In einem Molekül komplexer Kohlenhydrate befinden sich Monomere. Monosaccharide können eine Aminogruppe haben. Allgemeine Eigenschaften der Eigenschaften und ökologische Rolle von Stärke

Kohlenhydrate sind eines der wichtigsten Elemente, die zur Aufrechterhaltung des optimalen Zustands des menschlichen Körpers notwendig sind. Dies sind die Hauptenergielieferanten, bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Sie kommen hauptsächlich in Produkten pflanzlichen Ursprungs vor, nämlich Zucker, Backwaren, Vollkornprodukte und Getreide, Kartoffeln, Ballaststoffe (Gemüse, Obst). Es ist ein Fehler zu glauben, dass Milchprodukte und andere überwiegend proteinhaltige Produkte keine Kohlenhydrate enthalten. Milch enthält beispielsweise auch Kohlenhydrate. Sie sind Milchzucker – Laktose. In diesem Artikel erfahren Sie, in welche Gruppen Kohlenhydrate eingeteilt werden, Beispiele und Unterschiede zwischen diesen Kohlenhydraten und Sie erfahren auch, wie Sie die erforderliche tägliche Aufnahme berechnen.

Hauptgruppen von Kohlenhydraten

Lassen Sie uns nun herausfinden, in welche Gruppen Kohlenhydrate unterteilt werden. Experten unterscheiden 3 Hauptgruppen von Kohlenhydraten: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide. Um ihre Unterschiede zu verstehen, schauen wir uns die einzelnen Gruppen genauer an.

• Monosaccharide zählen ebenfalls zu den Einfachzuckern. In großen Mengen enthalten in (Glukose), Fruchtzucker (Fruktose) usw. Monosaccharide lösen sich gut in Flüssigkeit und verleihen ihr einen süßen Geschmack.
• Disaccharide sind eine Gruppe von Kohlenhydraten, die in zwei Monosaccharide zerlegt werden. Außerdem sind sie vollständig wasserlöslich und haben einen süßen Geschmack.
• Die letzte Gruppe sind Polysaccharide, die in Flüssigkeiten unlöslich sind, keinen ausgeprägten Geschmack haben und aus vielen Monosacchariden bestehen. Vereinfacht gesagt handelt es sich hierbei um Glucosepolymere: die bekannte Stärke, Cellulose (die Zellwand von Pflanzen), Glykogen (ein Speicherkohlenhydrat in Pilzen, aber auch in Tieren), Chitin, Peptidoglycan (Murein).

Welche Kohlenhydratgruppe benötigt der menschliche Körper am meisten?

Bei der Frage, in welche Gruppen Kohlenhydrate eingeteilt werden, ist anzumerken, dass die meisten davon in Produkten pflanzlichen Ursprungs vorkommen. Sie enthalten eine große Menge an Vitaminen und Nährstoffen, daher müssen Kohlenhydrate in der täglichen Ernährung eines jeden Menschen vorhanden sein, der einen gesunden und aktiven Lebensstil führt. Um den Körper mit diesen Stoffen zu versorgen, ist es notwendig, möglichst viel Getreide (Brei, Brot, Knäckebrot etc.), Gemüse und Obst zu sich zu nehmen.

Glukose, d.h. Normaler Zucker ist ein besonders nützlicher Bestandteil für den Menschen, da er sich positiv auf die geistige Aktivität auswirkt. Diese Zucker werden während der Verdauung fast augenblicklich ins Blut aufgenommen, was zur Erhöhung des Insulinspiegels beiträgt. Zu diesem Zeitpunkt verspürt ein Mensch Freude und Euphorie, daher gilt Zucker als Droge, die bei übermäßigem Verzehr süchtig macht und sich negativ auf die allgemeine Gesundheit auswirkt. Deshalb sollte die Aufnahme von Zucker in den Körper kontrolliert werden, man kann jedoch nicht vollständig darauf verzichten, da Glukose eine Reserveenergiequelle ist. Im Körper wird es in Glykogen umgewandelt und in der Leber und den Muskeln abgelagert. Im Moment des Glykogenabbaus wird Muskelarbeit geleistet, daher ist es notwendig, die optimale Menge im Körper ständig aufrechtzuerhalten.

Normen für den Kohlenhydratkonsum

Da alle Kohlenhydratgruppen ihre eigenen Eigenschaften haben, sollte ihr Verzehr streng dosiert werden. Beispielsweise müssen Polysaccharide im Gegensatz zu Monosacchariden in größeren Mengen in den Körper gelangen. Gemäß modernen Ernährungsstandards sollten Kohlenhydrate die Hälfte der täglichen Nahrung ausmachen, d. h. ungefähr 50 % - 60 %.

Berechnung der Menge an Kohlenhydraten, die zum Leben benötigt werden

Jede Personengruppe benötigt unterschiedlich viel Energie. Beispielsweise liegt der physiologische Bedarf an Kohlenhydraten bei Kindern im Alter von 1 bis 12 Monaten bei 13 Gramm pro Kilogramm Gewicht, man sollte jedoch nicht vergessen, in welche Gruppen die in der Ernährung des Kindes enthaltenen Kohlenhydrate eingeteilt werden. Bei Erwachsenen im Alter von 18 bis 30 Jahren variiert die tägliche Kohlenhydratzufuhr je nach Tätigkeitsbereich. Für Männer und Frauen, die geistig arbeiten, beträgt der Verbrauch also etwa 5 Gramm pro 1 Kilogramm Gewicht. Daher benötigt ein gesunder Mensch bei normalem Körpergewicht etwa 300 Gramm Kohlenhydrate pro Tag. Dieser Wert variiert auch je nach Geschlecht. Wenn eine Person hauptsächlich schwere körperliche Arbeit verrichtet oder Sport treibt, wird bei der Berechnung der Kohlenhydratnorm die folgende Formel verwendet: 8 Gramm pro 1 Kilogramm Normalgewicht. Darüber hinaus wird in diesem Fall auch berücksichtigt, in welche Gruppen die mit der Nahrung zugeführten Kohlenhydrate eingeteilt werden. Mit den obigen Formeln können Sie hauptsächlich die Menge an komplexen Kohlenhydraten – Polysacchariden – berechnen.

