Kohlenhydrate – Aufbau und chemische Grundlagen

Hallo. Willkommen zum Video über die chemischen Grundlagen der Kohlenhydrate. In diesem Video lernst du welche biologischen Funktionen Kohlenhydrate haben und die chemischen Grundlagen. Es wird erklärt was Mono-, Di- und Trisaccharide sind. Außerdem wird auf die glycosidische Bindung eingegangen und als Letztes besprechen wir die Polysaccharide. Kohlenhydrate haben unterschiedliche biologische Funktionen. Sie dienen als Bau- und Gerüstsubstanzen, als Reservestoffe und als Grundlage des Energiestoffwechsels. Wir kommen zu den chemischen Grundlagen. Manche Kohlenhydrate schmecken süß und werden als Zucker bezeichnet. Die einfachsten Zucker sind die Monosaccharide. Das Molekülgerüst besteht aus drei bis sieben C-Atomen. Dementsprechend werden sie unterschiedlich benannt. C3 ist ein Molekül mit drei Kohlenstoffatomen und es wird “Triose” genannt. C5 wäre eine “Pentose” und C6 eine “Hexose”. Die Summenformel ist immer ein Vielfaches von CH₂O. C₆H₁₂O₆ ist zum Beispiel die Glucose. Alle Zuckermoleküle und somit auch Monosaccharide zeichnen sich durch bestimmte funktionelle Gruppen aus. Dazu gehört die Carbonylgruppe, die schaut so aus, und mehrere Hydroxygruppen, also OH-Gruppen. Besonders biologisch wichtig sind die beiden Zucker Glucose, die als Traubenzucker, und die Fructose, die als Fruchtzucker bezeichnet wird. Beide Zucker werden vom Energiestoffwechsel zur Energiegewinnung gebraucht. Besonders biologisch wichtig sind die Monosaccharide Ribose und Desoxyribose, da sie beide Grundbausteine des Erbmaterials darstellen. Ribose ist in der RNA enthalten, ausformuliert Ribonukleinsäure und Desoxyribose in der DNA, also der Desoxyribosenukleinsäure. Wir malen jetzt ein Glukosemolekül. Die sechs Kohlenstoffatome sind als Kette angeordnet und werden durchnummeriert. Am C1-Atom befindet sich die Carbonylgruppe. Außerdem weist das Molekül mehrere Hydroxy-, also OH-Gruppen auf. Die Ausrichtung der OH-Gruppen bestimmt mit, um welches Zuckermolekül es sich handelt. Du siehst die lineare Form der Glucose. Die Kohlenstoffatome können auch eine Ringstruktur ausbilden, in dem die Carbonylgruppe am C1-Atom mit der Hydroxylgruppe am C5-Atom reagiert. Wir kommen jetzt zu den chemischen Grundlagen der Saccharide. Du hast gerade über die Einfachzucker, also die Monosaccharide gelernt, am Beispiel der Glucose. Monosaccharide können sich auch zu Zweifachzuckern, den sogenannten Disacchariden, zusammenlagern. Dreifachzucker sind dementsprechend Trisaccharide. Mehrfachzucker werden als Polysaccharide bezeichnet. Sie stellen eine lange Kette aus Monosacchariden dar. Wir kommen jetzt zu den chemischen Grundlagen der Disaccharide, also der Zweifachzucker. Diese bestehen aus zwei Monosaccharid-Bausteinen, also zwei Einfachzuckern. Bei der Bindung zwischen diesen beiden Bausteinen ist immer die reaktionsfähige Hydroxygruppe am C1- Atom beteiligt. Diese reagiert mit der Hydroxygruppe eines anderen Zuckermoleküls unter Wasserabspaltung. Die entstandene Bindung wird als glycosidische Bindung bezeichnet. Die Bindung erfolgt in diesem Fall zwischen dem C1 und dem C4-Atom. Deshalb spricht man von einer 1,4-glycosidischen Bindung. In diesem Fall werden zwei Glucosemoleküle miteinander verbunden. Es handelt sich also um die Maltose. Neben den zwei verbundenen Glucosemolekülen, die die Maltose darstellen und 1,4-glycosidisch verbunden sind, gibt es auch andere Disaccharide. Ist ein Glucosemolekül mit dem C5-Zucker Fructose verbunden, so spricht man von Saccharose. Es handelt sich um eine 1,2-glycosidische Bindung, also zwischen dem C1-Atom der Glucose und dem C2-Atom der Fructose. Ein Glucosemolekül verbunden mit einem Galactosemolekül bezeichnet man als Lactose oder Milchzucker. Es handelt sich auch um eine 1,4-glycosidische Bindung. Die Liste der möglichen Disaccharide ist lang. Wir kommen jetzt zu den Polysacchariden. Dabei handelt es sich um Makromoleküle beziehungsweise sogenannte Polymere aus einigen Hundert bis mehreren Tausend Monosacchariden. Sie dienen als Reservestoffe und Speichermaterial. Die wichtigsten Reservestoffe sind die Stärke bei Pflanzen und das Glycogen bei Tieren und Menschen. Polysaccharide kommen auch als Bau- und Gerüststoffe vor, etwa die Cellulose, die den Grundbaustein der pflanzlichen Zellwände darstellt. Chitin bildet das Außenskelett der Gliederfüßer, also der Insekten, Krabben und Spinnentiere und kommt bei Pilzen vor. Wir besprechen jetzt als Beispiel die Stärke. Sie besteht aus einer langen Kette aus Glucosemolekülen, die 1,4-glycosidisch miteinander verbunden sind. Wenn man die glycosidische Bindung genauer bezeichnen will, guckt man sich an, welche Ausrichtung die Hydroxygruppe am C1-Atom hat. Guckt die Hydroxygruppe nach unten, so bezeichnet man die Bindung als eine α1,4-glycosidische Bindung. Im entgegengesetzten Fall würde man den Buchstaben β benutzen. Die Stärke kommt in zwei verschiedenen Formen vor. Die Amylose besteht aus Hunderten von Glucosemolekülen, die unverzweigt schraubig gebunden sind. Amylopektin besteht hingegen aus mehreren schraubig gebundenen Molekülen, die miteinander verzweigt sind. Am Verzweigungspunkt liegt eine 1,6-glycosidische Bindung vor. Fassen wir zusammen, was du in diesem Video gelernt hast: Als erstes haben wir die biologischen Funktionen der Kohlenhydrate besprochen. Danach sind wir auf die chemischen Grundlagen der Kohlenhydrate eingegangen. Du weißt jetzt, was Saccharide sind und wie sich Monosaccharide zu Di-, Tri- und Polysacchariden zusammenlagern. Als Beispiel haben wir das Glucosemolekül besprochen. Danach sind wir näher auf die glycosidische Bindung eingegangen. Als Letztes haben wir die Polysaccharide besprochen und haben als Beispiel die Stärke drangenommen. Danke für deine Aufmerksamkeit. Tschüss. Bis zum nächsten Video.