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Kohlenhydrate – Aufbau und chemische Grundlagen 08:41 min

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Transkript 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.

6 Kommentare
  1. Super gutes Video! Ich habe auf Anhieb die glycosydische Bindung verstanden, nachdem mein Biolehrer sie mir nicht einmal ansatzweise näherbringen konnte. Danke dafür

    Von Heinzheyden, vor mehr als 2 Jahren
  2. Hallo :)

    die Nummerierung der C-Atome ist festgelegt. Du musst also immer ganz genau drauf achten welches das 1. C-Atom ist.

    Von Marcel S., vor mehr als 5 Jahren
  3. Hallo,
    muss ich bei der Ringstruktur darauf achten, wo ich mit dem ersten C anfange?
    Danke für eine Antwort!

    Von Fam 4, vor mehr als 5 Jahren
  4. Hi, eine Hydroxylgruppe sitzt auch am C6-Atom, das stimmt. Hier im Video wurde exemplarisch die Hydroxygruppe am C5-Atom beschriftet.

    Von Anna-Maria Z., vor mehr als 5 Jahren
  5. Bei minute 3:16 ist doch die hydroxylgruppe am c6 atom und nicht am c5 atom?

    Von Saramaggi, vor mehr als 5 Jahren
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Kohlenhydrate – Aufbau und chemische Grundlagen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kohlenhydrate – Aufbau und chemische Grundlagen kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne biologische Funktionen der Kohlenhydrate.

    Tipps

    Bei der Keimung wird Stärke in Monosaccharide umgewandelt.

    Desoxyribose findet man im Erbmaterial.

    Lösung

    Kohlenhydrate haben unterschiedliche biologische Funktionen. So dient beispielsweise die Cellulose in den Pflanzen als Bau- und Gerüstsubstanz.

    Als Reservestoffe finden wir Kohlenhydrate unter anderem in den Samen von Pflanzen. Das im Samen enthaltende Polysaccharid, die Stärke, wird in Monosaccharide umgewandelt, damit der Embryo die für die Keimung nötige Energie erhält.

    Auch im Erbmaterial spielen Kohlenhydrate eine wichtige Rolle. Die Monosaccharide Ribose und Desoxyribose sind wichtige Grundbausteine der DNA. Ribose findest du in der RNA und Desoxyribose in der DNA.

  • Bestimme einige Kohlenhydrate und deren Bindungen.

    Tipps

    Die glykosydische Bindung von Saccharose erfolgt am $C_{1}$-Atom des einen Moleküls mit dem $C_{2}$- Atom des anderen.

    Maltose besteht aus Traubenzucker.

    Lösung

    Disaccharide bestehen aus zwei Monosaccharid-Bausteinen, die über eine glycosidische-Bindung verbunden sind.
    Die Bindung der beiden Monosaccharide erfolgt stets unter Wasserabspaltung durch die reaktionsfreudige Hydroxygruppe am $C_{1}$-Atom des einen Monosaccharids mit einer Hydroxygruppe des zweiten Monosaccharids. Dabei entsteht eine Verknüpfung über eine Sauerstoffbrücke (–O–). Die Bindung, die bei einer solchen Verknüpfung entsteht, heißt glycosydische Bindung.
    Im Disaccharid Maltose erfolgt die Bindung über das $C_{1}$-Atom des einen Glucose-Moleküls mit dem $C_{4}$-Atom des anderen Glucose-Moleküls. Die Bindung wird daher als 1,4-glykosydische Bindung bezeichnet.
    Saccharose ist ein Disaccharid aus einem Glucose- und einem Fructose-Molekül mit einer 1,2-glykosydischen Bindung.
    Lactose ist ein Disaccharid aus einem Glucose- und einem Galactose-Molekül mit einer 1,4-glykosydischen Bindung.

  • Benenne das vorliegende Monosaccharid und dessen funktionelle Gruppen.

