Biomoleküle: Kohlenhydrate, Fette und Proteine erklärt

Kohlenhydrate: Aufbau und Klassifizierung

Kohlenhydrate sind Biomoleküle, die aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) bestehen. Sie enthalten eine Carbonylgruppe, die entweder als Aldehyd oder Keton vorliegt.

Klassifizierung

• Monosaccharide: Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen.
• Oligosaccharide: Bestehen aus 2 bis 10 Monosacchariden.
• Polysaccharide: Bestehen aus mehr als 10 Monosacchariden.

Kohlenhydrate können zudem mit Fetten (Glycolipide) oder Proteinen (Glykoproteine) verbunden sein.

Wichtige Vertreter

• Triosen: Dihydroxyaceton und Glycerinaldehyd.
• Pentosen: D-Ribose (RNA), D-2-Desoxyribose (DNA) und D-Ribulose.
• Hexosen: Glucose (Energielieferant, bildet Glucopyranose) und Fructose (bildet Fructofuranose).

Disaccharide und Glykosidische Bindungen

Disaccharide entstehen durch die Verbindung zweier Monosaccharide unter Abspaltung von Wasser. Man unterscheidet:

• Monocarbonylisch: Die Bindung erfolgt zwischen dem Carbonyl-C eines Monosaccharids und einer Nicht-Carbonyl-Gruppe des anderen (z. B. Maltose, Lactose).
• Dicarbonylisch: Die Bindung erfolgt zwischen den Carbonyl-C-Atomen beider Monosaccharide (z. B. Saccharose).

Polysaccharide

Sie sind amorph, nicht süß und reduzieren das Fehling-Reagenz nicht. Man unterscheidet Homopolysaccharide (eine Sorte Monosaccharid) und Heteropolysaccharide. Bei β-Bindungen dienen sie der Stabilität (z. B. Cellulose, Chitin), bei α-Bindungen als Energiespeicher (z. B. Stärke, Glykogen).

Fette (Lipide)

Fette sind in Wasser unlöslich, aber in organischen Lösungsmitteln löslich. Sie bestehen primär aus C und H, teilweise auch O, P, N und S.

Fettsäuren

• Gesättigte Fettsäuren: Einfachbindungen, lineare Kohlenwasserstoffketten.
• Ungesättigte Fettsäuren: Enthalten eine oder mehrere Doppelbindungen, was zu einer geknickten Struktur führt.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Wichtige Reaktionen sind die Veresterung (Bildung von Estern) und die Verseifung (Reaktion mit NaOH oder KOH zu Seife). Lipide bilden in Wasser Mizellen oder Doppelschichten.

Proteine

Proteine sind Polymere aus Aminosäuren, die über Peptidbindungen verknüpft sind.

Strukturebenen

• Primärstruktur: Die spezifische Aminosäuresequenz.
• Sekundärstruktur: Räumliche Anordnung (z. B. α-Helix, Kollagen-Helix).
• Tertiärstruktur: Faltung der Sekundärstruktur zu einer globulären Form.
• Quartärstruktur: Zusammenschluss mehrerer Polypeptidketten.

Eigenschaften

Proteine besitzen eine Pufferkapazität, sind spezifisch in ihrer Funktion und können durch Hitze oder pH-Änderungen denaturieren (Verlust der Struktur), was bei einigen Proteinen durch Renaturierung rückgängig gemacht werden kann.