Ungefähre Zuckerkonsumstandards für bestimmte Personengruppen

Was Zucker betrifft, so handelt es sich in seiner reinen Form um Saccharose (Glukose- und Fruktosemoleküle). Für einen Erwachsenen gelten nur 10 % Zucker der täglich aufgenommenen Kalorien als optimal. Um genau zu sein, benötigen erwachsene Frauen etwa 35–45 Gramm reinen Zucker pro Tag, während Männer etwa 45–50 Gramm reinen Zucker benötigen. Für diejenigen, die aktiv körperliche Arbeit verrichten, liegt die normale Saccharosemenge zwischen 75 und 105 Gramm. Diese Zahlen ermöglichen es einer Person, Aktivitäten auszuführen, ohne einen Kraft- und Energieverlust zu erleiden. Auch bei Ballaststoffen (Ballaststoffen) sollte deren Menge individuell unter Berücksichtigung von Geschlecht, Alter, Gewicht und Aktivitätsgrad ermittelt werden (mindestens 20 Gramm).

Nachdem also festgestellt wurde, in welche drei Gruppen Kohlenhydrate eingeteilt werden, und die Bedeutung im Körper verstanden wurde, kann jeder Mensch seine für das Leben und die normale Leistungsfähigkeit erforderliche Menge unabhängig berechnen.

Enthält je nach Herkunft 70-80 % Zucker. Darüber hinaus gehören zur Gruppe der Kohlenhydrate auch solche, die für den menschlichen Körper schwer verdaulich sind Ballaststoffe und Pektine.

Von allen Nährstoffen, die der Mensch zu sich nimmt, sind Kohlenhydrate zweifellos die wichtigste Energiequelle. Im Durchschnitt machen sie 50 bis 70 % des Kaloriengehalts der täglichen Ernährung aus. Obwohl ein Mensch deutlich mehr Kohlenhydrate als Fette und Proteine ​​zu sich nimmt, sind seine Reserven im Körper gering. Das bedeutet, dass sie dem Körper regelmäßig zugeführt werden müssen.

Der Bedarf an Kohlenhydraten hängt in sehr großem Maße vom Energieaufwand des Körpers ab. Im Durchschnitt liegt der tägliche Bedarf an Kohlenhydraten bei einem erwachsenen Mann, der hauptsächlich geistige oder leichte körperliche Arbeit verrichtet, zwischen 300 und 500 g. Bei Arbeitern und Sportlern ist er viel höher. Im Gegensatz zu Proteinen und teilweise auch Fetten kann der Anteil an Kohlenhydraten in der Ernährung deutlich reduziert werden, ohne dass es zu gesundheitlichen Schäden kommt. Wer abnehmen möchte, sollte darauf achten: Kohlenhydrate haben vor allem einen Energiewert. Bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten werden im Körper 4,0–4,2 kcal freigesetzt. Daher ist es am einfachsten, die Kalorienaufnahme auf ihre Kosten zu regulieren.

Kohlenhydrate(Saccharide) ist die allgemeine Bezeichnung für eine breite Klasse natürlicher organischer Verbindungen. Die allgemeine Formel von Monosacchariden kann als C n (H 2 O) n geschrieben werden. In lebenden Organismen sind Zucker mit 5 (Pentosen) und 6 (Hexosen) Kohlenstoffatomen am häufigsten.

Kohlenhydrate werden in Gruppen eingeteilt:

Einfache Kohlenhydrate lösen sich leicht in Wasser und werden in grünen Pflanzen synthetisiert. Neben kleinen Molekülen kommen in der Zelle auch große Moleküle vor, es handelt sich um Polymere. Polymere sind komplexe Moleküle, die aus einzelnen miteinander verbundenen „Einheiten“ bestehen. Solche „Einheiten“ werden Monomere genannt. Stoffe wie Stärke, Zellulose und Chitin sind Polysaccharide – biologische Polymere.

Zu den Monosacchariden gehören Glukose und Fruktose, die Früchten und Beeren Süße verleihen. Der Nahrungszucker Saccharose besteht aus Glucose und Fructose, die kovalent aneinander gebunden sind. Verbindungen wie Saccharose werden Disaccharide genannt. Poly-, Di- und Monosaccharide werden allgemein als Kohlenhydrate bezeichnet. Zu den Kohlenhydraten zählen Verbindungen mit vielfältigen und oft völlig unterschiedlichen Eigenschaften.

Tisch: Vielzahl von Kohlenhydraten und ihre Eigenschaften.

