Klassifizierung und Funktionen der Kohlenhydrate

Klassifizierung und Eigenschaften der Kohlenhydrate

Klassifizierung der Kohlenhydrate (Monosaccharide oder Osen): Nach der funktionellen Gruppe unterscheidet man zwischen Aldosen und Ketosen. Basierend auf der Anzahl der Kohlenstoffatome (C-Atome) erfolgt die Einteilung in Triosen (3), Tetrosen (4), Pentosen (5), Hexosen (6) und Heptosen (7).

Einteilung der Oside

Oside werden wie folgt unterteilt: Holoside (bestehend aus Oligo- und Polysacchariden), welche wiederum in Homopolysaccharide oder Heteropolysaccharide gegliedert werden. Zudem gibt es die Gruppe der Heteroside.

Chemische Definition der Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind als Verbindungen definiert, die aus einem Polyalkohol bestehen, bei dem eine funktionelle Hydroxylgruppe (-OH) durch eine andere funktionelle Gruppe ersetzt wurde: entweder durch eine Aldehydgruppe (Aldosen) oder eine Ketogruppe (Ketosen).

Allgemeine Merkmale und Formeln

Allgemeine Gruppe: Kohlenhydrate entstehen als organische Moleküle. Sie werden auch Saccharide genannt, da ihre empirische Formel (CH2O)n einer Kombination aus Kohlenstoff und Wasser ähnelt. Kohlenhydrate sind die am häufigsten vorkommenden Verbindungen in der Biosphäre.

Monosaccharide (Osen)

Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate, da sie nicht durch Hydrolyse in weitere einfache Zuckereinheiten zersetzt werden können. Sie bilden die Monomere, aus denen alle übrigen Kohlenhydrate aufgebaut sind.

Eigenschaften: Sie sind fest, weiß und schmecken süß. In Wasser sind sie sehr leicht löslich, jedoch unlöslich in unpolaren Lösungsmitteln (da Wasser ein polares Lösungsmittel ist). Monosaccharide besitzen Reduktionskraft, also die Tendenz, Elektronen abzugeben.

• Aldose: Ein Monosaccharid mit einer Aldehydgruppe.
• Ketose: Ein Monosaccharid mit einer Ketogruppe.

Die einfachsten Monosaccharide sind die Triosen. Die Pentosen (5 C-Atome), wie die Ribose, sind essenzielle Bestandteile der RNA.

Hexosen und ihre Bedeutung

Hexosen besitzen die allgemeine Formel C6H12O6. Ein wichtiges Beispiel ist die Glucose, die in vielen Früchten, im Honig und im Blut vorkommt. Der Blutzucker stammt aus der Verdauung von Kohlenhydraten, die in fast allen Lebensmitteln enthalten sind. Wenn Glucose abgebaut wird, liefert sie die Energie, die unser Körper benötigt.

Fructose ist eine weitere Hexose und kommt in den meisten Früchten zusammen mit Glucose vor. Galactose ist ein Bestandteil des Milchzuckers. Pentosen und Hexosen können Ringstrukturen bilden, indem die Aldehyd- oder Ketogruppen mit einer Hydroxylgruppe eines anderen Kohlenstoffatoms innerhalb desselben Moleküls interagieren.

Oside: Holoside und Heteroside

Oside: Dies sind Kohlenhydrate, die bei der Hydrolyse Monosaccharide freisetzen, teils in Verbindung mit anderen (nicht-zuckerartigen) Verbindungen.

Holoside

Diese liefern bei der Hydrolyse ausschließlich Monosaccharide. Je nach Anzahl der Einheiten unterscheidet man:

• Oligosaccharide: Bestehen aus 2 bis 10 Monosacchariden. Sie sind hydrolysierbare Zucker.
• Polysaccharide: Bestehen aus mehr als 10 Monosacchariden.

Oligosaccharide sind über O-glykosidische Bindungen miteinander verknüpft. Einige Oligosaccharide besitzen Reduktionskraft. Mit zunehmender Anzahl an Monosacchariden verlieren sie Eigenschaften wie den süßen Geschmack und die Löslichkeit.

Die O-glykosidische Bindung entsteht zwischen zwei Hydroxylgruppen von Monosacchariden, wobei ein Wassermolekül abgespaltet wird und eine Sauerstoffbrücke entsteht.

Wichtige Disaccharide und Trisaccharide

Ein Disaccharid ist die Vereinigung von zwei Monosacchariden, ein Trisaccharid die von drei Einheiten. Hierzu gehören folgende Formeln und Verbindungen:

• Saccharose: Besteht aus Glucose und Fructose (Haushaltszucker, häufig in Pflanzen wie dem Zuckerrohr).
• Maltose: Besteht aus zwei Einheiten Glucose (entsteht bei der Hydrolyse von Stärke und Glykogen).
• Lactose: Besteht aus Glucose und Galactose (der Zucker in der Milch von Säugetieren).
• Raffinose: Ein Trisaccharid aus Galactose, Glucose und Fructose, das reichlich im Pflanzensaft vorkommt.

Polysaccharide und ihre Beispiele

Polysaccharide entstehen durch die Verbindung von mehr als 10 Monosacchariden via glykosidische Bindungen. Sie haben ein sehr hohes Molekulargewicht, keinen süßen Geschmack, kristallisieren nicht und sind nicht wasserlöslich (jedoch oft hydrophil). Sie wirken nicht reduzierend.

• Stärke (Mido): Ein Homopolysaccharid, das als Energiereserve in Pflanzen dient. Es ist ein Polymer aus Glucose.
• Glykogen: Ebenso ein Polymer aus Glucose. Es dient als Energiereserve in Tieren und wird in der Leber und den Muskeln gespeichert.
• Cellulose: Ein Polymer aus Glucose und das am häufigsten vorkommende Polysaccharid in der Biosphäre.
• Chitin: Ein Homopolysaccharid mit struktureller Funktion; es ist Bestandteil des Exoskeletts von Arthropoden und der Zellwände von Pilzen.

Heteroside

Heteroside sind Verbindungen, die bei der Hydrolyse (Spaltung durch Einwirkung von Wasser) neben Monosacchariden auch andere Substanzen wie Lipide oder Proteine freisetzen. Ein Beispiel sind Glykoproteine, die aus der Verbindung von Kohlenhydraten und einer Peptidkette resultieren.

Funktionen der Kohlenhydrate

• Monosaccharide: Dienen primär der Energiegewinnung, einige haben strukturelle Funktionen.
• Oligosaccharide: Fungieren meist als Quelle für Monosaccharide.
• Polysaccharide: Dienen als Energiereserven oder übernehmen wichtige Stütz- und Strukturfunktionen.