Kohlenhydratmoleküle: Struktur, verschiedene Typen und Beispiele

Viele natürliche Materialien sind Polymere, darunter die Zellulose des Holzes und die Kohlenhydrate in Lebensmitteln. Diese werden Biopolymere genannt und sind riesige Moleküle, die aus Ketten oder Netzwerken verbundener kleiner organischer Moleküle bestehen. Vier der wichtigsten biologischen Molekülklassen sind Proteine, Lipide, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate. Dieser Artikel gibt einen allgemeinen Überblick über die als Kohlenhydrate bezeichneten Kohlenstoffatome, was sie sind und warum sie wichtig sind.

Kohlenhydrate sind, wie der Name schon sagt, Kohlenstoffhydrate. Das bedeutet, dass sie Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Im Allgemeinen lautet die Formel für ein Kohlenhydratmolekül CH₂O, und das Elementarverhältnis für ein Kohlenhydrat beträgt 1:2:1 für C: H:O.

Ein... machenPolymerjeglicher Art benötigen Sie Monomere. Monomere sind die einzelnen Einheiten, die die Bausteine ​​der längeren Kette sind. Die Monomere von Kohlenhydraten sind Monosaccharide. Monosaccharide können entweder in einer geraden Kohlenstoffkette oder in einem Ring gefunden werden. Alle Monosaccharide haben die Formel C

Disaccharide werden durch eine Dehydratisierungsreaktion gebildet, bei der Monosaccharide zusammenkommen. Eine fortgesetzte Dehydratisierung führt zur Zugabe von mehr Monomeren, um ein Polysaccharid zu bilden.

Einfache Kohlenhydrate werden als Einfachzucker bezeichnet. Polysaccharide sind sogenannte komplexe Kohlenhydrate. Chemisch gesehen bedeutet das drei oder mehr verbundene Zucker. Beispiele für übliche Disaccharide und Polysaccharide sind unten angegeben.

Glukose ist das häufigste Kohlenhydrat und eines der wichtigsten. Glucose ist eine Aldose (in der Kettenform enthält sie einen Aldehyd) und eine Hexose (Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen). In wässriger Lösung liegt Glucose hauptsächlich in cyclischer Form vor.

Glukose wird von Pflanzen während der Photosynthese unter Verwendung von Kohlendioxid und Sonnenlicht hergestellt. Glukosemoleküle werden zu Stärke für die Speicherung in Pflanzen verarbeitet. Menschen erhalten Glukose durch den Verzehr von Pflanzen.

Menschen verwenden Glukose zur Energiegewinnung. Die Prozesse der Glykolyse und Zellatmung ermöglichen es der Zelle, Glukosemoleküle abzubauen, um Energie aus der Nahrung zu gewinnen, die Sie essen. Durch die Zellatmung regenerieren Sie am Ende ATP-Moleküle, die die Energiewährung des Körpers sind.

Fructose ist ein weiteres häufiges Monosaccharid. Sie haben vielleicht schon von „hohem Fructose“ in Speisen und Getränken gehört. Das ist die Fruktose, von der sie sprechen! Fructose ist wie Glucose eine Hexose, jedoch eine Ketose anstelle einer Aldose. Der gewöhnliche Haushaltszucker ist ein Disaccharid, das aus einem Glucosemolekül und einem Fructosemolekül besteht. Haushaltszucker ist chemisch als Saccharose bekannt, und Sie können weiter unten mehr darüber lesen.

Galactose ist ein weiteres Monosaccharid, das eine Aldose und eine Hexose ist. Es wird häufig als Monosaccharid in Erbsen gefunden.

Galaktosämie ist eine Krankheit, bei der das Enzym, das zur Umwandlung von Galaktose in Glukose benötigt wird, nicht vorhanden ist. Dies ist ein großes Problem für Neugeborene, wenn sie nicht frühzeitig erkannt werden. Ohne das Enzym ist der Galaktosespiegel im Blut hoch und kann eine Vielzahl von Symptomen verursachen, einschließlich Gewichtsverlust und Gelbsucht. Bei frühzeitiger Entdeckung können alle Galaktosequellen aus der Ernährung des Kindes entfernt werden. Schließlich entwickelt das Kind einen alternativen Stoffwechselweg für Galactose.

Sie haben vielleicht schon von diesem Zucker als Teil eines anderen wichtigen biologischen Makromoleküls gehört: Nukleinsäuren. Ribose und Desoxyribose sind wichtige Bestandteile von Nukleinsäuren. Sie bilden das Zucker-Phosphat-Rückgrat. Ribose kommt in RNA vor und Desoxyribose kommt in DNA vor.

Disaccharide werden gebildet durch aDehydratisierungsreaktion. Wenn beispielsweise zwei Glucosemoleküle ein Disaccharid bilden, bilden die Alkoholgruppe an einer Glucose und der Wasserstoff der Alkoholgruppe an einem anderen Alkohol Wasser. Übrig bleibt eine Bindung durch einen Sauerstoff zwischen den beiden Monomeren. Diese Bindung wird als glykosidische Bindung oder glykosidische Bindung bezeichnet.