Kohlenhydratgruppe	Beispiele für Kohlenhydrate	Wo treffen Sie sich?	Eigenschaften
Monozucker	Ribose	RNA
	Desoxyribose	DNA
	Glucose	Zuckerrübe
	Fruktose	Früchte, Honig
	Galaktose	Enthält Laktose in Milch
Oligosaccharide	Maltose	Malzzucker	Süß im Geschmack, wasserlöslich, kristallin,
	Saccharose	Rohrzucker
	Laktose	Milchzucker in Milch
Polysaccharide (aus linearen oder verzweigten Monosacchariden aufgebaut)	Stärke	Pflanzliche Speicherkohlenhydrate	Nicht süß, weiß, wasserunlöslich.
	Glykogen	Reserviert tierische Stärke in Leber und Muskeln
	Ballaststoffe (Zellulose)
	Chitin
	Murein	Wasser . Für viele menschliche Zellen (z. B. Gehirn- und Muskelzellen) dient die im Blut transportierte Glukose als Hauptenergiequelle, und in tierischen Zellen dient sie als Polymere der Glukose, um sie zu speichern die Zelle. 2. Strukturelle Funktion das heißt, sie sind am Aufbau verschiedener Zellstrukturen beteiligt. Polysaccharid Zellulose bildet die Zellwände pflanzlicher Zellen, zeichnet sich durch Härte und Steifheit aus und ist einer der Hauptbestandteile von Holz. Weitere Bestandteile sind Hemizellulose, die ebenfalls zu den Polysacchariden gehört, und Lignin (es hat keinen Kohlenhydratcharakter). Chitinübernimmt auch strukturelle Funktionen. Chitin erfüllt unterstützende und schützende Funktionen. Die Zellwände der meisten Bakterien bestehen aus Peptidoglycan Murein– Die Zusammensetzung dieser Verbindung umfasst Reste sowohl von Monosacchariden als auch von Aminosäuren. 3. Kohlenhydrate spielen eine schützende Rolle in Pflanzen (Zellwände, Schutzformationen bestehend aus Zellwänden abgestorbener Zellen - Dornen, Stacheln usw.). Die allgemeine Formel von Glucose lautet C 6 H 12 O 6, es handelt sich um einen Aldehydalkohol. Glukose kommt in vielen Früchten, Pflanzensäften und Blütennektar sowie im Blut von Menschen und Tieren vor. Der Blutzuckerspiegel wird auf einem bestimmten Niveau (0,65–1,1 g pro l) gehalten. Wenn es künstlich reduziert wird, kommt es zu einer akuten Hungersnot in den Gehirnzellen, die zu Ohnmacht, Koma und sogar zum Tod führen kann. Auch ein längerer Anstieg des Blutzuckerspiegels ist überhaupt nicht vorteilhaft: Dies führt zur Entstehung von Diabetes mellitus. Säugetiere, einschließlich des Menschen, können Glukose aus bestimmten Aminosäuren und Produkten des Glukoseabbaus selbst – zum Beispiel Milchsäure – synthetisieren. Im Gegensatz zu Pflanzen und Mikroben wissen sie nicht, wie sie aus Fettsäuren Glukose gewinnen können. Umwandlungen von Stoffen untereinander. Überschüssiges Protein ------Kohlenhydrate Überschüssiges Fett --------------Kohlenhydrate

KOHLENHYDRATE

Kohlenhydrate sind Teil der Zellen und Gewebe aller pflanzlichen und tierischen Organismen und machen gewichtsmäßig den größten Teil der organischen Substanz auf der Erde aus. Kohlenhydrate machen etwa 80 % der Trockenmasse bei Pflanzen und etwa 20 % bei Tieren aus. Pflanzen synthetisieren Kohlenhydrate aus anorganischen Verbindungen – Kohlendioxid und Wasser (CO 2 und H 2 O).

Kohlenhydrate werden in zwei Gruppen eingeteilt: Monosaccharide (Monosen) und Polysaccharide (Polyosen).

Monosaccharide

Für eine detaillierte Untersuchung des Materials im Zusammenhang mit der Klassifizierung von Kohlenhydraten, Isomerie, Nomenklatur, Struktur usw. müssen Sie sich die Animationsfilme „Kohlenhydrate. Genetisch“ ansehen D - eine Reihe von Zuckern“ und „Konstruktion von Haworths Formeln für D - Galaktose“ (dieses Video ist nur verfügbar auf CD-ROM ). Die Begleittexte zu diesen Filmen wurden vollständig in diesen Unterabschnitt übernommen und folgen unten.

Kohlenhydrate. Genetische D-Serie von Zuckern

„Kohlenhydrate sind in der Natur weit verbreitet und erfüllen in lebenden Organismen verschiedene wichtige Funktionen. Sie liefern Energie für biologische Prozesse und sind auch Ausgangsstoff für die Synthese anderer Zwischen- oder Endmetaboliten im Körper. Kohlenhydrate haben eine allgemeine Formel.“ Cn(H2O)m , daher der Name dieser Naturstoffe.

Kohlenhydrate werden in Einfachzucker oder Monosaccharide und Polymere dieser Einfachzucker oder Polysaccharide unterteilt. Unter den Polysacchariden sollte eine Gruppe von Oligosacchariden unterschieden werden, die 2 bis 10 Monosaccharidreste pro Molekül enthalten. Hierzu zählen insbesondere Disaccharide.

Monosaccharide sind heterofunktionelle Verbindungen. Ihre Moleküle enthalten gleichzeitig sowohl Carbonyl- (Aldehyd oder Keton) als auch mehrere Hydroxylgruppen, d.h. Monosaccharide sind Polyhydroxycarbonylverbindungen – Polyhydroxyaldehyde und Polyhydroxyketone. Abhängig davon werden Monosaccharide in Aldosen (Monosaccharid enthält eine Aldehydgruppe) und Ketosen (enthält eine Ketogruppe) unterteilt. Beispielsweise ist Glucose eine Aldose und Fructose eine Ketose.

(Glukose (Aldose))(Fruktose (Ketose))

Abhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome im Molekül wird das Monosaccharid Tetrose, Pentose, Hexose usw. genannt. Wenn wir die letzten beiden Klassifizierungsarten kombinieren, dann ist Glucose Aldohexose und Fructose Ketohexose. Die meisten natürlich vorkommenden Monosaccharide sind Pentosen und Hexosen.

