Biopolymere [von *bio -, griech. polymerēs = aus vielen Teilen bestehend], Biomakromoleküle, natürlich vorkommende, von lebenden Zellen durch Polymerisation (in der Regel Polykondensation; Polymere) von Grundbausteinen (Monomere) gebildete Kettenmoleküle. Biopolymere lassen sich chemisch wieder in ihre Grundbausteine zerlegen. Der Polymerisationsgrad, die mittlere Zahl N der in einem Biopolymer gebundenen Monomere, kann extrem hoch sein; z. B. besteht das Muskelprotein Titin (Zellskelett) aus 27 000 Aminosäuren, die DNA in Chromosomen aus etwa 109 Nucleotiden. Für analytische, diagnostische oder medizinische Zwecke können Biopolymere bis zu einem gewissen Polymerisationsgrad (N 104) auch künstlich synthetisiert werden (Biotechnologie). – Man unterscheidet zwischen periodisch und aperiodisch aufgebauten Biopolymeren. Zu den periodisch aufgebauten Biopolymeren gehören Polysaccharide wie Stärke, Glykogen und Cellulose, die durch Verknüpfung gleicher Grundbausteine (bei den genannten Beispielen Glucose) entstehen – sie werden auch als Homopolymere bezeichnet. Aperiodisch aufgebaute Biopolymere setzen sich aus verschiedenen Grundbausteinen zusammen und werden entsprechend Heteropolymere genannt. So werden Nucleinsäuren (Desoxyribonucleinsäuren, Ribonucleinsäuren) aus 4 sich jeweils in ihrem Basenanteil unterscheidenden Nucleotiden gebildet. Zur Synthese von Proteinen werden 20 verschiedene Aminosäuren benutzt. Durch Verwendung mehrerer verschiedener Grundbausteine entstehen Moleküle, deren Bausteinsequenz (Primärstruktur) linear angeordnete Information darstellt, die die Grundlage von unterschiedlichen räumlichen Strukturen (Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur) der betreffenden Biopolymere ist ( vgl. Abb. ). Die Raumstruktur (Konformation) z. B. von Enzymen ist ihrerseits für die Ausprägung der biologischen Spezifität verantwortlich. Für die Erfassung und Analyse der verschiedenen Strukturebenen von Biopolymeren bieten über das Internet zugängliche Datenbanken eine unerläßliche Hilfe (Bioinformatik). – Die Synthese der Biopolymere gliedert sich in Kettenstart (Initiation), Kettenverlängerung (Elongation) und Kettenabbruch (Termination). Während der Initiationsphase werden die erforderlichen Komponenten zu einem Initiationskomplex zusammengefügt. Die Elongationsphase besteht in der schrittweisen Übertragung aktivierter Grundbausteine (Aktivierung) auf die wachsende Kette der Biopolymere. Während der Terminationsphase trennen sich die für die Polymerisation notwendigen Komponenten. Nach Beendigung der Polymerisation können Biopolymere (insbesondere Nucleinsäuren und Proteine) noch auf vielfältige Weise modifiziert werden. Für die Biosynthese aperiodischer Biopolymere ist im Gegensatz zu periodischen Biopolymeren außer dem Anknüpfungspunkt für das Kettenwachstum auch eine informationstragende Vorlage (Matrize) notwendig. Bei der Replikation von DNA und bei der Synthese von RNA (Transkription) ist dies jeweils ein DNA-Strang. Die Aminosäuresequenzen der Proteine bilden sich gemäß den in mRNA (messenger-RNA) festgelegten Nucleotidsequenzen nach den Regeln des genetischen Codes. Information, Informationsstoffwechsel, Stoffwechsel.

G.St./M.B.





Biopolymere



Beispiele für die Sekundärstruktur (oben, α-Helix) und die Tertiärstruktur von Proteinen