Kohlenhydratmoleküle
Kohlenhydrate sind essentielle Makromoleküle, die in drei Subtypen eingeteilt sind: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide.
Lernziele
Beschreiben Sie die Struktur von Mono -, di-und Polysacchariden
Key Takeaways
Key Points
- Monosaccharide sind einfache Zucker, die aus drei bis sieben Kohlenstoffen bestehen und als lineare Kette oder als ringförmige Moleküle existieren können.,
- Glucose, Galactose und Fructose sind Monosaccharidisomere, was bedeutet, dass sie alle die gleiche chemische Formel haben, sich aber strukturell und chemisch unterscheiden.
- Disaccharide bilden sich, wenn zwei Monosaccharide einer Dehydrationsreaktion (einer Kondensationsreaktion) unterzogen werden; Sie werden durch eine kovalente Bindung zusammengehalten.
- Saccharose (Tafelzucker) ist das häufigste Disaccharid, das aus den Monomeren Glucose und Fructose besteht.,
- Ein Polysaccharid ist eine lange Kette von Monosacchariden, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind; Die Kette kann verzweigt oder unverzweigt sein und viele Arten von Monosacchariden enthalten.
Schlüsselbegriffe
- Isomer: Eine von zwei oder mehr Verbindungen mit der gleichen Molekülformel, aber mit unterschiedlicher Struktur.
- Dehydrationsreaktion: Eine chemische Reaktion, bei der zwei Moleküle kovalent in einer Reaktion verknüpft sind, die H2O als zweites Produkt erzeugt.,
- Biopolymer: Jedes Makromolekül eines lebenden Organismus, das aus der Polymerisation kleinerer Einheiten gebildet wird; ein Polymer, das in einem lebenden Organismus vorkommt oder aus dem Leben resultiert.
Kohlenhydrate können durch die stöchiometrische Formel (CH2O)n dargestellt werden, wobei n die Anzahl der Kohlenstoff im Molekül ist. Daher beträgt das Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff zu Sauerstoff 1:2:1 in Kohlenhydratmolekülen. Der Ursprung des Begriffs „Kohlenhydrat“beruht auf seinen Bestandteilen: Kohlenstoff („Carbo“) und Wasser („Hydrat“)., Kohlenhydrate werden in drei Subtypen eingeteilt: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide.
Monosaccharide
Monosaccharide (mono = „eins“; sacchar- = „süß“) sind einfache Zucker. In Monosacchariden reicht die Anzahl der Kohlenstoff normalerweise von drei bis sieben. Wenn der Zucker eine Aldehydgruppe (die funktionelle Gruppe mit der Struktur R-CHO) hat, ist er als Aldose bekannt, und wenn er eine Ketongruppe (die funktionelle Gruppe mit der Struktur RC(=O)R‘) hat, ist er als Ketose bekannt., Abhängig von der Anzahl der Kohlensäuren im Zucker können sie auch als Triosen (drei Kohlensäure), Pentosen (fünf Kohlensäure) und oder Hexosen (sechs Kohlensäure) bezeichnet werden. Monosaccharide können als lineare Kette oder als ringförmige Moleküle existieren; in wässrigen Lösungen finden sie gewöhnlich in Ringformen.
Monosaccharide: Monosaccharide werden anhand der Position ihrer Carbonylgruppe und der Anzahl der Kohlenstoffkohlenstoffe im Rückgrat klassifiziert., Aldosen haben eine Carbonylgruppe (grün angegeben) am Ende der Kohlenstoffkette und Ketosen haben eine Carbonylgruppe in der Mitte der Kohlenstoffkette. Triosen, Pentosen und Hexosen haben jeweils drei, fünf und sechs Kohlenstoffrückenknochen.
Gemeinsame Monosaccharide
Glucose (C6H12O6) ist ein gemeinsames Monosaccharid und eine wichtige Energiequelle. Während der Zellatmung wird Energie aus Glukose freigesetzt und diese Energie wird zur Herstellung von Adenosintriphosphat (ATP) verwendet., Pflanzen synthetisieren Glukose mit Kohlendioxid und Wasser, und Glukose wiederum wird für den Energiebedarf der Pflanze verwendet.
