Kohlenhydrate: Struktur, Typen und Funktionen

Kohlenhydrate: Biomoleküle, die aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) bestehen, haben die empirische Formel C_nH_2nO_n. In Ausnahmefällen können sie auch andere Atome wie Stickstoff (N), Schwefel (S) und Phosphor (P) enthalten. Diese Verbindungen können bis zu 90% der Biomoleküle im Körper ausmachen, was ihre Bedeutung unterstreicht. Sie sind auch als Kohlenhydrate bekannt, da man zunächst glaubte, sie bildeten die Struktur von Zuckern, die mit Wasser hydratisiert sind. Chemisch gesehen sind sie Aldosen oder Ketone mit mehreren Hydroxylgruppen, obwohl sie auch andere funktionelle Gruppen wie -OH (Alkohol) und -NH₂ (Amin) enthalten können.

Einfachere Kohlenhydrate, auch Oligosaccharide genannt, bestehen aus einer variablen Anzahl von Monosacchariden und können sogar mit Lipiden oder Proteinen verbunden sein. Oligosaccharide können unterteilt werden in: Holoside: Diese bestehen nur aus Zuckermolekülen. Je nach Anzahl der Monomeren gibt es unterschiedliche Oligosaccharide, die zwischen 2 und 10 Monosacchariden, einschließlich Mono- und Disacchariden, enthalten. Polysaccharide bestehen aus mehreren sich wiederholenden Einheiten von Monosacchariden und werden in Homopolysaccharide, die aus nur einem Monomer bestehen, und Heteropolysaccharide, die mehr als ein Monomer enthalten, unterteilt. Heteropolysaccharide sind Kombinationen aus verschiedenen Zuckermolekülen und anderen Molekülen, die keine Kohlenhydrate sind, wie Glykolipide und Glykoproteine.

Monosaccharide sind weiße, kristalline Feststoffe, die in Wasser löslich sind und einen reduktiven Charakter aufweisen. Sie haben einen charakteristischen süßen Geschmack, der als Zucker bezeichnet wird. Monosaccharide enthalten zwischen 3 und 7 Kohlenstoffatomen, wie Triose (Glycerinaldehyd), Tetrose (Erythrose), Pentosen (Ribose), Hexosen (Glukose) oder Heptosen. Polyole sind chemisch mit einer Aldehyd- oder Ketongruppe verbunden, je nach funktioneller Gruppe können sie Aldosen (Aldehyd an C1) oder Ketosen (Keton an C2) sein.

Disaccharide: Diese entstehen durch die Vereinigung von zwei Monosacchariden durch eine kovalente Bindung, die als glykosidische Bindung bekannt ist. Dabei wird Wasser freigesetzt. Disaccharide können Mono- oder Dicarbonylverbindungen sein, abhängig von der Position der -OH-Gruppe am anomeren Kohlenstoff des ersten Monosaccharids. Zu den häufigsten Disacchariden gehören: Maltose (Malzzucker), gebildet aus 2 Molekülen Glukose; Lactose (Milchzucker), gebildet aus 1 Molekül Glukose und 1 Molekül Galaktose; und Saccharose (Rohrzucker), gebildet aus 1 Molekül Glukose und 1 Molekül Fruktose.

Polysaccharide: Polysaccharide sind Biomoleküle, die durch die Vereinigung einer großen Anzahl von Monosacchariden gebildet werden. Sie erfüllen verschiedene Funktionen, insbesondere als Energiereserven und in struktureller Natur. Polysaccharide sind Polymere, deren konstituierende Monomere Monosaccharide sind, die wiederholt durch glykosidische Bindungen verbunden sind. Polysaccharide können durch Hydrolyse der glykosidischen Bindungen zwischen den Rückständen in kleinere Polysaccharide zerlegt werden. Die Verdauung in den Zellen, sowie im Magen und im Darm, erfolgt durch Enzyme, die als Glycosidasen bekannt sind und spezifisch für bestimmte Polysaccharide und Glykosidbindungen sind. Bei der Bildung einer glykosidischen Bindung wird ein Wassermolekül freigesetzt, während bei der Hydrolyse ein Wassermolekül verbraucht wird, sodass in einer Kette von n Monosacchariden n-1 glykosidische Bindungen entstehen.