Monosaccharide werden in Form von Fischer-Projektionsformeln dargestellt, d. h. in Form einer Projektion des tetraedrischen Modells der Kohlenstoffatome auf die Zeichenebene. Die Kohlenstoffkette in ihnen ist vertikal geschrieben. Bei Aldosen befindet sich eine Aldehydgruppe an der Spitze, bei Ketosen befindet sich eine primäre Alkoholgruppe neben der Carbonylgruppe. Das Wasserstoffatom und die Hydroxylgruppe am asymmetrischen Kohlenstoffatom werden auf einer horizontalen Linie platziert. Das asymmetrische Kohlenstoffatom befindet sich im resultierenden Fadenkreuz aus zwei Geraden und ist nicht durch ein Symbol gekennzeichnet. Die Nummerierung der Kohlenstoffkette beginnt mit den oben stehenden Gruppen. (Lassen Sie uns ein asymmetrisches Kohlenstoffatom definieren: Es ist ein Kohlenstoffatom, das an vier verschiedene Atome oder Gruppen gebunden ist.)

Erstellen einer absoluten Konfiguration, d. h. Die tatsächliche räumliche Anordnung der Substituenten an einem asymmetrischen Kohlenstoffatom ist eine sehr arbeitsintensive und bis vor einiger Zeit sogar unmögliche Aufgabe. Es ist möglich, Verbindungen zu charakterisieren, indem ihre Konfigurationen mit denen von Referenzverbindungen verglichen werden, d. h. Bestimmen Sie relative Konfigurationen.

Die relative Konfiguration von Monosacchariden wird durch den Konfigurationsstandard Glycerinaldehyd bestimmt, dem Ende des letzten Jahrhunderts willkürlich bestimmte Konfigurationen zugeordnet wurden, die als bezeichnet werden D- und L - Glycerinaldehyde. Die Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms des Monosaccharids, das am weitesten von der Carbonylgruppe entfernt ist, wird mit der Konfiguration seiner asymmetrischen Kohlenstoffatome verglichen. In Pentosen ist dieses Atom das vierte Kohlenstoffatom ( C 4 ), in Hexosen – die fünfte ( C 5 ), d.h. Vorletztes in einer Kette von Kohlenstoffatomen. Wenn die Konfiguration dieser Kohlenstoffatome mit der Konfiguration übereinstimmt D - Glycerinaldehydmonosaccharid wird klassifiziert als D - Reihe. Und umgekehrt, wenn es mit der Konfiguration übereinstimmt L - Glycerinaldehyd gilt als Monosaccharid L - Reihe. Symbol D bedeutet, dass sich die Hydroxylgruppe am entsprechenden asymmetrischen Kohlenstoffatom in der Fischer-Projektion rechts von der vertikalen Linie und dem Symbol befindet L - dass sich die Hydroxylgruppe links befindet.

Genetische D-Serie von Zuckern

Der Grundstoff der Aldosen ist Glycerinaldehyd. Betrachten Sie die genetische Verwandtschaft von Zuckern D - Reihe mit D - Glycerinaldehyd.

In der organischen Chemie gibt es eine Methode zur Vergrößerung der Kohlenstoffkette von Monosacchariden durch sequenzielle Einführung einer Gruppe

N-

ICH MIT ICH

-ER

zwischen einer Carbonylgruppe und einem benachbarten Kohlenstoffatom. Einführung dieser Gruppe in das Molekül D - Glycerinaldehyd führt zu zwei diastereomeren Tetrosen – D - Erythrose und D - drei. Dies wird durch die Tatsache erklärt, dass ein neues Kohlenstoffatom, das in die Monosaccharidkette eingeführt wird, asymmetrisch wird. Aus dem gleichen Grund ergibt jede resultierende Tetrose und dann Pentose, wenn ein weiteres Kohlenstoffatom in ihr Molekül eingeführt wird, auch zwei diastereomere Zucker. Diastereomere sind Stereoisomere, die sich in der Konfiguration eines oder mehrerer asymmetrischer Kohlenstoffatome unterscheiden.

So entsteht D – eine Reihe von Zuckern aus D - Glycerinaldehyd. Wie man sehen kann, werden alle Terme der gegebenen Reihe aus erhalten D - Glycerinaldehyd behielt sein asymmetrisches Kohlenstoffatom. Dies ist das letzte asymmetrische Kohlenstoffatom in der Kette der Kohlenstoffatome der vorgestellten Monosaccharide.

Jede Aldose D - Reihe entspricht einem Stereoisomer L - eine Reihe, deren Moleküle sich wie ein Objekt und ein inkompatibles Spiegelbild aufeinander beziehen. Solche Stereoisomere werden Enantiomere genannt.

Abschließend ist festzuhalten, dass die angegebene Serie von Aldohexosen nicht auf die vier dargestellten beschränkt ist. In der oben dargestellten Weise D – Ribose und D - Xylosen können zwei weitere Paare diastereomerer Zucker produzieren. Allerdings blieben wir nur bei Aldohexosen stehen, die in der Natur am weitesten verbreitet sind.“

Konstruktion von Haworth-Formeln für D-Galactose

„Gleichzeitig mit der Einführung des Konzepts der Struktur von Glucose und anderen Monosacchariden als Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone, beschrieben durch offenkettige Formeln, in die organische Chemie, begannen sich in der Chemie der Kohlenhydrate Fakten anzuhäufen, die aus dieser Sicht schwer zu erklären waren Es stellte sich heraus, dass Glucose und andere Monosaccharide in Form zyklischer Halbacetale vorliegen, die durch die intramolekulare Reaktion der entsprechenden funktionellen Gruppen entstehen.

Herkömmliche Halbacetale entstehen durch die Wechselwirkung von Molekülen zweier Verbindungen – eines Aldehyds und eines Alkohols. Bei der Reaktion wird die Doppelbindung der Carbonylgruppe aufgebrochen und an der Bruchstelle werden ein Hydroxylwasserstoffatom und ein Alkoholrest angefügt. Zyklische Halbacetale entstehen durch die Wechselwirkung ähnlicher funktioneller Gruppen, die zum Molekül einer Verbindung gehören – einem Monosaccharid. Die Reaktion verläuft in die gleiche Richtung: Die Doppelbindung der Carbonylgruppe wird aufgebrochen, ein Hydroxyl-Wasserstoffatom wird an den Carbonylsauerstoff addiert und durch die Bindung der Kohlenstoffatome der Carbonylgruppe und des Sauerstoffs der Hydroxylgruppe entsteht ein Kreislauf Gruppen.

