Kohlenhydrate und Lipide: Struktur, Eigenschaften und Funktionen

Kohlenhydrate

Kohlenhydrate sind Biomoleküle, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Die Atome der Alkoholgruppe (Hydroxylgruppe) sind ein Sauerstoff (O) und ein Wasserstoff (H). In allen Kohlenhydraten gibt es eine Carbonylgruppe, eine Sauerstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung (C=O). Die Carbonylgruppe kann eine Aldehydgruppe (CHO) oder eine Ketogruppe (CO) sein. Kohlenhydrate können daher als Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone definiert werden.

Klassifizierung von Kohlenhydraten

• Holosaccharide: Bestehen ausschließlich aus Kohlenhydraten und werden nach der Anzahl der Monomere unterteilt:
  • Oligosaccharide: Zwischen 2 und 10 Monomere.
  • Polysaccharide: Wiederholende Einheiten von Monosacchariden, die unterteilt sind in:
    • Homopolysaccharide: Wiederholung eines Monomers.
    • Heteropolysaccharide: Enthalten mehr als eine Art von Monomer.
• Glykoside: Komplexe Verbindungen aus Monosacchariden und anderen Molekülen.

Oligosaccharide und die O-glykosidische Bindung

Oligosaccharide entstehen durch die Vereinigung von bis zu 10 Monosacchariden über O-glykosidische Bindungen. Wenn der Kohlenstoff einer Hydroxylgruppe eines Monosaccharids mit dem Kohlenstoff der Hydroxylgruppe eines anderen Monosaccharids reagiert, werden beide durch eine O-glykosidische Bindung verbunden. Dabei entstehen ein Disaccharid und ein Wassermolekül. Wenn die Verbindung zwischen zwei anomeren Kohlenstoffen besteht, spricht man von einer dicarbonylischen Bindung und einem nicht-reduzierenden Disaccharid. Wichtige Disaccharide sind: Maltose, Isomaltose, Cellobiose, Lactose und Saccharose.

Polysaccharide

Polysaccharide bestehen aus Hunderten oder Tausenden von Monosacchariden, die über O-glykosidische Bindungen verknüpft sind. Wichtige Polysaccharide sind: Stärke und Glykogen (Energiespeicher) sowie Zellulose und Chitin (Strukturpolysaccharide).

Lipide

Lipide sind chemisch diverse Verbindungen, die durch ihre Unlöslichkeit in Wasser und Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln gekennzeichnet sind.

Funktionen von Lipiden

• Schutz
• Regulation
• Energie
• Struktur
• Transport

Physikalische Eigenschaften von Lipiden

Lipide fühlen sich ölig an, haben einen Fettglanz, sind weniger dicht als Wasser und schlechte Wärmeleiter.

Chemische Eigenschaften von Lipiden

Einige wichtige Reaktionen von Lipiden sind:

• Verseifung (Fettsäuren, Glyceride, Wachse, Phospholipide)
• Veresterung (Steroide)

Fettsäuren

Fettsäuren sind Bestandteile der Lipide. Sie sind organische Säuren mit einer Kohlenwasserstoffkette von 12 bis 20 Kohlenstoffatomen. Sie können gesättigt (keine Doppelbindungen) oder ungesättigt (mit Doppelbindungen) sein. Fettsäuren sind amphiphil. Die Anzahl der Doppelbindungen beeinflusst den Schmelzpunkt und ob das Lipid bei Raumtemperatur flüssig oder fest ist.

Glyceride

Glyceride sind Ester von Glycerin und Fettsäuren. Es gibt Monoacylglyceride, Diacylglyceride und Triacylglyceride. Die Verseifung eines Triacylglycerids mit starken Basen wie Natronlauge oder Kalilauge ergibt die entsprechenden Natrium- oder Kaliumsalze der Fettsäuren und Glycerin.

Wachse

Wachse sind Ester einer Fettsäure und eines langkettigen Alkohols. Sie sind aufgrund ihrer langen Kohlenwasserstoffketten bei Raumtemperatur fest und haben einen niedrigen Schmelzpunkt. Sie sind wasserabweisend und haben Schutzfunktionen, z. B. im Gehörgang.

Phospholipide

Phospholipide sind Lipide, die aus Fettsäuren, einem Alkohol und Phosphorsäure bestehen, oft in komplexer Form. Klassen: Phosphoglyceride, Sphingolipide. Phosphoglyceride bestehen aus Fettsäuren, Glycerin, Phosphorsäure und einem Alkohol. Der Alkohol kann sein: Cholin, Inositol, Glycerin, Serin, Ethanolamin.

Amphiphile Lipide

Amphiphile Lipide sind Strukturbestandteile von biologischen Membranen. Sie bilden in wässriger Umgebung Monoschichten, wobei der hydrophile Teil des Lipids in Wasser eintaucht.