Kohlenhydrate und Lipide: Grundlagen der Biochemie
Kohlenhydrate
Kohlenhydrate (Saccharide) sind organische Verbindungen mit der allgemeinen Formel CnH2nOn. Sie erfüllen Strukturfunktionen (Zellwände, Membranen von Pflanzen und Bakterien, Chitin im Außenskelett von Arthropoden, Bindegewebe) und sind zentrale Nährstoffe, Zwischenprodukte des Stoffwechsels und Energiespeicher. Außerdem haben sie industrielle, Verteidigungs- und hormonelle Bedeutung.
Monosaccharide
Monosaccharide besitzen eine Carbonylgruppe und sind entweder Aldosen (Aldehydgruppe) oder Ketosen (Ketogruppe). Nach der Anzahl der Kohlenstoffatome unterscheidet man Triosen, Tetrosen, Pentosen und Hexosen.
Sie sind feste, kristalline Stoffe, die gut in Wasser löslich sind, farblos sind und süß schmecken. Sie besitzen asymmetrische Kohlenstoffatome und treten daher als Rechtsdrehende (D-) und Linksdrehende (L-) Isomere sowie als Enantiomere auf. Epimere unterscheiden sich nur in der Position einer OH-Gruppe. Bei der Ringbildung entstehen Anomere (α- oder β-Form, trans bzw. cis). In ringförmiger Gestalt liegen Aldopentosen als Furanosen und Hexosen als Pyranosen vor, meist in der Sesselkonformation.
Wichtige Derivate sind Zuckerphosphate, Desoxyzucker, Zuckeralkohole (Polyalkohole) und Aminozucker.
Disaccharide
Disaccharide entstehen durch glykosidische Bindung zweier Monosaccharide. Beispiele sind Maltose (Malzzucker), Lactose (Milchzucker, kommt bei Säugetieren vor), Saccharose (Haushaltszucker) und Cellobiose. Sie besitzen teilweise reduzierende Eigenschaften, wobei Saccharose nicht reduzierend wirkt. In der Natur kommen Disaccharide, anders als Monosaccharide, nur selten frei vor.
Polysaccharide
Homopolysaccharide bestehen aus gleichen Bausteinen, z. B. Cellulose, Chitin, Stärke und Glykogen. Sie sind meist wasserunlöslich oder bilden kolloidale Dispersionen und sind nicht reduzierend.
Heteropolysaccharide bestehen aus verschiedenen Bausteinen, z. B. Hemicellulose, Pektin, Agar-Agar, Gummen, Schleimstoffe, Peptidoglykane und Glykosaminoglykane.
Weitere Kohlenhydratverbindungen
Glykolipide (Kohlenhydrat + Lipid), z. B. Cerebroside und Gangliosoide. Glykoproteine (Kohlenhydrat + Protein), z. B. Prothrombin und Immunglobuline, die als Enzyme oder Hormone aktiv sind. Herzstärkende Glykoside wie Digitalisglykoside sowie Cyanogenetische und Anthracen-Glykoside gehören ebenfalls dazu.
Lipide
Lipide sind eine sehr heterogene Stoffgruppe mit unterschiedlicher Struktur und Funktion. Sie bestehen hauptsächlich aus C, H und O, selten auch aus N oder P. Sie sind ölig oder fettig, meist unlöslich in Wasser, aber löslich in organischen Lösungsmitteln.
Fettsäuren
Fettsäuren sind monocarboxylische Säuren mit meist einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen und sind amphipatisch. Gesättigte Fettsäuren enthalten keine Doppelbindungen und sind bei Raumtemperatur meist fest. Ungesättigte Fettsäuren enthalten eine oder mehrere Doppelbindungen und sind bei Raumtemperatur meist flüssig.
Klassifikation der Lipide nach Struktur
Verseifbare Lipide enthalten Fettsäuren, die mit Alkoholen esterartige Bindungen eingehen, z. B. Fette, Wachse, Phospholipide und Sphingolipide. Unverseifbare Lipide enthalten keine Fettsäuren in Esterbindung, z. B. Steroide und Terpene sowie Prostaglandine.
Biologische Bedeutung der Lipide
Strukturell: Phospholipide sind Bestandteile der meisten Membranen. Energetisch: Fette sind der wichtigste Energiespeicher bei Tieren und Pflanzen. Vitaminisch: Die Vitamine A, D, E und K sind Lipide. Hormonell: Sexualhormone und Cholesterin bilden eine wichtige Gruppe von Lipiden.