Kohlenhydrate: Struktur, Klassifikation und Bedeutung

Kohlenhydrate sind Biomoleküle, die aus einer oder mehreren Ketten bestehen und Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Viele Zucker sind süß.

Klassifikation der Kohlenhydrate

Monosaccharide

Monosaccharide sind Kohlenhydrate, die aus einer einzigen Kette bestehen und zwischen 3 und 7 Kohlenstoffatome enthalten. Sie werden durch Hinzufügen der Endung -ose benannt, z.B. Triose, Pentose, Hexose und Heptose.

Physikalische Eigenschaften

• Fest
• Weiß
• Kristallin
• Wasserlöslich
• Süßer Geschmack

Die Löslichkeit ist auf die hohe Polarität der Wasserstoff- und Hydroxylradikale zurückzuführen.

Chemische Eigenschaften

Monosaccharide sind in der Lage, Elektronen abzugeben (Oxidation). Sie sind die wichtigste Energiequelle für Zellen. Sie können auch mit Aminen (mit Amino-Gruppe -NH2) oder Säuren reagieren.

Prozess der Reduktion des Fehling-Reagenz: Die Fähigkeit zur Oxidation wird im Labor verwendet, um ihre Anwesenheit zu identifizieren und ihre Konzentration durch qualitative und quantitative Analyse zu bewerten.

Triosen

Triosen sind Kohlenhydrate, die aus einer Kohlenstoffkette mit 3 C-Atomen und der Summenformel C3H6O3 bestehen. Es gibt zwei Arten von Triosen: Aldotriosen (mit einer Aldehydgruppe) und Ketotriosen (mit einer Ketongruppe).

Optische Aktivität

Die Präsenz von asymmetrischen Kohlenstoffatomen ermöglicht die optische Aktivität: Drehung nach rechts (rechtsdrehend) oder nach links (linksdrehend).

Tetrosen

Tetrosen sind Kohlenhydrate, die aus 4 C-Atomen bestehen. Es gibt zwei Aldotetrosen (Erythrose und Threose) und eine Ketotetrose (Erythrulose).

Pentosen

Pentosen sind Monosaccharide mit 5 C-Atomen. Die stabile Struktur ist zyklisch, nicht linear.

Hexosen

Hexosen sind Monosaccharide mit 6 C-Atomen. Die wichtigsten Hexosen sind Glucose und Fructose. Hexosen haben 4 asymmetrische Kohlenstoffatome.

Glucose

Glucose liefert die meiste Energie, die Zellen benötigen, aufgrund ihrer Fähigkeit, die Zellmembran ohne weitere Probleme zu passieren.

Galactose

Galactose wird im tierischen Urin in Form von β-D-Galactose gefunden.

Mannose

Mannose kommt in bestimmten pflanzlichen Geweben in Form von D-Mannose vor.

Ketohexose

Eine der wichtigsten Ketohexosen ist D-Fructofuranose (mit fünfeckiger zyklischer Form), die linksdrehend ist und auch Lävulose genannt wird.

Disaccharide

Disaccharide entstehen durch die Vereinigung von zwei Monosacchariden durch eine O-glykosidische Bindung.

Maltose

Maltose besteht aus zwei Molekülen D-Glucopyranose, die durch eine α(1-4)-Bindung verbunden sind. Sie kommt in Gerste vor.

Cellobiose

Cellobiose besteht aus zwei Molekülen D-Glucopyranose, die durch eine β(1-4)-Bindung verbunden sind. Sie entsteht durch Cellulosehydrolyse.

Lactose

Lactose besteht aus einem D-Galactopyranose-Molekül, das an ein D-Glucopyranose-Molekül durch eine β(1-4)-Bindung gebunden ist. Sie kommt in der Milch von Säugetieren vor.

Saccharose

Saccharose besteht aus einem Molekül D-Glucopyranose und einem Molekül D-Fructofuranose, die durch eine (1-2)-Bindung verbunden sind. Sie kommt im Rohrzucker vor. Sie ist rechtsdrehend, aber die resultierende Mischung aus D-Glucose und D-Fructose ist linksdrehend.

Polysaccharide

Polysaccharide entstehen durch die Vereinigung von vielen Monosacchariden durch O-glykosidische Bindungen.

Homopolysaccharide

Homopolysaccharide sind Polymere eines einzigen Typs von Monosaccharid, z.B. Stärke, Glykogen, Cellulose und Chitin.

Stärke

Stärke ist das Reservepolysaccharid von Pflanzen.

Amylose

Amylose ist ein Polymer aus Maltose, das über eine α(1-4)-Bindung verbunden ist und eine schraubenförmige Struktur aus sechs D-Glucose-Molekülen bildet.

Amylopektin

Amylopektin ist ein Polymer aus Maltose, das über (1-4)-Bindungen verbunden ist, mit Verzweigungen in (1-6)-Bindungen.

Glykogen

Glykogen ist ein Polymer mit Energiereservefunktion in Tieren. Es ist ein Polymer aus Maltose, das über α(1-4)-Bindungen verbunden ist, mit vielen Verzweigungen in α(1-6)-Bindungen.

Cellulose

Cellulose ist ein Polymer mit selbsttragender Funktion in der pflanzlichen Zellwand. β-Glucose ist über β(1-4)-Bindungen verbunden.

Chitin

Chitin ist das Exoskelett von Tieren, ein Polymer von N-Acetyl-β-Glucosamin, das über (1-4)-Bindungen verbunden ist.

Heteropolysaccharide

Heteropolysaccharide bestehen aus mehr als einer Art von verschiedenen Monosacchariden, z.B. Agar, Pektin und Gummi arabicum.