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Schwefel hat viele Funktionen

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André Otto
Schwefel hat viele Funktionen
lernst du in der 8. Klasse - 9. Klasse

Beschreibung Schwefel hat viele Funktionen

In diesem Video geht es um Schwefel und seine zahlreichen Funktionen. Zu Beginn wird dir der Schwefel noch einmal kurz vorgestellt und du lernst etwas zur Struktur dieses Elements in biologischen Molekülen. Am Beispiel des Coenzym A und der Liponsäure lernst du wie wichtig Schwefel für biologische Funktionen im Körper ist. Schwefel ist auch in einigen Aminosäuren wie bei Cystein und Methionin enthalten. Du erfährst in diesem Video auch was Schwefel mit Knoblauch zu tun hat. Abschließend lernst du warum Schwermetalle giftig für den Menschen sind.

Transkript Schwefel hat viele Funktionen

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt "Schwefel hat viele Funktionen". Der Film gehört zur Reihe "Thiole und Thioether". Für die notwendigen Vorkenntnisse solltest du dir die Filme der Reihe bereits angeschaut haben. Mein Ziel ist es, dir die Bedeutung des Elements Schwefel für den Stoffwechsel näher zu bringen. Gliederung: 1. Das fünfte Element 2. Coenzym A 3. Liponsäure 4. Cystein 5. Methionin 6. Knoblauch 7. Schwermetalle und 8. Zusammenfassung   1. Das fünfte Element Ja, ich weiß, da werden Erinnerungen an Filme wach, aber wir meinen hier etwas anderes. Ich habe euch bereits ein Video über die Grundelemente vorgestellt. Das sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Das fünfte Element, das bei Lebensprozessen eine wichtige Rolle spielt, ist Schwefel. Reduzierter Schwefel ist kovalent, die Bindungen sind jedoch recht locker. Durch Hitze kommt es zur Verwesung. Die Schwefelproteine werden abgebaut. Es bilden sich niedermolekulare Verbindungen, so auch Schwefelwasserstoff, welcher nach faulen Eiern riecht. Schwefel ist strukturbildend und verleitet Biomolekülen Stabilität. Dabei spielen die Disulfidbrücken eine besondere Rolle. Hier die Modellabbildung eines Schwefel-Eisen-Clusters.   2. Coenzym A Das hier ist Coenzym A in 3-D-Darstellung. Und das ist die Strukturformel von Coenzym A. Coenzym A verbindet sich mit Essigsäure an der Gruppe -SH zu Acetyl-Coenzym A. Die letztgenannte Verbindung dient dazu, Strukturen aufzubauen.   3. Liponsäure Liponsäure ist eine schwefelhaltige, organische Verbindung und hat diese Strukturformel. Liponsäure ist ein Naturstoff. Liponsäure ist ein Coenzym. Liponsäure ist an Redoxprozessen im Citratzyklus beteiligt.   4. Cystein Cystein ist eine schwefelhaltige Aminosäure und besitzt diese Strukturformel. Cystein ist ein Aminosäurebaustein vieler Peptide und Proteine. Cystein bildet Disulfidbrücken aus. Cystein dient der Stabilisierung von Proteinstrukturen.   5. Methionin Methionin ist eine Aminosäure und besitzt diese Strukturformel. Es handelt sich um einen Aminosäurebaustein von Proteinen. Als S-Adenosylmethionin überträgt Methionin Methyl-Gruppen.   6. Knoblauch Durch das Pressen von Knoblauch bilden sich Enzyme. Diese bilden aus schwefelhaltigen Vorstufen gesundheitsfördernde Verbindungen. Unter anderem entsteht Allicin. Allicin besitzt diese Struktur. Allicin ist antibakteriell, es beugt Infektionskrankheiten vor und wirkt altersbedingten Gefäßkrankheiten entgegen. Außerdem sorgt Allicin für eine gleichmäßige Durchwärmung des Körpers.   7. Schwermetalle Wenn man von Aufnahme von Schwermetallen spricht, so meint man vor allem die Ionen der Metalle Blei, Kadmium und Quecksilber. Alle 3 Ionen bilden mit Schwefel stabile, schwer lösliche Salze. Damit wird klar, dass diese Ionen die Zerstörung schwefelhaltiger Protein-Strukturen bewirken. Nun ist auch verständlich, warum Schwermetallionen für den menschlichen Organismus so giftig sind.   8. Zusammenfassung Das chemische Element Schwefel ist an der Ausbildung stabiler Protein-Strukturen beteiligt. Wie zum Beispiel am Entstehen dieses Eisen-Schwefel-Clusters. Organische Schwefelverbindungen können bis zum Schwefelwasserstoff abgebaut werden. Schwefel ist Bestandteil des Coenzym A. Man findet Schwefel in der Liponsäure, die Methyl-Gruppen überträgt. Schwefel ist im Disulfidbrücken bildenden Cystein enthalten. Genauso ist Schwefel Bestandteil des Methionins. Die nützlichen Wirkstoffe des Knoblauchs sind Schwefelverbindungen. Schwermetallionen wirken auf Schwefelproteine zerstörend.   Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute! Auf Wiedersehen!      

