung bestimmter Depressionen;

BaSO₄: Kontrastmittel bei der Röntgendiagnose im Darmtrakt;

Tc: Radiodiagnostik;

Pt: z.B. Chemotherapie von Hoden- und Ovarialkrebs;

Au: in der Therapie rheumatischer Arthritis;

Sb: Behandlung von entzündlichen Hautunreinheiten;

Bi: Behandlung von Magengeschwüren.

Ganz generell trägt die anorganischen Chemie zur Beantwortung von Fragestellungen aus dem Bereich des Lebens über ihr Teilgebiet „Bioanorganische Chemie“ bei. Im Rahmen der bioanorganischen Chemie werden, oft in enger Kooperation mit Biochemikern und Medizinern, Fragen der Wechselbeziehungen zwischen Molekülen nachgegangen.

Quelle: (Auszug vereinfacht) Skriptum zur Vorlesung im 4. Semester für den Studiengang Biochemie/Molekularbiologie / Universität Hamburg / Prof. Dieter Rehder / Sommersemester 2006 Originaltexte siehe hier ProfRehderVorlesung_1 ProfRehderVorlesung_2
(Die Nutzung wurde freundlicherweise von Herrn Prof. Dr. D. Rehder / Universität Hamburg genehmigt.)

Weiteres zu dieser Wissenschaftsdisziplin findet man u.a. hier: