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Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette

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Alexej
Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette

Inhalt

Lipide – Biologie

Sicher hast du schon mal etwas von Lipiden gehört. Umgangssprachlich bezeichnet man Lipide oft als Fette. Tatsächlich sind die Fette jedoch nur eine Untergruppe der Lipide. In diesem Text erfährst du, was Lipide sind, welche weiteren Untergruppen es gibt und welche biologischen Funktionen Lipide haben.

Was sind Lipide? – Biologie und Definition

Einfach erklärt sind Lipide eine Gruppe von Molekülen biologischen und chemischen Ursprungs, die zum Teil oder vollständig wasserunlöslich sind. Deswegen bezeichnet man Lipide auch als hydrophob. Lipide sind komplett oder größtenteils unpolar und deshalb in hydrophoben Lösungsmitteln wie beispielsweise Benzin löslich. Die Lipide umfassen verschiedene Stoffgruppen mit unterschiedlichen Eigenschaften.

Eigenschaften von Lipiden – Biologie

Die wesentlichen Eigenschaften von Lipiden kannst du hier in der Liste sehen:

  • In Wasser unlöslich, also hydrophob
  • In unpolaren Lösungsmitteln löslich, also lipophil
  • Sehr gute Energielieferanten ($\pu{1g = 37-40 kJ}$)

Die Lipide lassen sich in weitere Untergruppen aufteilen. Dabei wird zwischen hydrolysierbaren (verseifbaren) und nicht hydrolysierbaren (nicht verseifbaren) Lipiden unterschieden. Hydrolysierbare Lipiden reagieren mit Wasser ($\ce{H2O})$.

Hydrolysierbare Lipide Nicht hydrolysierbare Lipide
Einfache Lipide:
  • Neutralfette (Triglyceride)
  • Wachse
  • Steroide
  • Carotinoide
  • Fettsäuren (Chemie) (gesättigte und ungesättigte)
  • Komplexe Lipide (=Membranproteine)
  • Phospholipide
  • Glycolipide
  • Sphingolipide
  • Welche Funktion haben Lipide?

    Lipide übernehmen eine Vielzahl von Aufgaben in der Biologie, wie z. B. als Energielangzeitspeicher, Baustoffe von Zellen oder als thermische Isolatoren im Körper. Außerdem bilden sie eine schützende Schicht auf unserer Haut und dienen als Signalstoffe im Körper.

    Lipide als Energiespeicher

    Fette werden zu Fettsäuren und Glycerin hydrolysiert und in den Mitochondrien unter Sauerstoffaufnahme zu Kohlenstoffdioxid $(\ce{CO2})$ und Wasser $(\ce{H2O})$ weiteroxidiert. Es entsteht Energie in Form von ATP. Die Lipide fungieren also als Brennstoff in der Zelle. Wenn du wissen möchtest, wie genau die Hydrolyse von Fetten abläuft, kannst du dir folgendes Video anschauen: Hydrolyse von Fetten.

    Lipide als Zellbausteine

    Lipide sind wichtige Bestandteile unserer Zellen. Aber was in der Zelle sind Lipide? Lipide finden wir in der Biomembran von Zellen, in der Phospholipiddoppelschicht. Die Zelle wird damit von ihrer Umgebung abgegrenzt und geschützt. Lipide können Proteine in der Biomembran verankern.

    Für weitere Informationen zur Funktion der Biomembran kannst du dir das Video Biomembran – Funktion ansehen.

    Funktionen von Lipiden – Zusammenfassung

    Fassen wir die wichtigsten biologischen Funktionen von Lipiden zusammen:

    • Lipide dienen als Energielangzeitspeicher.
    • Lipide dienen als Baustoff der Biomembran. Diese Biomembran dient als Abgrenzung der Zelle von ihrer Umgebung.
    • Lipide dienen als Hydrolipidfilm auf der Haut: eine schützende Schicht auf der gesamten Oberfläche der Haut.
    • Lipide dienen als thermischer Isolator.
    • Lipide dienen als Signalstoffe.

    Dieses Video

    In diesem Video lernst du die wichtigsten Vertreter der Lipide kennen. Du erfährst, wie die Lipide aufgebaut sind und welche biologischen Funktionen sie haben. Lipide werden in zwei Untergruppen unterteilt: die hydrolysierbaren und die nicht hydrolysierbaren Lipide.

    Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Aufgaben und Arbeitsblätter zum Thema Lipide, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

    Transkript Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette

    Hallo, mein Name ist Alexej und heute erkläre ich euch die chemischen Grundlagen der Lipide. Die Lipide sind eine große Gruppe von natürlich vorkommenden Molekülen biologischen Ursprungs. Lipide weisen eine geringe Wasserlöslichkeit auf, sind also hydrophob, d. h. Wasser abweisend. Durch diese Eigenschaften lassen sich Lipide mittels unpolaren, organischen Lösemitteln extrahieren. Lipide übernehmen eine Vielzahl von Aufgaben in der Biologie, wie z. B. als Energielangzeitspeicher, also als Brennstoff. Dabei werden Fette zu Fettsäuren und Glycerin hydrolisiert und in den Mitochondrien unter Sauerstoffaufnahme zu Kohlenstoffdioxid und Wasser weiter oxidiert. Dabei entsteht viel Energie in Form von ATP. Bei dieser Verbrennung entsteht sechsmal mehr metabolische Energie als bei der gleichen Menge Glykogen. Deshalb werden auch Mitochondrien als die Kraftwerke der Zelle bezeichnet. Lipide dienen auch als Baustoff für die Zelle, nämlich für die Phosphorlipid-Doppelschicht, also die Biomembran. Diese dient zur Abgrenzung der Zelle von ihrer Umgebung. Lipide dienen auch als thermischer Isolator, oder übernehmen eine Vielzahl von Sonderfunktionen, wie zum Beispiel die Verankerung von Proteinen in der Biomembran oder als Signalstoff, oder sind wichtig bei dem Sehvorgang. Kommen wir zu der Einteilung der Lipide: Diese lassen sich in hydrolisierbare und nicht hydrolisierbare Lipide unterteilen. Unter den hydrolisierbaren Lipiden befinden sich als Vertreter der einfachen Ester die Triacylglycerine oder Triglyceride als Dreifach-Ester sowie die Wachse als die Einfach-Ester. Zur Erinnerung: Ein Ester entsteht durch eine Kondensationsreaktion einer Carbonsäure mit einem Alkohol, wobei Wasser abgespalten wird und sich ein Ester daraus bildet. Unter den hydrolisierbaren Lipiden befinden sich auch solche Lipide, die für die Membran wichtig sind. Solche Membranlipide sind z. B. Phospholipide, Sphingolipide oder Glykolipide. Zu den nicht-hydrolisierbaren Lipiden gehören unter anderem die Fettsäuren, diese bestehen aus langkettigen Kohlenwasserstoffen mit gerader Anzahl von Kohlenstoffatomen, also 12 bis 20. Diese sind auch unverzweigt. Es gibt gesättigte sowie ungesättigte Fettsäuren, also Fettsäuren mit einfach- oder auch Doppelbindungen, wie z. B. Myristinsäure als gesättigte Fettsäure Myristoleinsäure als ungesättigte Fettsäure. Weitere Vertreter der Nicht-hydrolysierbaren Lipide sind z. B. Isoprenoide oder Terpenoide auch genannt. Dieser werden noch weiter unterteilt wie in Steroidhormone oder Carotinoide. Schauen wir uns die hydrolisierbaren Lipide etwas genauer an: Die Triacylglycerine oder Triglyceride, wie bereits erwähnt, sind die am häufigsten vorkommenden Lipide, wie z. B. in tierischen Fetten oder pflanzlichen Ölen. Triacylglycerine, wie der Name schon sagt, sind Tri-Ester des Glycerins. Wachse hingegen sind einfache Mono-Ester. Alle 3 Hydroxygruppen sind dabei mit Fettsäuren verestert. Kommen wir nun zu den Membranlipiden: Darunter befinden sich die Phosphorlipide. Diese bestehen aus einem hydrophilen Kopf und einem hydrophoben Schwanz, sind also amphiphil und können somit Phospholipid-Doppelschichten ausbilden. Eine wichtige Gruppe der Phospholipide sind z. B. die Phosphoglyceride. Diese leiten sich von der Phophotidsäure ab und sind den Triacylglycerinen sehr ähnlich. Weitere wichtige Vertreter der Phosphorlipide sind die Sphingolipide. Diese unterscheiden sich von den Phosphorglyceriden durch das Sphingosin-Grundgerüst. Ein Beispiel hierfür z. B. ist Sphingomyelin. Sphingomyelin kommt in hohem Anteil in den Nervenzellfortsätzen, also den Axonen, vor und dient der beschleunigten Reizweiterleitung. Diese Schicht wird Myelinschicht genannt. Weitere Membranlipide sind auch Glykolipide. Diese weisen jedoch keine Phosphatgruppe auf und sind an der Membranaußenseite befestigt. So können sie als Rezeptoren zur Zellerkennung und Zellkommunikation dienen. Vertreter der Glykolipide sind z. B. Glycero-Glykolipide, die einen oder mehrere Zuckerreste anstelle einer Fettsäure aufweisen. Ein weiterer Vertreter sind die Sphingo-Glykolipide, die wie Sphingolipide ein Sphingosyl-Grundgerüst aufweisen. Kommen wir nun zu den nicht-hydrolisierbaren Lipiden: Zu diesen gehören die Isoprenoide. Diese bestehen aus einem Isopren-Grundgerüst und werden vorwiegend von Pflanzen, Bakterien und Pilzen gebildet. Beispiele für Isoprenoide sind Duftstoffe oder ätherische Öle in Pflanzen, wie z. B. Menthol. Eine weitere Unterteilung der Isoprenoide ist auch möglich; nämlich Isoprenoide mit Hormon- oder Signalfunktion bilden die Gruppe der Steroidhormone, deren Grundgerüst aus 3 sechsgliedrigen Ringen sowie einem fünfgliedrigen Ring besteht. Steroidhormone steuern den Stoffwechsel, das Wachstum und die Reproduktion einer Zelle, und damit des gesamten Organismus. Ein Beispiel für solche Steroidhormone ist z. B. Cortisol, welches katabole Stoffwechselvorgänge, also den Abbau komplexer Strukturen zu einfachen Molekülen hin aktiviert - Beispiel: der Fettstoffwechsel. Auch für den Sehvorgang sind Lipide sehr wichtig. So gehören Carotinoide zu den Isoprinoiden und bestehen aus mehreren Isopreneinheiten. Carotinoide werden ausschließlich in Pflanzen hergestellt und sorgen für eine gelb-rötliche Färbung. Zum Beispiel wird das Beta-Carotin, also das Provitamin A, im Körper zu Retinol umgesetzt, also Vitamin A, und ist wichtig für den Sehvorgang. Zusammenfassend kann man sagen, dass Lipide hydrophob sind und eine Vielzahl von Aufgaben im Körper übernehmen. Außerdem werden Lipide in 2 Klassen unterteilt: Den hydrolisierbaren sowie den nicht-hydrolisierbaren Lipiden. Vielen Dank für das Zusehen und bis zum nächsten Mal. Tschüss, euer Alexej