4 Kommentare

4 Kommentare
  1. suuuuuuuper!!

    Von Leonie S., vor etwa 3 Jahren
  2. Lieber S P Zangger,
    du hast recht, Videos dazu gibt es nicht. Ich stelle dir einmal vor, was ich am Brett (ohne in die Literatur zu schauen) mal so entwickelt habe. Vielleicht ist es verbesserungsbedürftig, sollte aber im Wesen stimmen.
    1. Cu2+ + 2NaOH ---> Cu(OH)2 + 2Na+
    Wahrscheinlich bildet sich ein Komplex:
    Cu(OH)2 + 2NaOH ---> Na2[Cu(OH)4]
    Aber das ist nicht wesentlich.
    Ín Ionenschreibweise kann man verkürzt formulieren:
    Cu2+ + 2OH- ---> Cu(OH)2
    2. Cu(OH)2 + Na2S ---> CuS + 2NaOH
    In Ionenschreibweise:
    Cu2+ + S2- ---> CuS
    Einen Sinn hat das schon, denn das Ionenprodukt von CuS in Wasser dürfte viel geringer als das von Cu(OH)2 sein.
    Und noch etwas: Im "Sulfid" des Natriums liegt in der Regel Schwefel als S2- im Überschuss vor, so dass es eigentlich "Polysulfid" Na2Sn ist. Ich habe das aber vereinfacht dargestellt.
    Damit ist die Entsorgung der Cu2+ - Ionen abgeschlossen. CuS ist unlöslich und damit ungefährlich.
    3. Das neue Problem sind die Sulfid - Ionen, denn die sind sehr giftig.
    Eau de Javel ist eine Mischung aus Kalilauge und Iod:
    KOH + I ---> KOI + HI
    Im Kaliumhypoiodit (Ich hoffe, das heißt noch so.) KOI hat Iod die OZ = +1. Es ist damit ein Oxidationsmittel (Im Iodid ist die OZ = -1).
    Bei der Reaktionsgleichung musste ich ein bisschen knobeln. Das ist herausgekommen:
    Na2S + KOI + HI ---> S + KOH + 2 NaI
    In Ionenschreibweise:
    S2- + OI- + H+ ---> S + OH- + I-
    Man sieht sehr schön, dass mit der Ionenschreibweise (zu) wenig über den Verlauf der Reaktion ausgesagt wird.
    Ich hoffe, dass ich das Wesen der Entsorgung (vor allem bei 3.) richtig widergegeben habe.
    Alles Gute und viel Erfolg
    André

    Von André Otto, vor mehr als 6 Jahren
  3. Lieber S P Zangger,
    komme erst morgen dazu.
    Viele Grüße
    André

    Von André Otto, vor mehr als 6 Jahren
  4. Lieber Andre

    Ich habe gerade eine Frage bezüglich Schwermetallentsorgung und konnte kein konkretes Video dazu finden. Nehmen wir das Beispiel Kupfer. Nach basisch-stellen mit NaOH werden die ausgefallenen Hydroxide abfiltriert und ein Überschuss an Natriumsulfid dazugegeben. Nach erneutem abfiltrieren liegt aber noch Sulfid in der Lösung, welches zu Schwefel oxidiert werden muss (mit Javelwasser). Könntest du mir vielleicht die drei Reaktionsgleichungen aufstellen, bzw. anhand solcher erklären, was genau passiert beim Schwermetallentsorgen?

    Besten Dank bereits für die Hilfe!

    Von S P Zangger, vor mehr als 6 Jahren

Schwefel hat viele Funktionen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Schwefel hat viele Funktionen kannst du es wiederholen und üben.
  • Entscheide, welche Elemente zu den Grundelemente der organischen Chemie gehören.

    Tipps

    Grundelemente sind Elemente, die lebensnotwendig für den Menschen sind.

    Lösung

    Schwefel ist eines der fünf Grundelemente, die lebenswichtig sind. Dazu gehören Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Schwefel. Illustriert kann dies am Beispiel der Aminosäuren werden, welche alle dieser fünf Elemente enthalten können.

  • Beschreibe die Eigenschaften von Schwefel.

    Tipps

    Abbauprozesse im Körper enden oft mit dem Ausscheiden von Schwefelwasserstoff.

    Schwefel ist ein Grundelement, was bedeutet, dass es wichtig für zahlreiche biologische Prozesse und Funktionen ist.

    Lösung

    Schwefel ist ein Grundelement, zu denen auch Stickstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff zählen. Schwefel wirkt strukturbildend unter anderem für Proteine und verleiht Biomolekülen Stabilität. Dies wird durch die Disulfidbrücken erreicht. So können sich beispielsweise große Moleküle, wie der Eisen-Schwefel-Cluster, bilden.

