Polysaccharide

Polysaccharide Übung

• Nenne die Merkmale von Polysacchariden.

  Tipps

  Vergleiche die Struktur von Cellulose mit Amylose.

  Lösung

  Poly bedeutet viel, weshalb man zu Polysacchariden auch Vielfachzucker sagen kann. Sie entstehen durch Verknüpfung von mehreren Einfachzuckern. Die Bausteine können dabei über glykosidische Bindungen unterschiedlich verknüpft sein ($\alpha$ / $\beta$ oder $1 \rightarrow 4$ oder $1 \rightarrow 3$ ). Polysaccharide haben verschiedene Bindungsstellen, weshalb es verzweigte und unverzweigte Vielfachzucker gibt.

  Erst wenn die Anzahl der Bausteine größer als zehn ist, wird ein Zucker zu den Polysacchariden gezählt.

• Beschreibe die Strukturmerkmale der Vielfachzucker.

  Tipps

  Ob Glucose in alpha- oder beta-Form vorliegt, erkennst du an der Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom. Zeigt sie nach unten, ist es die alpha-Form, zeigt sie nach oben, ist es die beta-Form.

  Lösung

  Der Baustein der Stärke ist die $\alpha$-D-Glucose. In der Stärke treten zwei verschiedene Polymere auf. In beiden ist die $\alpha$-D-Glucose allerdings 1 $\rightarrow$ 4-glycosidisch verknüpft. Die gebildeten Ketten können stark verzweigt auftreten (Amylopektin) oder unverzweigt (Amylose). Letztere macht nur einen kleinen Teil der Stärke aus (20-30%).

  Cellulose besteht aus $\beta$-D-Glucose, welche 1 $\rightarrow$ 4-glykosidisch und nicht verzweigt verknüpft ist. Die $\beta$-Form sorgt für die Unlöslichkeit des Moleküls.

  Callose besteht auch aus $\beta$-D-Glucose, allerdings ist diese im Molekül 1 $\rightarrow$ 3-glykosidisch verknüpft. Die Zahlen geben dabei die Nummer des verknüpften Kohlenstoffatoms im Ring an. Das erste Kohlenstoffatom ist das anomere Kohlenstoffatom.

  Das letzte Polysaccharid ist Glycogen. Es besteht aus 1 $\rightarrow$ 4-glykosidisch verknüpften Monomeren. Diese sind modifizierte $\beta$-D-Glucose. Im Unterschied zur Cellulose besitzen die Zuckerbausteine im Chitin eine Acetamidgruppe.

• Bestimme die Polysaccharide, die in folgenden Beispielen enthalten sind.

  Tipps

  Chitin kann mit Hilfe eines Proteins harte Strukturen ausbilden.

  Lösung

  Stärke besteht aus dem stark verzweigten Amylopektin und der nicht verzweigten Amylose. Sie wird (auch) als Speicherstoff von Pflanzen gebildet und zum Beispiel in den Knollen gespeichert. Diese Pflanzenteile können vom Menschen verwertet werden. Stärke nehmen wir z.B. über Kartoffeln oder Mais auf. Das Mehl, welches aus Getreide gewonnen wird, kann dann zum Kuchen- und Brotbacken genutzt werden.

  Cellulose ist aufgrund der $\beta$-$1 \rightarrow 4$-glykosidischen Verknüpfung nicht in Wasser löslich. Vom Menschen kann es nur zum Teil verwertet werden. Finden kann man es in pflanzlichen Produkten, wie zum Beispiel in Kleidung (Baumwolle) oder in Holz.

  Chitin ist aus modifizierter $\beta$-D-Glucose aufgebaut und in verschiedenen Lebewesen zu finden. Gliederfüßler und auch Knochenfische weisen dieses Polysaccharid auf. In Pilzen kann man es ebenfalls finden. In Verbindung mit einem Protein kann es harte Strukturen wie Panzer ausbilden.

• Beschreibe die Stärkespeicherung in Pflanzen.

  Tipps

  Glucose ist ein Monosaccharid und Stärke ist ein Polysaccharid.