Die stabilsten Halbacetale entstehen durch Hydroxylgruppen am vierten und fünften Kohlenstoffatom. Die resultierenden fünf- und sechsgliedrigen Ringe werden Furanose- bzw. Pyranose-Formen von Monosacchariden genannt. Diese Namen stammen von den Namen fünf- und sechsgliedriger heterozyklischer Verbindungen mit einem Sauerstoffatom im Ring – Furan und Pyran.

Monosaccharide in zyklischer Form können bequem durch die perspektivischen Formeln von Haworth dargestellt werden. Es handelt sich um idealisierte flache Fünf- und Sechsringe mit einem Sauerstoffatom im Ring, die es ermöglichen, die relative Position aller Substituenten relativ zur Ringebene zu erkennen.

Betrachten wir die Konstruktion von Haworth-Formeln am Beispiel D – Galaktose.

Um Haworths Formeln zu konstruieren, müssen Sie zunächst die Kohlenstoffatome des Monosaccharids in der Fischer-Projektion nummerieren und nach rechts drehen, sodass die Kette der Kohlenstoffatome eine horizontale Position einnimmt. Dann befinden sich die Atome und Gruppen, die sich in der Projektionsformel links befinden, oben, die rechts befindlichen Atome und Gruppen unterhalb der horizontalen Linie und beim weiteren Übergang zu zyklischen Formeln jeweils oberhalb und unterhalb der Ebene des Zyklus . In Wirklichkeit verläuft die Kohlenstoffkette eines Monosaccharids nicht in einer geraden Linie, sondern nimmt im Raum eine gekrümmte Form an. Wie man sieht, wird die Hydroxylgruppe am fünften Kohlenstoffatom deutlich von der Aldehydgruppe entfernt, d.h. nimmt eine für den Ringschluss ungünstige Stellung ein. Um funktionelle Gruppen näher zusammenzubringen, wird ein Teil des Moleküls um einen Valenzwinkel gegen den Uhrzeigersinn um die Valenzachse gedreht, die das vierte und fünfte Kohlenstoffatom verbindet. Durch diese Drehung nähert sich die Hydroxylgruppe des fünften Kohlenstoffatoms der Aldehydgruppe, während auch die beiden anderen Substituenten ihre Position ändern – insbesondere befindet sich die CH 2 OH-Gruppe oberhalb der Kette der Kohlenstoffatome. Gleichzeitig dreht sich die Aldehydgruppe um S - Die Bindung zwischen dem ersten und zweiten Kohlenstoffatom nähert sich der Hydroxylgruppe. Die sich annähernden funktionellen Gruppen interagieren nach obigem Schema miteinander, was zur Bildung eines Halbacetals mit einem sechsgliedrigen Pyranosering führt.

Die aus der Reaktion resultierende Hydroxylgruppe wird als glykosidische Gruppe bezeichnet. Die Bildung eines zyklischen Halbacetals führt zur Entstehung eines neuen asymmetrischen Kohlenstoffatoms, das als anomer bezeichnet wird. Dadurch entstehen zwei Diastereomere – A und B - Anomere, die sich nur in der Konfiguration des ersten Kohlenstoffatoms unterscheiden.

Die unterschiedlichen Konfigurationen des anomeren Kohlenstoffatoms entstehen dadurch, dass die Aldehydgruppe, die eine planare Konfiguration aufweist, aufgrund der Rotation um sie herum S - Verbindungen zwischen Fahrspuren Das erste und das zweite Kohlenstoffatom adressieren das angreifende Reagens (Hydroxylgruppe) sowohl auf der einen als auch auf der gegenüberliegenden Seite der Ebene. Die Hydroxylgruppe greift dann die Carbonylgruppe auf beiden Seiten der Doppelbindung an, was zu Halbacetalen mit unterschiedlichen Konfigurationen des ersten Kohlenstoffatoms führt. Mit anderen Worten, der Hauptgrund für die gleichzeitige Bildung A und B -Anomere ist auf die Nichtstereoselektivität der diskutierten Reaktion zurückzuführen.

An einer - Anomer, die Konfiguration des anomeren Zentrums ist dieselbe wie die Konfiguration des letzten asymmetrischen Kohlenstoffatoms, das die Zugehörigkeit bestimmt D - und L - Reihe und b - Anomer ist das Gegenteil. Bei Aldopentosen und Aldohexosen D - Reihe in Haworth-Formeln glykosidische Hydroxylgruppe A - Das Anomer befindet sich unterhalb der Ebene und bei B - Anomere – oberhalb der Zyklusebene.

Nach ähnlichen Regeln erfolgt der Übergang zu Furanoseformen von Haworth. Der einzige Unterschied besteht darin, dass an der Reaktion das Hydroxyl des vierten Kohlenstoffatoms beteiligt ist und um die funktionellen Gruppen näher zusammenzubringen, ist es notwendig, einen Teil des Moleküls zu drehen S - Bindungen zwischen dem dritten und vierten Kohlenstoffatom und im Uhrzeigersinn, wodurch sich das fünfte und sechste Kohlenstoffatom unter der Ringebene befinden.

