Kohlenhydrate – Einführung

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Kohlenhydrate. Allgemeines: Als Vorkenntnisse solltet ihr die Grundlagen der organischen Chemie bereits beherrschen. Ihr solltet klare Vorstellungen darüber haben, was Alkohole, Aldehyde und Ketone sind. Das Ziel dieses Videos ist es, euch einen Überblick über die Kohlenhydrate zu verschaffen. Das Video ist in neun Abschnitte gegliedert. 1. Woher kommt der Name? 2. Photosynthese 3. Cellulose 4. Rohstoffe und Nahrungsbestandteil 5. Energielieferant 6. Nachwachsende Rohstoffe 7. Dreifachfunktion 8. Allgemeine Klassifikation 9. Zusammenfassung   1. Woher kommt der Name? Es gibt einen klassischen Versuch mit Zucker, den ich hier kurz beschreiben möchte. Man lässt auf Zuckerkristalle konzentrierte Schwefelsäure einwirken und erwärmt. Die Schwefelsäure in ihrer konzentrierten Form zeigt hier eine Eigenschaft, an die wir gewöhnlich nicht denken. Es ist nicht das saure Verhalten der Verbindung. Auch hat es nichts damit zu tun, dass Schwefelsäure ätzend ist. Und auch die Giftigkeit spielt hier seltsamerweise keine Rolle. Es handelt sich um eine Eigenschaft, die nur auftritt, wenn Schwefelsäure konzentriert ist. Sie ist dann nämlich hygroskopisch. Sie möchte Wasser binden. Die Schwefelsäure entzieht dem Zucker Wasser, es entsteht eine feste schwarze Substanz, Kohle. Kohle ist leicht zu unterscheiden von der weißen Ausgangssubstanz, die Reaktion hat stattgefunden. Formal gesehen besteht Zucker aus Kohle und Wasser. Es ist gewissermaßen ein Kohlenhydrat. Daher schreibt man die Kohlenhydrate mitunter als Cn(H2O) n mal. Ich setze diese Formel in eine Klammer, denn eigentlich ist sie falsch. 2. Photosynthese Ohne Kohlenhydrate ist das Leben auf der Erde nicht möglich. Grüne Pflanzen sind in der Lage die Photosynthese durchzuführen. Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser unter Einwirkung von Sonnenlicht in Anwesenheit des Katalysators Chlorophyll. Es entstehen Kohlenhydrate. Außerdem wird Sauerstoff gebildet. Kohlenhydrate sind ein wichtiger Energielieferant. Sauerstoff benötigen wir zur Atmung. 3. Cellulose Cellulose ist ein Kohlenhydrat und ein wichtiges Biopolymer. Sie ist für die Festigkeit, Form und das Wachstum von Pflanzen verantwortlich. Aber auch nach dem Tod der Pflanze behält die Cellulose ihre Bedeutung. Sie wird umgewandelt in Humus und garantiert Wachstum und Fruchtbarkeit neuer Pflanzengenerationen. Als 4. möchte ich die Kohlenhydrate als Rohstoffe und Nahrungsbestandteil kurz besprechen. Kohlenhydrate mit der allgemeinen Formel Cn(H2O) n mal kommen als Rohstoff in Holz und Baumwolle vor. Als Nahrungsbestandteil treffen wir die Kohlenhydrate in Zucker und Mehl an. Kohlenhydrate sind 5. ein wichtiger Energielieferant. Für alle Lebensfunktionen und natürlich besonders bei Sport und Spiel, benötigen wir Energie. Der Energiegehalt der Kohlenhydrate ist groß. Er trägt im Mittel etwa 16 kJ/g. Entsprechend kann man eine Rechnung aufstellen. 3 g eines Kohlenhydrates sind ausreichend für das Kochen von einer Tasse Kaffee. Bei der Überschlagsrechnung bin ich davon ausgegangen, dass Wasser von 10 Grad Celsius bis zur Siedetemperatur erwärmt werden muss. 6. Nachwachsende Rohstoffe Aus wirtschaftlichen Gründen und vom Gesichtspunkt des Umweltschutzes her, rücken nachwachsende Rohstoffe immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses. Eine Möglichkeit der Veredelung des Kohlenhydrates ist die Umwandlung von Stroh in Ethanol. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwandlung von Stärke in Polymere mit veränderten Eigenschaften. Die Polymere sollen dabei formbar und abbaubar sein. Es lassen sich noch viele weitere Beispiele aufzählen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass nachwachsende Kohlenhydrate immer mehr in den Blickpunkt von Chemie und Biotechnologie gelangen. 