  Lösung

  Stärke gehört zu den Vielfachzuckern und wird aus dem Baustein $\alpha$-D-Glucose gebildet. Die Monomere sind $\alpha$1,4-glykosidisch verknüpft und bilden so die zwei Bestandteile Amylose und Amylopektin. Ersterer ist unverzweigt und wasserlöslich. Im Vergleich zum zweiten Bestandteil macht er aber nur einen kleinen Teil der Stärke aus (20-30%). Amylopektin ist der Hauptbestandteil (70-80%) und ist nicht in Wasser löslich. Die Glucose-Bausteine bilden hier eine Tannenbaumstruktur aus, indem sie nicht nur $\alpha$-1,4-, sondern in bestimmten Abständen auch $\alpha$-1,6-glykosidisch verknüpft sind.

  Der Baustein Glucose wird in den Pflanzen mittels Photosynthese gebildet. Als Ausgangsstoffe dienen dazu energiearme Verbindungen, wie Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Lichtenergie kann von den Pflanzen genutzt werden, da sie lichtabsorbierende Farbstoffe, wie Chlorophyll, besitzen. Sie sind in der Lage, die aufgenommene Energie in chemische Energie umzuwandeln. Das bei dieser Reaktion entstehende Hauptprodukt Glucose ist energiereich und kann vom Organismus entsprechend genutzt werden.

• Nenne die Vorkommen von Polysacchariden als Schleimstoffe.

  Tipps

  Schleimstoffe nehmen Wasser auf und bilden schleimartige Gele.

  Lösung

  Polysaccharide haben für Lebewesen eine große Bedeutung. Sie dienen als Nährstoffe, Reservestoffe und Schleimstoffe. Als Schleimstoffe kommen sie unter anderem vor:

  • Im Speichel: Dieser besteht zum größten Teil aus Wasser und der kleine Rest aus gelösten Bestandteilen. Das Sekret wird von den kleinen Speicheldrüsen (Mundschleimhaut) und von den großen Speicheldrüsen gebildet (Ohrspeichel-, Unterkiefer- und Unterzungendrüse).
  • Im Magensaft: Dieser ist flüssig, durchsichtig, gelb bis grünlich und hat einen schwachen Eigengeruch. Ein Bestandteil des Saftes ist die Magensäure. Sie ist für die Spaltung der Nahrung verantwortlich und verändert den pH-Wert.
  • Im Spitzwegerich: Spitzwegerich gehört zur Familie der Wegerichgewächse. Man findet ihn an Wegen oder auf Wiesen. Aufgrund seiner Inhaltsstoffe kann er bei Mückenstichen oder Halsschmerzen helfen.
  • Im Huflattich: Huflattich gehört zu den Korbblütlern. Durch seine Inhaltsstoffe kann er bei Halsschmerzen oder Verschleimung behilflich sein. Zu beachten ist jedoch, dass Nebenwirkungen auftreten können. Vor Gebrauch muss sich genauestens informiert werden.

• Erkläre die Verdauung der Stärke im menschlichen Körper.

  Tipps

  Bei der Verdauung werden große Moleküle in immer kleinere zerlegt.

  Lösung

  Stärke gehört zu den Kohlenhydraten und ist ein wichtiger Energielieferant und somit Teil unserer Nahrung.

  Da Stärke als Polysaccharid nicht direkt vom Menschen aufgenommen werden kann, muss sie erst zerlegt werden. Dies geschieht durch Enzyme, wie Amylase und Disaccharidasen. Amylase befindet sich in unserem Mundraum, d.h. bereits kurz nach der Nahrungsaufnahme beginnt die enzymatische Verdauung der Stärke. Dabei wird die $1 \rightarrow 4$-glykosidische Bindung gespalten und es entstehen kleinere Teile, wie Oligosaccharide.

  Die zerkleinerte Nahrung gelangt über die Speiseröhre in den Magen. Hier herrscht ein saures Milieu, weshalb die Enzyme hier nicht mehr wirken können. Die Bauchspeicheldrüse gibt Enzyme ab, die im Dünndarm wirken. Somit kann erst hier die Verdauung der Saccharide weitergeführt werden. Sowohl die Amylase als auch Disaccharidasen sorgen dafür, dass die restliche Stärke und entstandene Tri- und Disaccharide in den Baustein Glucose zerlegt werden. Dieser ist klein genug für den Transport und wird von der Schleimhaut des Dünndarms resorbiert.