    Tipps

    Lactose und Maltose sind Disaccharide (Zweifachzucker).

    Lösung

    Monosaccharide sind Einfachzucker, ihr Molekülgerüst besteht aus drei bis sieben C-Atomen. Alle Monosaccharide zeichnen sich durch spezielle funktionelle Gruppen aus.

    Glucose, auch Traubenzucker genannt, ist wichtig für den Energiestoffwechsel. Ein Glucosemolekül besteht aus sechs Kohlenstoffmolekülen. In den abgebildeten Kettenform befindet sich am $C_{1}$-Atom die Carbonylgruppe. An den anderen Kohlenstoffatomen sind Hydroxygruppen (OH-Gruppen) angelagert. Die Ausrichtung dieser Hydroxygruppen bestimmt mit, um welches Zuckermolekül es sich handelt.

  • Fasse Merkmale der Monosaccharide zusammen.

    Tipps

    Im griechischen steht pente für fünf.

    Glycerinaldehyd ist eine Triose.

    Lösung

    Monosaccharide sind Einfachzucker. Sie können als Kettenform oder als Ringform vorliegen. In der Mitte bestehen sie aus einem Kohlenstoffgerüst, an diesem sind Hydroxygruppen gebunden.

    Monosaccharide sind gut im Wasser löslich, daher können sie im Blut gut transportiert werden.

    Der Name der Monosaccharide leitet sich von der Anzahl der C-Atome ab. Sind 3 C-Atome enthalten, liegt eine Triose vor, die Summenformel lautet: $C_3H_6O_3$. Sind 5 C-Atome enthalten, liegt eine Pentose vor, die Summenformel lautet: $C_5H_{10}O_5$.

  • Bestimme, welche Saccharide sich vorstellen.

    Tipps

    Cellulose ist ein Polysaccharid.

    Lösung

    Kohlenhydrate findest du in zahlreichen Lebensmitteln und auch in der Natur.

    Lactose ist in der Milch der Säugetiere und somit auch in Milcherzeugnissen enthalten. Sie wird daher auch oft als Milchzucker bezeichnet. Einige Menschen besitzen eine Laktoseintolenranz und vertagen Lactose nicht so gut, da sie es nicht abbauen können. Ihnen mangelt es am Enzym Lactase, welche die Lactose in ihre Bestandteile Galactose und Glucose spaltet.

    Maltose entsteht aus den Abbau von Stärke, wenn ein Samen mit der Keimung beginnt. Es liefert dem Samen Energie. Maltose besteht aus zwei Glucose-Molekülen und ist ein Disaccharid.

    Saccharose wird auch als Haushaltszucker bezeichnet und ist ein Disaccharid aus Glucose und Fructose. Du findest Saccharose in zahlreichen Lebensmitteln.

    Cellulose ist ein Hauptbestandteil pflanzlicher Zellwände und ein Polysaccharid. Sie besteht aus mehreren hundert verknüpften Molekülen, die glycosydisch verbunden sind.

  • Erkläre, wie die Stärke aus der Kartoffel deinen Muskeln Energie liefert.

    Tipps

    Stärke ist ein Polysaccharid und wird zunächst zu einem Disaccharid abgebaut.

    Glucose kann den Muskeln Energie liefern.

    Lösung

    Die Kohlenhydrate aus Lebensmitteln wie Kartoffeln haben verschiedene biologische Funktionen. Zum Beispiel wird die Stärke aus den Kartoffeln zunächst im Mund vom Enzym Speichel-Amylase in Maltose und schließlich im Dünndarm vom Enzym Maltase weiter zu Glucose abgebaut. Die Glucose wird vom Blut zu den Zellen transportiert und kann dann zum Beispiel in Muskelzellen zur Energiegewinnung genutzt werden.

    Kohlenhydrate sind in zahlreichen Lebensmitteln enthalten, wie Brot, Käse, Fleisch, Obst und Gemüse.