Disaccharide können vom Menschen nicht verstoffwechselt werden. Warum? Nun, ein Disaccharid ist zu groß, um die Zellmembran zu passieren. Daher müssen alle Disaccharide (oder größere Ketten) zuerst durch ein Enzym abgebaut werden. Danach können die konstituierenden Monosaccharide metabolisiert werden.

Sie kennen sich wahrscheinlich sehr gut mit Saccharose aus. Saccharose ist auch als Haushaltszucker oder einfach Zucker bekannt. Saccharose ist der Zucker, den Sie der Mischung hinzufügen, wenn Sie versuchen, einen Kuchen zu backen.

Saccharose entsteht, wenn Glucose und Fructose ein Disaccharid bilden. Da Fructose süßer ist als Saccharose, wird die Lösung noch süßer, wenn Saccharose in ihre Bestandteile hydrolysiert wird. Bienen hydrolysieren Saccharose in Glucose und Fructose. Deshalb ist Honig so süß.

Um Saccharose abzubauen, benötigen Sie das Enzym Saccharase.

Lactose ist der in Milch enthaltene Zucker. Es kommt in der Milch von Menschen und anderen Säugetieren vor. Lactose besteht aus Galactose und Glucose. Es ist bei weitem nicht so süß wie Saccharose (wie Sie sich wahrscheinlich vorstellen können, da Milch nicht so süß wie Zucker ist!).

Um Laktose in ihre Bestandteile aufzuspalten, benötigen Sie das Enzym Laktase. Personen, die keine Laktase haben, werden als „Laktoseintoleranz“ bezeichnet. Viele Menschen sind etwas laktoseintolerant; sie wissen es vielleicht nur nicht.

Maltose ist ein Disaccharid, das aus zwei Glucosemonomeren gebildet wird. Um Maltose abzubauen, benötigt der menschliche Körper das Enzym Maltase.

Polysaccharide sind Ketten von Monosacchariden, die durch viele glykosidische Bindungen verbunden sind. Polysaccharide sind die am häufigsten vorkommenden Kohlenhydratmoleküle in lebenden Organismen, da sie eine Vielzahl von Funktionen erfüllen, einschließlich der Strukturierung von Pflanzen und der Energiespeicherung.

Sie werden durch die Reaktion zwischen der Alkoholgruppe (-OH) eines Glucosemoleküls und der Alkoholgruppe eines anderen Glucosemoleküls gebildet, wodurch Verknüpfungen entstehen. Diese Verknüpfungen werden immer wieder zwischen Monosacchariden hergestellt. Diese Art von Reaktion wird als Kondensationspolymerisationsreaktion (oder Dehydratisierungssynthese) bezeichnet. weil ein Wassermolekül aus der OH-funktionellen Gruppe des einen Alkohols und dem H aus dem anderen gebildet wird Alkohol.

Stärke ist eines der wichtigsten Kohlenhydrate, da es einen Großteil der menschlichen Ernährung ausmacht. Stärke ist ein Polymer, das Glukose in Pflanzen speichert, insbesondere in Knollen (denken Sie an Kartoffeln). Während Menschen Stärke zur Energiegewinnung essen können, können Pflanzen auch Stärke abbauen und die Glukose zur Energiegewinnung verwenden, wenn sie nicht so viel Photosynthese betreiben können.

Dieses Polysaccharid besteht aus Amylose (Glukoseketten) und Amylopektin (verzweigte Glukoseketten).

Um Stärke abzubauen, verwendet der menschliche Körper viele Enzyme, die zusammen als Amylasen bekannt sind. Diese Enzyme spalten die langen Stärkeketten in kleinere Einheiten auf, die der menschliche Körper verstoffwechseln kann. Amylasen können in Ihrem Mund gefunden werden. Deshalb beginnt die Verdauung im Mund.

Cellulose ist ein in Pflanzen vorkommendes Kohlenhydrat. Es ist ein lebenswichtiger struktureller Bestandteil der Wände von Pflanzenzellen. Sie finden es auch in verschiedenen Pflanzenfasern wie denen von Baumwolle. Ohne Zellulose wären Pflanzen viel schlaffer.

Cellulose ist ein lineares Glucosepolymer. Die besondere Konformation der glykosidischen Bindungen in Cellulose ist für den Menschen nicht verdaulich. Daher kann der Mensch Stärke essen, aber keine Zellulose.

Glykogen ist das Polysaccharid, das Tiere verwenden, um Energie zu speichern. Glykogen, das aus stark verzweigten Glukoseketten besteht, wird hauptsächlich in der Leber gespeichert. Wenn Sie nichts essen oder nüchtern sind, verwendet Ihr Körper das Glykogen, das sich in diesen Speichern befindet, um die Glukose zu gewinnen, die Sie als Energiequelle benötigen.