Biochemie: Kohlenhydrate, Lipide und ihre Funktionen

Kohlenhydrate: Monosaccharide und ihre Struktur

Monosaccharide: Dies sind einfache Kohlenhydrate. Man nennt sie aufgrund ihres süßen Geschmacks auch Zucker. Kohlenhydrate enthalten Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) im gleichen Verhältnis wie Wasser. Die allgemeine Formel lautet C_n(H₂O)_n, wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome (C) zwischen 3 und 7 darstellt. Je nach Carbonylgruppe handelt es sich um ein Aldehyd oder ein Keton; entsprechend werden Monosaccharide als Aldosen bzw. Ketosen bezeichnet.

Klassifizierung nach Kohlenstoffatomen

Sie werden nach der Anzahl der C-Atome wie folgt eingestuft:

• Triosen: 3 C-Atome
• Tetrosen: 4 C-Atome
• Pentosen: 5 C-Atome
• Hexosen: 6 C-Atome
• Heptosen: 7 C-Atome

Ihre wichtigsten Aufgaben liegen im Bereich der Energieversorgung und der Strukturgebung. Hinsichtlich der Energiefunktion wird durch ihren Abbau Energie gewonnen. In Bezug auf die strukturelle Funktion bilden polymerisierte Monosaccharide Stoffe wie Zellulose oder Chitin; dies sind strukturelle Moleküle.

Aldosen, Ketosen und Disaccharide

Aldosen: Monosaccharide, deren Carbonylgruppe sich an einem primären C-Atom befindet; sie sind chemisch gesehen Aldehyde.
Ketosen: Monosaccharide, deren Carbonylgruppe sich an einem sekundären C-Atom befindet; sie sind Ketone.
Disaccharide: Moleküle, die durch die Vereinigung von zwei Monosacchariden über eine O-glykosidische Bindung entstehen. Diese Moleküle sind hydrolysierbar.

Polysaccharide und Bindungstypen

Polysaccharide: Dies sind hochmolekulare Substanzen, die nicht kristallisieren, geschmacklos und schlecht in Wasser löslich sind. Sie werden durch die Vereinigung von n Monosaccharid-Molekülen über O-glykosidische Bindungen unter Abspaltung von n-1 Wassermolekülen gebildet, wobei n > 10 ist.

Sie werden wie folgt klassifiziert:

• Reservesubstanzen: Sie stellen eine Speicherform für Zucker dar, ohne osmotische Probleme zu verursachen.
• Strukturkohlenhydrate: Kohlenhydrate, die in den Aufbau biologischer Strukturen eingebunden sind.

O-Glykosidbindung: Diese Bindung entsteht durch die Reaktion zwischen zwei OH-Gruppen von Monosacchariden.

Lipide: Eigenschaften, Funktionen und Aufbau

Lipide: Sie bestehen aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und manchmal Sauerstoff (O). Sie sind etwas weniger dicht als Wasser und darin unlöslich, aber löslich in organischen Lösungsmitteln.

Die Funktionen der Lipide

• Reservefunktion: Sie dienen als Energiespeicher, da viel Energie pro Masseneinheit gespeichert werden kann.
• Strukturelle Funktion: Einige Lipide sind amphiphil und bilden, in Doppelschichten organisiert, die strukturelle Basis von Zellmembranen.
• Regulatorische Funktion: Da einige Lipide den Charakter von Hormonen besitzen.

Phospholipide und Zellmembranen

Phospholipide: Dies sind verseifbare Lipide. Es handelt sich um Fettsäuren, die mit einem Molekül Glycerin verestert sind, welches wiederum mit einem Phosphorsäuremolekül verbunden ist. Sie bilden die strukturelle Grundlage der Zellmembranen, da sie sich aufgrund ihrer amphiphilen Natur in wässrigen Medien in Doppelschichten organisieren.

Die zwei hydrophoben Fettsäureketten neigen dazu, sich vom Wasser abzukehren, lagern sich durch hydrophobe Wechselwirkungen aneinander und werden durch Van-der-Waals-Kräfte angezogen. Die polaren Köpfe befinden sich an der Außenseite der Doppelschicht in Kontakt mit dem Wasser. So bilden sie die Lipiddoppelschicht der Zytoplasmamembran.

Fettsäuren: Struktur und Eigenschaften

Fettsäuren: Dies sind organische Säuren oder Carbonsäuren mit einer geraden Anzahl an C-Atomen, die meist zwischen 1 und 30 variiert. Es sind lange Kohlenwasserstoffketten mit einer Carboxylgruppe am Ende; die Geometrie der Bindungen ist im Zickzack geformt.

Sie können gesättigt (ohne Doppelbindungen in der Kette) oder ungesättigt (mit einer oder mehreren Doppelbindungen) sein. Sie sind bei Raumtemperatur flüssig oder fest; der Schmelzpunkt hängt davon ab, ob sie gesättigt oder ungesättigt sind sowie von der Kettenlänge. Es handelt sich um amphiphile Moleküle. Ihre chemischen Eigenschaften umfassen die Veresterung mit Alkoholen und die Bildung von Salzen mit Alkalien.