    6 Kommentare

    6 Kommentare
    1. Hallo Sll 1,
      da hast du völlig recht! Der Fehler wurde vermerkt und wird baldmöglichst korrigiert.
      Vielen Dank für den Hinweis!
      Liebe Grüße aus der Redaktion

      Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
    2. Triglyceride sind dreifache Ester und nicht wie in der Zeichnung dargstellt einfache Ester

      Von Sll 1, vor fast 3 Jahren
    3. Finde das Video kompliziert

      Von Janine K., vor fast 4 Jahren
    4. Sehr gutes Video!
      Genau das, was im Leistungskurs 11 Klasse gebraucht wird :)

      Von Adriantorres, vor etwa 9 Jahren
    5. Zu viel des Guten auf einmal...

      Von Anna Hosiner, vor etwa 9 Jahren
    Mehr Kommentare

    Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette Übung

    Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lipide – Aufbau und chemische Grundlagen der Fette kannst du es wiederholen und üben.
    • Benenne Eigenschaften und biologische Funktionen der Lipide.

      Tipps

      Traubenzucker wird als Glucose bezeichnet.

      Die Biomembran besteht aus einer Lipiddoppelschicht.

      Lösung

      Als Lipide bezeichnet man eine große Gruppe von natürlichen Molekülen biologischen Ursprungs. Lipide übernehmen verschiedene Funktionen. Sie dienen unter anderem als Energielangzeitspeicher und Baustoff der Zellen. Die Biomembran besteht aus einer Lipiddoppelschicht und dient zur Abgrenzung verschiedener Zellkompartimente. Lipide dienen auch als Signalstoff und sind am Sehvorgang beteiligt.

      Glucose bilden die Lipide nicht. Glucose (=Traubenzucker) ist ein Kohlenhydrat.

    • Bewerte die Hydrolysierbarkeit der folgenden Lipide.

      Tipps

      Die Gruppe der Terpenoide gehört zu den nicht hydrolysierbaren Lipiden.

      Die Membranlipide zählen zu den hydrolysierbaren Lipiden.

      Lösung

      Lipide werden eingeteilt in hydrolysierbare und nicht hydrolysierbare Lipide.

      Zu den hydrolysierbaren Lipiden gehören die einfachen Ester und Membranlipide. Hierzu gehören die Phospholipide, Sphingolipide und die Glycolipide.