Die Namen der zyklischen Formen von Monosacchariden enthalten Hinweise auf die Konfiguration des anomeren Zentrums ( A oder B -), zum Namen des Monosaccharids und seiner Reihe ( D - oder L -) und Zyklusgröße (Furanose oder Pyranose). Zum Beispiel a, D - Galactopyranose oder b, D - Galaktofuranose.“

Quittung

Glukose kommt in der Natur überwiegend in freier Form vor. Es ist auch eine Struktureinheit vieler Polysaccharide. Andere Monosaccharide kommen im freien Zustand selten vor und sind hauptsächlich als Bestandteile von Oligo- und Polysacchariden bekannt. In der Natur wird Glukose durch die Photosynthesereaktion gewonnen:

6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 (Glukose) + 6O 2

Glukose wurde erstmals 1811 vom russischen Chemiker G.E. Kirchhoff durch Hydrolyse von Stärke gewonnen. Später wurde von A.M. Butlerov die Synthese von Monosacchariden aus Formaldehyd in alkalischem Medium vorgeschlagen.

In der Industrie wird Glucose durch Hydrolyse von Stärke in Gegenwart von Schwefelsäure gewonnen.

(C 6 H 10 O 5) n (Stärke) + nH 2 O –– H 2 SO 4,t ° ® nC 6 H 12 O 6 (Glukose)

Physikalische Eigenschaften

Monosaccharide sind feste Stoffe, die in Wasser leicht löslich, in Alkohol schlecht löslich und in Ether völlig unlöslich sind. Wässrige Lösungen reagieren neutral auf Lackmus. Die meisten Monosaccharide haben einen süßen Geschmack, jedoch weniger süß als Rübenzucker.

Chemische Eigenschaften

Monosaccharide weisen die Eigenschaften von Alkoholen und Carbonylverbindungen auf.

ICH. Reaktionen an der Carbonylgruppe

1. Oxidation.

A) Wie bei allen Aldehyden führt die Oxidation von Monosacchariden zu den entsprechenden Säuren. Wenn also Glucose mit einer Ammoniaklösung aus Silberoxidhydrat oxidiert wird, entsteht Gluconsäure (die „Silberspiegel“-Reaktion).

B) Die Reaktion von Monosacchariden mit Kupferhydroxid beim Erhitzen führt ebenfalls zu Aldonsäuren.

C) Stärkere Oxidationsmittel oxidieren nicht nur die Aldehydgruppe, sondern auch die primäre Alkoholgruppe zur Carboxylgruppe, was zu zweibasischen Zuckersäuren (Aldarinsäuren) führt. Typischerweise wird für eine solche Oxidation konzentrierte Salpetersäure verwendet.

2. Erholung.

Die Reduzierung von Zuckern führt zu mehrwertigen Alkoholen. Als Reduktionsmittel werden Wasserstoff in Gegenwart von Nickel, Lithiumaluminiumhydrid usw. verwendet.

3. Trotz der Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften von Monosacchariden mit Aldehyden reagiert Glucose nicht mit Natriumhydrosulfit ( NaHSO3).

II. Reaktionen basierend auf Hydroxylgruppen

Reaktionen an den Hydroxylgruppen von Monosacchariden werden in der Regel in halbacetaler (zyklischer) Form durchgeführt.

1. Alkylierung (Bildung von Ethern).

Wenn Methylalkohol in Gegenwart von Chlorwasserstoffgas wirkt, wird das Wasserstoffatom der glykosidischen Hydroxylgruppe durch eine Methylgruppe ersetzt.

Bei Verwendung stärkerer Alkylierungsmittel, wie z Zum Beispiel B. Methyliodid oder Dimethylsulfat, betrifft eine solche Umwandlung alle Hydroxylgruppen des Monosaccharids.

2. Acylierung (Bildung von Estern).

Wenn Essigsäureanhydrid auf Glucose einwirkt, entsteht ein Ester – Pentaacetylglucose.

3. Wie alle mehrwertigen Alkohole ist Glucose mit Kupferhydroxid ( II ) ergibt eine intensive blaue Farbe (qualitative Reaktion).

III. Spezifische Reaktionen

Darüber hinaus zeichnet sich Glukose durch einige spezifische Eigenschaften aus – Fermentationsprozesse. Unter Fermentation versteht man den Abbau von Zuckermolekülen unter dem Einfluss von Enzymen. Zucker, deren Anzahl an Kohlenstoffatomen ein Vielfaches von drei beträgt, werden fermentiert. Es gibt viele Arten der Gärung, von denen die bekanntesten die folgenden sind:

A) alkoholische Gärung

C 6 H 12 O 6 ® 2CH 3 –CH 2 OH (Ethylalkohol) + 2CO 2

B) Milchsäuregärung

C) Buttersäuregärung

C6H12O6® CH 3 –CH 2 –CH 2 –COOH(Buttersäure) + 2 H 2 + 2CO 2

Die genannten Arten der durch Mikroorganismen verursachten Fermentation haben große praktische Bedeutung. Zum Beispiel Alkohol – zur Herstellung von Ethylalkohol, bei der Weinherstellung, beim Brauen usw. und Milchsäure – zur Herstellung von Milchsäure und fermentierten Milchprodukten.

Disaccharide

Disaccharide (Biosen) bilden bei der Hydrolyse zwei gleiche oder verschiedene Monosaccharide. Um die Struktur von Disacchariden zu bestimmen, muss man wissen: aus welchen Monosacchariden es aufgebaut ist, wie die Konfiguration der anomeren Zentren dieser Monosaccharide ist ( A oder B -), welche Dimensionen hat der Zyklus (Furanose oder Pyranose) und mit welchen Hydroxylen sind die beiden Monosaccharidmoleküle verknüpft.

Disaccharide werden in zwei Gruppen eingeteilt: reduzierend und nicht reduzierend.

Zu den reduzierenden Disacchariden zählt insbesondere die im Malz enthaltene Maltose (Malzzucker), also gekeimte und anschließend getrocknete und zerkleinerte Getreidekörner.

