Funktionelle Gruppen

Oft spielen einzelne Teile eines Moleküls eine herausragende Rolle für dessen typische Reaktivität. Diese reaktiven Teile, die als funktionelle Gruppen bezeichnet werden, haben charakteristische chemische Eigenschaften, unabhängig vom Rest des Moleküls, an das sie gebunden sind. Daher wird dieselbe funktionelle Gruppe als Teil verschiedener Verbindungen ähnlich reagieren.

Hier werden wir kurz einige der wichtigsten funktionellen Gruppen für die Biologie diskutieren.

Kohlenwasserstoffgruppen

Kohlenwasserstoffgruppen enthalten nur Wasserstoff- und Kohlenstoffatome und können unterschiedlich aufgebaut sein; einige Typen sind hier dargestellt. In Alkylgruppen sind die Kohlenstoffatome durch Einfachbindungen verbunden, Alkenylgruppen enthalten Doppelbindungen und Alkinylgruppen Dreifachbindungen. Phenylgruppen sind Benzolderivate mit ihrem typischen aromatischen Ringsystem: einem planaren Ring aus sechs Kohlenstoffatomen mit drei Doppelbindungen. Der Buchstabe R steht konventionsgemäß für den Rest einer Verbindung.

Einfache Sauerstoffgruppen

Sauerstoff ist ein wichtiger Bestandteil vieler Arten von funktionellen Gruppen. Einfache Sauerstoffgruppen enthalten jedoch nur einen einfach gebundenen Sauerstoff. Dazu gehören vor allem Hydroxylgruppen, die Alkohole definieren, sowie Ether, die ein Sauerstoffatom enthalten, das von kohlenstoffhaltigen Teilen flankiert wird, die mit R und R' symbolisiert werden.

Carbonylgruppen

Carbonylgruppen sind komplexere sauerstoffhaltige Gruppen, die zusätzlich direkt Kohlenstoff mit einschließen. Die hier gezeigten Gruppen enthalten eine Doppelbindung zwischen Sauerstoff und Kohlenstoff. Carboxylgruppen definieren die große und wichtige Klasse von Carbonsäuren, der wir noch mehrfach begegnen werden. Sehr oft werden Carboxylgruppen in der verkürzten Form von "COOH" dargestellt.

Stickstoffgruppen

Stickstoffhaltige Gruppen bestehen entweder nur aus Stickstoff und gegebenenfalls Wasserstoff, wie bei Aminen, oder sie enthalten zusätzlich Kohlenstoff und/oder Sauerstoff, wie bei Amiden. Während es viele weitere biologisch relevante Varianten gibt, konzentrieren wir uns hier nur auf diese häufigsten Gruppen. Aminogruppen sind von besonderem Interesse, da sie zusammen mit Carboxylgruppen Bestandteil von Aminosäuren sind.

Phosphorgruppen

Die wichtigste phosphorhaltige Gruppe in der Biologie ist die Phosphatgruppe, die Teil einer Phosphodiesterbindung sein kann. Phosphatgruppen begegnen uns am häufigsten in Nukleinsäuren, aber auch als Modifikation in anderen biologisch wichtigen Verbindungen, wie etwa Proteinen. Sie sind auch integraler Bestandteil von Phospholipiden, welche die Zellmembranen bilden. Schließlich sind Phosphatgruppen sehr wichtig in der Energieübertragung, vor allem über Adenosintriphosphat (ATP).

Schwefelgruppen

Wichtige schwefelhaltige Gruppen umfassen Thiolgruppen, Sulfide und Disulfide, die durch Bindung von zwei Thiolgruppen gebildet werden können. Letztere sind wichtig für Proteinstrukturen, über die wir in späteren Abschnitten noch mehr erfahren werden.

Der folgende Abschnitt befasst sich jedoch mit einem der wichtigsten Moleküle der Biologie – einem kleinen und einfachen Molekül, das eine entscheidende Voraussetzung für das Leben selbst darstellt.