      Zu den nicht hydrolysierbaren Lipiden zählen u.a. die Fettsäuren und Isoprenoide. Fettsäuren bestehen aus langkettigen Kohlenwasserstoffen und unterscheiden sich in gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Isoprenoide werden auch Terpenoide genannt. Diese werden noch weiter unterteilt in Steroidhormone und Carotinoide, die unter anderem für die gelbliche bis rötliche Färbung bei Karotten verantwortlich sind.

    • Beschreibe den Aufbau der Biomembran.

      Tipps

      Die Kohlenhydrate liegen in Ketten vor.

      Lösung

      Die Biomembran besteht aus Lipiden und Proteinen. An den Proteinen sind Kohlenhydratketten angelagert. Die Lipiddoppelschicht besteht aus amphiphilen Phospholipiden, die eine hydrophile Kopfgruppe und eine hydrophobe Schwanzgruppe besitzen. Solch eine Doppelschicht ist der Hauptbestandteil biologischer Membranen und dient als Trennschicht zwischen Zellkompartimenten.

      Die Proteine besitzen unterschiedliche Funktionen. So gibt es Transportproteine, die bestimmte Stoffe durch die Membran befördern. Die Kohlenhydratketten befinden sich immer an der nach außen gerichteten Schicht. Ihre Zusammensetzung dient als Erkennungsmerkmal der Zellen.

    • Beschreibe die Permeabilitätseigenschaften der Biomembran.

      Tipps

      Die lipophilen Köpfe der Phospholipide befinden sich außen an der Doppelschicht.

      Lösung

      Die Regulation des Stofftransports ist eine wichtige Aufgabe der Biomembran. Sie reguliert, welche Stoffe ungehindert in die Zellen gelangen und welche nicht. Man bezeichnet sie daher aus als semipermeabel. Lipophile Stoffe und kleine Moleküle können ungehindert durch die Membran gelangen. Große Moleküle, wie Zuckermoleküle und auch Hormone, können nur über die Kanäle in die Zellen gelangen. Dazu zählen auch Stoffe mit bestimmten Ladungen wie die Ionen.

    • Benenne Eigenschaften der Phospholipide.

      Tipps

      Phospholipide gehören zu den hydrolysierbaren Lipiden.

      Amphiphile Substanzen lassen sich in polaren und unpolaren Lösungsmitteln lösen. Sie sind sowohl lipophil auch auch hydrophil.

      Lösung

      Stoffe besitzen unterschiedliche Löslichkeitseigenschaften. Zum Beispiel ist Salz gut in Wasser löslich, man bezeichnet es daher auch als hydrophil. Öl hingegen ist nicht gut löslich, man bezeichnet es als hydrophob.

      Der Kopf der Phospholipide ist hydrophil, ihr Schwanz ist hydrophob. Aus diesem Grund werden sie auch als amphiphil bezeichnet. Sie gehören als Membranlipide zu den hydrolysierbaren Lipiden und sind ein Bestandteil der Biomembran.

    • Erläutere verschiedene Stofftransporte.

      Tipps

      Hier siehst du schematisch die Funktionsweise eines Carrier-Moleküls.

      Lösung

      Die passiven Transportvorgänge (Diffusion, Osmose sowie die Transporte über Kanäle und Carrier) benötigen keine Energie. Die Stoffe, wie Wasser, bewegen sich vom Ort hoher Konzentration zum Ort niedriger Konzentration und umgekehrt. Dies geschieht so lange, bis die Konzentration ausgeglichen ist.

      Die Osmose kannst du sogar beobachten, zum Beispiel im Sommer an reifen Kirschen. Wenn die Kirschen noch am Baum hängen und sehr reif sind, befindet sich im Inneren der Kirsche eine hohe Zuckerkonzentration. Die Außenhaut der Kirsche wirkt wie eine semipermeable Membran. Wenn es nun regnet und Wassertropfen auf der Kirsche liegen, strömt das Wasser nach innen. Die Zuckermoleküle können die Außenhaut nicht passieren. Das Wasser strömt so lange hinein, bis die Konzentration ausgeglichen wäre, allerdings sind die Zellen der Kirsche nicht so weit dehnbar und platzen auf.

      Für die aktiven Transporte wird Energie benötigt, denn diese Transporte finden gegen ein Konzentrationsgefälle statt. Beim primär aktiven Transport wird ATP über Spaltung gewonnen. Dies ist nötig, um Moleküle zu transportieren.

      Beim sekundär aktiven Transport wird das ATP dazu verwendet, einen Gradienten aufzubauen, entlang dessen der Transport erfolgt.

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