Galactose (ein Milchzucker) und Fructose (in Früchten gefunden) sind andere gemeinsame Monosaccharide. Obwohl Glucose, Galactose und Fructose alle die gleiche chemische Formel (C6H12O6) haben, unterscheiden sie sich strukturell und stereochemisch. Dies macht sie zu verschiedenen Molekülen, obwohl sie die gleichen Atome in den gleichen Anteilen teilen, und sie sind alle Isomere voneinander oder Isomere Monosaccharide. Glucose und Galactose sind Aldosenund Fructose ist eine Ketose.,
Disaccharide
Disaccharide (di- = „zwei“) bilden sich, wenn zwei Monosaccharide einer Dehydrationsreaktion (auch als Kondensationsreaktion oder Dehydratisierungssynthese bezeichnet) unterzogen werden. Während dieses Prozesses verbindet sich die Hydroxylgruppe eines Monosaccharids mit dem Wasserstoff eines anderen Monosaccharids, setzt ein Molekül Wasser frei und bildet eine kovalente Bindung. Eine kovalente Bindung, die zwischen einem Kohlenhydratmolekül und einem anderen Molekül (in diesem Fall zwischen zwei Monosacchariden) gebildet wird, wird als glykosidische Bindung bezeichnet. Glykosidische Bindungen (auch glykosidische Bindungen genannt) können vom Alpha-oder Beta-Typ sein.,
Disaccharide: Saccharose wird gebildet, wenn ein Monomer von Glucose und ein Monomer von Fructose in einer Dehydrationsreaktion verbunden sind, um eine glykosidische Bindung zu bilden. Dabei geht ein Wassermolekül verloren. Herkömmlicherweise werden die Kohlenstoffatome in einem Monosaccharid von dem Endkohlenstoff nummeriert, der der Carbonylgruppe am nächsten ist. In Saccharose wird eine glykosidische Verbindung zwischen Kohlenstoff 1 in Glucose und Kohlenstoff 2 in Fructose gebildet.
Gemeinsame Disaccharide
Gemeinsame Disaccharide umfassen Lactose, Maltose und Saccharose., Lactose ist ein Disaccharid, das aus den Monomeren Glucose und Galactose besteht. Es kommt natürlich in Milch vor. Maltose oder Malzzucker ist ein Disaccharid, das durch eine Dehydrationsreaktion zwischen zwei Glukosemolekülen gebildet wird. Das häufigste Disaccharid ist Saccharose oder Tafelzucker, der aus den Monomeren Glucose und Fructose besteht.
Polysaccharide
Eine lange Kette von Monosacchariden, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind, ist als Polysaccharid bekannt (poly- = „viele“). Die Kette kann verzweigt oder unverzweigt sein und verschiedene Arten von Monosacchariden enthalten., Stärke, Glykogen, cellulose und chitin sind primäre Beispiele für Polysaccharide.
Pflanzen können Glukose synthetisieren, und die überschüssige Glukose wird als Stärke in verschiedenen Pflanzenteilen, einschließlich Wurzeln und Samen, gespeichert. Stärke ist die gespeicherte Form von Zuckern in Pflanzen und besteht aus Glukosemonomeren, die durch α1-4-oder 1-6-Glykosidbindungen verbunden sind. Die Stärke in den Samen liefert Nahrung für den Embryo, während er keimt, während die Stärke, die vom Menschen konsumiert wird, von Enzymen in kleinere Moleküle wie Maltose und Glukose zerlegt wird. Die Zellen können dann die Glukose aufnehmen.,
Gemeinsame Polysaccharide
Glykogen ist die Speicherform von Glukose bei Menschen und anderen Wirbeltieren. Es besteht aus Monomeren von Glukose. Glykogen ist das tierische Äquivalent von Stärke und ist ein stark verzweigtes Molekül, das normalerweise in Leber-und Muskelzellen gespeichert ist. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, wird Glykogen abgebaut, um Glukose in einem Prozess freizusetzen, der als Glykogenolyse bekannt ist.
Cellulose ist das am häufigsten vorkommende natürliche Biopolymer. Die Zellwand von Pflanzen besteht größtenteils aus Zellulose und unterstützt die Zelle strukturell., Cellulose besteht aus Glukosemonomeren, die durch β 1-4 glykosidische Bindungen verbunden sind. Jedes andere Glukosemonomer in Cellulose wird umgedreht und die Monomere werden als verlängerte lange Ketten dicht gepackt. Dies verleiht Cellulose ihre Steifigkeit und hohe Zugfestigkeit—was für Pflanzenzellen so wichtig ist.
Polysaccharide: In Cellulose sind Glukosemonomere in unverzweigten Ketten durch β 1-4 glykosidische Verbindungen verbunden., Aufgrund der Art und Weise, wie die Glucose-Untereinheiten verbunden werden, wird jedes Glucosemonomer relativ zu der nächsten umgedreht, was zu einer linearen, faserigen Struktur führt.
Kohlenhydratfunktion
Kohlenhydrate dienen verschiedenen Funktionen bei verschiedenen Tieren. Arthropoden haben ein äußeres Skelett, das Exoskelett, das ihre inneren Körperteile schützt. Dieses Exoskelett besteht aus Chitin, einem polysaccharidhaltigen Stickstoff. Es besteht aus sich wiederholenden Einheiten von N-Acetyl-β-d-Glucosamin, einem modifizierten Zucker. Chitin ist auch ein Hauptbestandteil von Pilzzellwänden.