    Reduzierter Schwefel bildet kovalente Bindungen, die jedoch nicht sehr fest sind. Beim Abbau dieser Schwefelverbindungen etwa durch Hitze entsteht oftmals Schwefelwasserstoff. Dieser stinkt nach faulen Eiern und ist in größeren Mengen giftig.

  • Benenne die Verbindungen des Schwefels.

    Tipps

    Aminosäuren können an ihrer Carboxygruppe (-COOH) und mindestens einer Aminogruppe (${ NH }_{ 2 }$) erkannt werden. Fehlt diese Aminogruppe, kann dies auch ein Baustein einer Aminosäure sein.

    Lösung

    Schwefel geht zahlreiche wichtige Verbindungen ein. Einige organische Beispiele sind hier aufgelistet:

    • Cystein und Methionin sind schwefelhaltige Aminosäuren. Du erkennst Aminosäuren an der Carboxy- und an der Aminogruppe.
    • Die Schwefelsäure ist als Laborreagenz bekannt und wird in vielen Synthesen eingesetzt.
    • Die Liponsäure ist ein Naturstoff, welcher zum Beispiel gegen grauen Star eingesetzt wird.
    • Zuletzt findest du hier das Allicin, welches im Knoblauch vorkommt. Auch dieses hat zahlreiche Aufgaben, es wirkt unter anderem antibakteriell.

  • Erkläre das Wesen von Disulfidbrücken.

    Tipps

    Thiol-Gruppen sind -SH Gruppen.

    R bezeichnet den organischen Rest des Moleküls.

    Lösung

    Schwefel bildet Disulfidgruppen. Diese Bindungen spielen in der Naturstoffchemie eine große Rolle, da diese Proteine stabilisieren und strukturbildend sind.

    Eine Disulfidbrücke bezeichnet eine kovalente Bindung zwischen zwei Schwefelatomen. Wenn z.B. zwei Cystein-Moleküle miteinander zu einem Cystin-Molekül verknüpft werden, bezeichnet man dies auch als „Cystein-Brücke“.

    Disulfidbrücken entstehen bei der Oxidation zweier Thiol-(-SH)-Gruppen:

    $R-SH+ HS-R \rightarrow R-S-S-R + 2~H^+ + 2~e^-$

  • Beschreibe die Eigenschaften von Sulfidverbindungen.

    Tipps

    Schwefel als Nichtmetall reagiert ähnlich wie Stickstoff, Halogene oder Sauerstoff mit Metallen.

    Lösung

    Schwefel als Nichtmetall reagiert analog zu den Halogenen Stickstoff und Sauerstoff mit Metallen zu Salzen. Schwefel liegt als zweifach negativ geladenes Sulfid-Ion $S^{2-}$ vor.

    Die Sulfide von Blei, Cadmium und Quecksilber sind allesamt sehr stabil. Diese Stabilität sorgt dafür, dass die Einnahme dieser Schwermetalle schwefelhaltige Proteinverbindungen zerstört, was ihre Giftigkeit auf den menschlichen Organismus erklärt. Die Metalle bilden im Salz zweiwertig positive Kationen.

  • Bestimme die Oxidationsstufen des Schwefels.

    Tipps

    Schwefel besitzt 6 Außenelektronen, er kann also maximal 6 Elektronen abgeben oder 2 Elektronen aufnehmen.

    Schwefel kann die Oxidationsstufen von -2 bis +6 annehmen.

    Lösung

    Schwefel steht in der 6. Hauptgruppe und besitzt damit 6 Außenelektronen. In Verbindungen streben Elemente nun immer eine stabile Achterschale an. Diese kann erreicht werden, wenn entweder 6 Elektronen abgeben werden, dann ergibt sich die Oxidationsstufe von +6, oder wenn 2 Elektronen aufgenommen werden. Dann ergibt sich die Oxidationsstufe -2. Aber auch Oxidationszahlen dazwischen sind möglich.

    • Die Oxidationsstufe -2 nimmt der Schwefel in Kombination mit Metallen wie etwa Eisen, Cadmium oder Zink an. Die Metalle sind elektropositiver als der Schwefel, sodass dieser die Bindungselektronen zu sich zieht und eine negative Oxidationszahl erhält. Ebenso hat Schwefel im giftigen Schwefelwasserstoff die Oxidationsstufe -2.
    • Die Oxidationsstufe +6 tritt meist in den Sauerstoffverbindungen, wie etwa Schwefelsäure oder Schwefeltrioxid, auf, aber auch beim Schwefelhexafluorid, welches in der Technik zur Isolation benutzt wird. Entscheidend ist, dass der Reaktionspartner ein elektronegativeres Element ist, so wie Sauerstoff und Fluor.
    • Die Oxidationsstufe +4 findet man im Taurinmolekül, welches von einschlägigen Energy-Drinks bekannt ist. Ebenso hat Schwefel in Schwefeldioxid die Oxidationsstufe +4.
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