(Maltose)

Maltose besteht aus zwei Resten D - Glucopyranosen, die durch eine (1–4)-glykosidische Bindung verbunden sind, d. h. An der Bildung einer Etherbindung sind die glykosidische Hydroxylgruppe eines Moleküls und die Alkoholhydroxylgruppe am vierten Kohlenstoffatom eines anderen Monosaccharidmoleküls beteiligt. Anomeres Kohlenstoffatom ( C 1 ), an der Bildung dieser Verbindung beteiligt, hat A - Konfiguration, und das anomere Atom mit einer freien glykosidischen Hydroxylgruppe (rot dargestellt) kann beides haben a - (a - Maltose) und b – Konfiguration (b – Maltose).

Maltose besteht aus weißen Kristallen, ist gut wasserlöslich und hat einen süßen Geschmack, aber viel weniger als Zucker (Saccharose).

Wie man sieht, enthält Maltose eine freie glykosidische Hydroxylgruppe, wodurch die Fähigkeit zur Ringöffnung und Umwandlung in die Aldehydform erhalten bleibt. In dieser Hinsicht ist Maltose in der Lage, für Aldehyde charakteristische Reaktionen einzugehen und insbesondere die „Silberspiegel“-Reaktion zu ergeben, weshalb sie als reduzierendes Disaccharid bezeichnet wird. Darüber hinaus unterliegt Maltose vielen Reaktionen, die für Monosaccharide charakteristisch sind. Zum Beispiel , bildet Ether und Ester (siehe chemische Eigenschaften von Monosacchariden).

Zu den nicht reduzierenden Disacchariden gehört Saccharose (Rübe oder Zuckerrohr).Zucker). Es kommt in Zuckerrohr, Zuckerrüben (bis zu 28 % der Trockenmasse), Pflanzensäfte und Früchte. Das Saccharosemolekül besteht aus Anzeige - Glucopyranosen und b, D - Fructofuranose.

(Saccharose)

Im Gegensatz zu Maltose wird die glykosidische Bindung (1–2) zwischen Monosacchariden durch die glykosidischen Hydroxylgruppen beider Moleküle gebildet, d. h. es liegt kein freies glykosidisches Hydroxyl vor. Infolgedessen fehlt Saccharose die reduzierende Fähigkeit, sie löst keine „Silberspiegel“-Reaktion aus und wird daher als nicht reduzierendes Disaccharid eingestuft.

Saccharose ist eine weiße, kristalline Substanz mit süßem Geschmack und hoher Wasserlöslichkeit.

Saccharose zeichnet sich durch Reaktionen an Hydroxylgruppen aus. Wie alle Disaccharide wird Saccharose durch saure oder enzymatische Hydrolyse in die Monosaccharide umgewandelt, aus denen sie besteht.

Polysaccharide

Die wichtigsten Polysaccharide sind Stärke und Cellulose (Ballaststoffe). Sie sind aus Glukoseresten aufgebaut. Die allgemeine Formel dieser Polysaccharide ( C6H10O5)n . An der Bildung von Polysaccharidmolekülen sind üblicherweise glykosidische (am C 1-Atom) und alkoholische (am C 4-Atom) Hydroxylgruppen beteiligt, d.h. Es entsteht eine (1–4)-glykosidische Bindung.

Stärke

Stärke ist eine Mischung aus zwei Polysacchariden Anzeige - Glucopyranose-Einheiten: Amylose (10–20 %) und Amylopektin (80–90 %). Stärke entsteht in Pflanzen bei der Photosynthese und lagert sich als „Reservekohlenhydrat“ in Wurzeln, Knollen und Samen ein. Beispielsweise enthalten Reis-, Weizen-, Roggen- und andere Getreidekörner 60–80 % Stärke, Kartoffelknollen 15–20 %. Eine verwandte Rolle in der Tierwelt spielt das Polysaccharid Glykogen, das hauptsächlich in der Leber „gespeichert“ wird.

Stärke ist ein weißes Pulver, das aus kleinen Körnern besteht und in kaltem Wasser unlöslich ist. Bei der Verarbeitung von Stärke mit warmem Wasser lassen sich zwei Fraktionen isolieren: eine in warmem Wasser lösliche Fraktion, die aus dem Polysaccharid Amylose besteht, und eine Fraktion, die in warmem Wasser nur zu einer Paste aufquillt und aus dem Polysaccharid Amylopektin besteht .

Amylose hat eine lineare Struktur, Anzeige - Glucopyranosereste sind durch (1–4)-glykosidische Bindungen verbunden. Die Elementarzelle von Amylose (und Stärke im Allgemeinen) wird wie folgt dargestellt:

Das Amylopektin-Molekül ist ähnlich aufgebaut, verfügt jedoch über Verzweigungen in der Kette, wodurch eine räumliche Struktur entsteht. An Verzweigungspunkten sind Monosaccharidreste durch (1–6)-glykosidische Bindungen verknüpft. Zwischen den Verzweigungspunkten liegen üblicherweise 20–25 Glucosereste.

(Amylopektin)

Stärke lässt sich leicht hydrolysieren: Beim Erhitzen in Gegenwart von Schwefelsäure entsteht Glucose.

(C 6 H 10 O 5 ) n (Stärke) + nH 2 O –– H 2 SO 4 , t ° ® nC 6 H 12 O 6 (Glucose)

Abhängig von den Reaktionsbedingungen kann die Hydrolyse schrittweise unter Bildung von Zwischenprodukten durchgeführt werden.

(C 6 H 10 O 5 ) n (Stärke) ® (C 6 H 10 O 5 ) m (Dextrine (m< n )) ® xC 12 H 22 O 11 (мальтоза) ® nC 6 H 12 O 6 (глюкоза)

Eine qualitative Reaktion auf Stärke ist die Wechselwirkung mit Jod – es wird eine intensive blaue Farbe beobachtet. Diese Färbung entsteht, wenn ein Tropfen Jodlösung auf eine geschnittene Kartoffel oder eine Scheibe Weißbrot gegeben wird.

Stärke unterliegt nicht der „Silberspiegel“-Reaktion.

