Wasser und Makromoleküle – Polarität und Wasserstoffbrücken
BiologieZellbiologieAlter 15–16
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Als Nächstes in Zellbiologie
Der Wassermodus zeigt polare H₂O-Moleküle mit einem teilweise negativ geladenen Sauerstoffende und zwei teilweise positiv geladenen Wasserstoffenden, stellt Wasserstoffbrücken als gestrichelte Linien dar und zählt laufend die mittlere Zahl der Brücken pro Molekül; beim Abkühlen unter 0 °C ordnen sich die Moleküle zu einem Eisgitter mit größeren Abständen (daher schwimmt Eis), beim Erhitzen auf 100 °C brechen alle Wasserstoffbrücken und das Wasser verdampft, und bei Zugabe von Salz oder Zucker umhüllen die Wassermoleküle diese und lösen sie, während Öl ungelöst bleibt. Der Makromolekülmodus zeigt, wie sich Monomere von Kohlenhydraten, Lipiden, Proteinen und Nucleinsäuren zu Ketten verbinden.
Lektion: Chemische Elemente, Wasser und biologische Makromoleküle
Was sie zeigt
Wassermoleküle sind polar: Das Sauerstoffatom trägt eine negative, die Wasserstoffatome eine positive Teilladung, sodass benachbarte Moleküle einander über Wasserstoffbrücken anziehen. Diese Bindungen erklären die hohe spezifische Wärmekapazität, die Oberflächenspannung und die Kohäsion des Wassers sowie seine Rolle als Lösungsmittel für Ionen und polare Moleküle, während sich unpolare Öle nicht lösen. Im Eis bildet jedes Molekül vier Wasserstoffbrücken in einem weitmaschigen Gitter, weshalb Eis eine geringere Dichte hat als flüssiges Wasser. Ein zweiter Modus zeigt die vier Klassen biologischer Makromoleküle und wie sich ihre Monomere durch Kondensationsreaktionen unter Wasserabspaltung verbinden.
So funktioniert es
Ziehen Sie im Wassermodus die Wassertemperatur von unter 0 °C bis über 100 °C und beobachten Sie die mittlere Zahl der Wasserstoffbrücken pro Molekül und den Wechsel des Aggregatzustands. Ändern Sie den Zum Wasser gegebenen Stoff, um Kochsalz, Glucose und Speiseöl zu vergleichen. Drücken Sie dann Makromoleküle zeigen und gehen Sie jedes Angezeigte Makromolekül durch; achten Sie auf das Monomer, die Art der Bindung zwischen den Monomeren und typische Beispiele.
Einstellbare Parameter
- Inhalt Wasser und Wasserstoffbrücken, Vier Klassen von Makromolekülen
- Wassertemperatur -20–110 °C
- Zum Wasser gegebener Stoff Nichts zugegeben, Kochsalz NaCl (polar), Traubenzucker Glucose (polar), Speiseöl (unpolar)
- Angezeigtes Makromolekül Kohlenhydrat – Monomer Glucose, Lipid – Glycerin und Fettsäuren, Protein – Monomer Aminosäure, Nucleinsäure – Monomer Nucleotid
- Zahl der gezeigten Wassermoleküle 12–60 Moleküle
Fragen zum Erkunden
- Wie ändert sich die mittlere Zahl der Wasserstoffbrücken pro Molekül, wenn Eis bis zu Wasserdampf erhitzt wird?
- Warum lösen sich Kochsalz und Glucose in Wasser, während Speiseöl eine eigene Schicht bildet?
- Welche der vier Makromolekülklassen ist nicht aus einem einzigen, sich wiederholenden Monomer aufgebaut?
