Kohlenhydrate und Lipide: Struktur, Funktion und Klassifizierung

Kohlenhydrate: Glykosidbindungen und Polysaccharide

O-Glykosidbindungen und Disaccharide

Disaccharide sind Kohlenhydrate, die aus zwei Monosaccharid-Einheiten bestehen, die durch eine O-Glykosidbindung miteinander verknüpft sind.

Maltose (Malzzucker)

Maltose entsteht durch die Hydrolyse von Stärke oder Glykogen. Sie besteht aus zwei α-D-Glucose-Molekülen, die durch eine leicht hydrolysierbare α-(1→4)-O-Glykosidbindung verbunden sind. Maltose hat reduzierenden Charakter.

Laktose (Milchzucker)

Laktose ist der Milchzucker, der in Säugetieren vorkommt. Sie wird durch die β-(1→4)-O-Glykosidbindung von β-D-Galaktose und α-D-Glucose gebildet. Laktose hat reduzierenden Charakter.

Saccharose (Haushaltszucker)

Saccharose wird aus Zuckerrohr und Zuckerrüben gewonnen. Sie ist eine Verbindung aus α-D-Glucose und β-D-Fructose, die über eine α, β-(1→2)-O-Glykosidbindung verknüpft sind. Saccharose hat keinen reduzierenden Charakter.

Cellobiose

Cellobiose kommt in der Natur nicht im freien Zustand vor, sondern entsteht durch die Hydrolyse von Cellulose. Sie besteht aus zwei β-D-Glucose-Molekülen, die durch eine β-(1→4)-O-Glykosidbindung verbunden sind. Cellobiose hat reduzierenden Charakter und ist schwer zu hydrolysieren.

Zellulose

Cellulose ist ein lineares Polymer aus β-D-Glucose-Molekülen. Zwischen den Glucose-Molekülen innerhalb einer Kette sowie zwischen parallelen Ketten bilden sich intramolekulare und intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen. Dies verleiht der Cellulose eine hohe strukturelle Festigkeit. Cellulose kann nur durch bestimmte Enzyme (Cellulasen) vollständig zu Glucose hydrolysiert werden.

Polysaccharide

Polysaccharide sammeln sich als unlösliche Körnchen im Zytoplasma an. Dies verhindert eine Erhöhung des osmotischen Drucks, die bei der Speicherung freier Glucose-Moleküle auftreten würde.

Stärke

Stärke ist ein Homopolysaccharid und besteht aus zwei Hauptkomponenten:

• Amylose: Lineare Ketten von α-D-Glucose-Molekülen, die eine schraubenförmige Wicklung annehmen.
• Amylopektin: Stark verzweigte Ketten von α-D-Glucose-Molekülen.

Stärke findet sich in Wurzeln, Knollen oder Samen. Sie wird durch Enzyme, sogenannte Amylasen, hydrolysiert, die in den meisten Organismen synthetisiert werden und Glucose und Maltose liefern.

Glykogen

Glykogen ist die Energiereserve tierischer Zellen; seine Struktur ähnelt der von Amylopektin-Ketten, ist aber noch stärker verzweigt. Es wird als Granulat in der Leber und der Skelettmuskulatur gespeichert, wo es bei Bedarf leicht hydrolysiert wird und große Mengen Glucose liefert.

Lipide: Struktur, Eigenschaften und Funktionen

Allgemeine Eigenschaften der Lipide

Lipide bestehen chemisch hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff; manchmal enthalten sie auch Phosphor und Schwefel. Der Sauerstoffanteil in diesen Verbindungen ist im Verhältnis zu Kohlenstoff und Wasserstoff sehr gering.

Physikalische Eigenschaften

Lipide sind ölig anfühlende Substanzen, die in Wasser schwer löslich (hydrophob), aber in unpolaren organischen Lösungsmitteln (z.B. Ether, Chloroform, Benzol) gut löslich sind. Diese Lösungsmittel werden verwendet, um Lipide aus Zellen und Geweben zu extrahieren.

Biologische Funktionen

• Struktur: Lipide sind die wichtigsten Bestandteile von Zellmembranen.
• Energiespeicher: Triacylglyceride (Fette) dienen als effiziente und kompakte Energiereserven.
• Isolation: Sie bieten thermische und mechanische Isolation.
• Signalmoleküle: Einige Lipide fungieren als Hormone oder Botenstoffe.

Klassifizierung der Lipide

Lipide können basierend auf ihrer chemischen Struktur und Reaktivität klassifiziert werden:

• Verseifbare Lipide: Sie enthalten Fettsäuren und können durch Hydrolyse (Verseifung) Seifen bilden. Dazu gehören Triacylglyceride, Phospholipide und Sphingolipide.
• Unverseifbare Lipide: Sie enthalten keine Fettsäuren und nehmen nicht an Verseifungsreaktionen teil. Beispiele hierfür sind Terpene, Steroide und Prostaglandine.

Fettsäuren (Monocarbonsäuren)

Fettsäuren sind organische Monocarbonsäuren mit einer langen Kohlenwasserstoffkette, typischerweise mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen (zwischen 10 und 22).

• Gesättigte Fettsäuren: Sie enthalten keine Doppelbindungen in ihrer Kohlenstoffkette und sind in der Regel bei Raumtemperatur fest.
• Ungesättigte Fettsäuren: Sie besitzen eine oder mehrere Doppelbindungen in ihrer Kohlenstoffkette. Im letzteren Fall werden sie als mehrfach ungesättigt bezeichnet. Einige dieser Fettsäuren können von Säugetieren nicht synthetisiert werden und sind für die Entwicklung essentiell. Sie werden manchmal als Vitamin F bezeichnet, obwohl sie keine echten Vitamine sind.