7. Dreifachfunktion In der lebenden Zelle erfüllen Kohlenhydrate eine dreifache Funktion. Zum einen sind Kohlenhydrate am Bau der Zelle entscheidend beteiligt. Sie sind gewissermaßen ein Gerüstbaustein. Kohlenhydrate sind eine wichtige Energiequelle, die alle Lebensprozesse überhaupt erst möglich macht. Außerdem sind Kohlenhydrate Ausgangsstoffe für die Biosynthese verschiedener Verbindungen. Wir wollen nun im Punkt 8 zur allgemeinen Klassifizierung von Kohlenhydraten kommen. Ein Teil der Kohlenhydrate sind die sogenannten Aldosen. Aldosen sind, korrekter, Polyhydroxyaldehyde. Diese Verbindungen enthalten Aldehydgruppen. Die zweite Gruppe sind die sogenannten Ketosen. Genauer gesprochen die Polyhydroxyketone. Diese Verbindungen enthalten Ketogruppen. Die Bezeichnung Polyhydroxy bedeutet, dass es sich, sowohl bei Aldosen als auch bei Ketosen, um Polyalkohole handelt. Eine zweite Möglichkeit der Klassifizierung der Kohlenhydrate besteht darin, die Zahl der Bausteine, die in das Molekül eingehen, zu benennen. Ich möchte hier die Zahl der Bausteine, die jeweilige Substanzklasse und einige wichtige Beispiele gegenüberstellen. Kohlenhydrate, die nur aus einem einzigen Baustein bestehen, bezeichnet man als Monosaccharide. Beispiele für Monosaccharide sind D-Glucose und D-Fructose. Bei zwei Bausteinen spricht man von Disacchariden. Beispiele für Disaccharide sind Saccharose und Maltose. Bei 3 Bausteinen spricht man von Trisacchariden. Ein Trisaccharid ist Streptomycin. Für die ganz Genauen, es handelt sich hier um ein Pseudotrisaccharid. Bei 4 - 10 Kohlenhydtratbausteinen spricht man von Oligosacchariden. Die Blutgruppendeterminanten zählen zu den Oligosacchariden. Wenn das Kohlenhydratmolekül aus mehr als 10 Bausteinen besteht, so nennt man es Polysaccharid. Wichtige Polysaccharide sind Cellulose, Stärke und Glykogen. 9. Zusammenfassung Die Moleküle der Kohlenhydrate bestehen formal aus den beiden Bestandteilen Kohle und Wasser, daher der Name Kohlenhydrate. Kohlenhydrate werden aus Kohlenstoffdioxid und Wasser in Anwesenheit von Chlorophyll synthetisiert. Diese Synthese bezeichnet man als Photosynthese. Die Verbrennung von Kohlenhydraten liefert im Mittel 16 kJ/g an Energie. Kohlenhydrate sind wichtige Rohstoffe. Sie sind enthalten in Holz und Baumwolle. Sie sind Nahrungsbestandteil und treten in Stärke und Zucker auf. Mehr und mehr ist man bestrebt, nachwachsende Kohlenhydrate chemisch und biochemisch zu veredeln. Aus Stroh gewinnt man Ethanol, aus Stärke entsteht ein modifiziertes Polymer. Dieses ist formbar und biologisch abbaubar. In der lebenden Zelle üben Kohlenhydrate drei wichtige Funktionen aus. Sie sind Gerüstbaustein, Energiequelle und dienen der Biosynthese. Kohlenhydrate mit Aldehydgruppen bezeichnet man als Aldosen. Enthalten sie Ketogruppen, so spricht man von Ketosen. Sowohl bei Aldosen als auch bei Ketosen handelt es sich um Polyalkohole. Man kann die Kohlenhydrate auch hinsichtlich der Zahl ihrer Bausteine entklassifizieren. Bei einem Baustein spricht man von Monosacchariden. Beispiele dafür sind Glucose und Fructose. Bei zwei Bausteinen sind es Disaccharide. Beispiele dafür sind Saccharose und Mannose. Ein Trisaccharid besteht aus drei Bausteinen, ist Streptomycin. Ein Kohlenhydrat, das 4 - 10 Bausteine enthält, bezeichnet man als Oligosaccharid. Ein Beispiel dafür sind die Blutgruppendeterminanten. Bei mehr als 10 Bausteinen spricht man von Polysacchariden. Wichtige Polysaccharide sind Cellulose, Stärke und Glykogen. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute, auf Wiedersehen.