Stärke ist ein wertvolles Lebensmittelprodukt. Um die Aufnahme zu erleichtern, werden stärkehaltige Produkte einer Wärmebehandlung unterzogen, d.h. Kartoffeln und Müsli werden gekocht, Brot gebacken. Die dabei durchgeführten Prozesse der Dextrinisierung (Bildung von Dextrinen) tragen zu einer besseren Aufnahme der Stärke durch den Körper und der anschließenden Hydrolyse zu Glucose bei.

In der Lebensmittelindustrie wird Stärke zur Herstellung von Wurstwaren, Süßwaren und kulinarischen Produkten verwendet. Es wird auch zur Herstellung von Glukose bei der Herstellung von Papier, Textilien, Klebstoffen, Medikamenten usw. verwendet.

Zellulose (Ballaststoffe)

Cellulose ist das am häufigsten vorkommende pflanzliche Polysaccharid. Es verfügt über eine große mechanische Festigkeit und dient als Stützmaterial für Pflanzen. Holz enthält 50-70 % Zellulose, Baumwolle besteht nahezu aus reiner Zellulose.

Die Struktureinheit von Cellulose ist wie Stärke D - Glucopyranose, deren Einheiten durch (1-4)-glykosidische Bindungen verbunden sind. Cellulose unterscheidet sich jedoch von Stärke B - Konfiguration glykosidischer Bindungen zwischen Zyklen und streng linearer Struktur.

Cellulose besteht aus fadenförmigen Molekülen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen von Hydroxylgruppen innerhalb der Kette sowie zwischen benachbarten Ketten zu Bündeln zusammengefügt werden. Es ist diese Kettenpackung, die für hohe mechanische Festigkeit, Faserigkeit, Wasserunlöslichkeit und chemische Inertheit sorgt und Cellulose zu einem idealen Material für den Aufbau von Zellwänden macht.

B - Die glykosidische Bindung wird durch menschliche Verdauungsenzyme nicht zerstört, daher kann Zellulose nicht als Nahrung dienen, obwohl sie in einer bestimmten Menge ein für die normale Ernährung notwendiger Ballaststoff ist. Der Magen von Wiederkäuern enthält Enzyme, die Zellulose abbauen, sodass diese Tiere Ballaststoffe als Nahrungsbestandteil verwenden.

Trotz der Unlöslichkeit von Cellulose in Wasser und gewöhnlichen organischen Lösungsmitteln ist sie in Schweitzers Reagenz (einer Lösung von Kupferhydroxid in Ammoniak) sowie in einer konzentrierten Lösung von Zinkchlorid und in konzentrierter Schwefelsäure löslich.

Wie Stärke produziert Cellulose bei saurer Hydrolyse Glucose.

Cellulose ist ein mehrwertiger Alkohol; pro Elementarzelle des Polymers gibt es drei Hydroxylgruppen. Cellulose zeichnet sich dabei durch Veresterungsreaktionen (Esterbildung) aus. Von größter praktischer Bedeutung sind Reaktionen mit Salpetersäure und Essigsäureanhydrid.

Vollständig veresterte Fasern werden als Schießpulver bezeichnet und verwandeln sich nach ordnungsgemäßer Verarbeitung in rauchfreies Schießpulver. Abhängig von den Nitrierungsbedingungen kann Cellulosedinitrat gewonnen werden, das in der Technik als Kolloxylin bezeichnet wird. Es wird auch bei der Herstellung von Schießpulver und Feststoffraketentreibstoffen verwendet. Darüber hinaus wird Zelluloid aus Kolloxylin hergestellt.

Triacetylcellulose (oder Celluloseacetat) ist ein wertvolles Produkt zur Herstellung von flammhemmenden Folien und Seidenacetat. Dazu wird Celluloseacetat in einer Mischung aus Dichlormethan und Ethanol gelöst und diese Lösung durch Düsen in einen warmen Luftstrom gedrückt. Das Lösungsmittel verdampft und die Lösungsströme verwandeln sich in feinste Fäden aus Acetatseide.

Cellulose führt nicht zu einer „Silberspiegel“-Reaktion.

Wenn man über die Verwendung von Zellulose spricht, kann man nicht umhin zu sagen, dass für die Herstellung verschiedener Papiere große Mengen Zellulose verbraucht werden. Papier ist eine dünne Schicht aus Faserfasern, die auf einer speziellen Papiermaschine geschlichtet und gepresst wird.

Aus dem oben Gesagten wird bereits deutlich, dass die Verwendung von Zellulose durch den Menschen so breit und vielfältig ist, dass der Verwendung chemischer Verarbeitungsprodukte von Zellulose ein eigener Abschnitt gewidmet werden kann.

ENDE DES ABSCHNITTS

§ 1. KLASSIFIZIERUNG UND FUNKTIONEN VON KOHLENHYDRATEN

Bereits in der Antike lernte die Menschheit Kohlenhydrate kennen und lernte, sie im täglichen Leben zu nutzen. Baumwolle, Flachs, Holz, Stärke, Honig, Rohrzucker sind nur einige der Kohlenhydrate, die bei der Entwicklung der Zivilisation eine wichtige Rolle spielten. Kohlenhydrate gehören zu den häufigsten organischen Verbindungen in der Natur. Sie sind integraler Bestandteil der Zellen aller Organismen, einschließlich Bakterien, Pflanzen und Tiere. Bei Pflanzen machen Kohlenhydrate 80–90 % der Trockenmasse aus, bei Tieren etwa 2 % des Körpergewichts. Ihre Synthese aus Kohlendioxid und Wasser erfolgt durch grüne Pflanzen mit der Energie des Sonnenlichts ( Photosynthese ). Die stöchiometrische Gesamtgleichung für diesen Prozess lautet:

Glukose und andere einfache Kohlenhydrate werden dann in komplexere Kohlenhydrate wie Stärke und Zellulose umgewandelt. Pflanzen nutzen diese Kohlenhydrate, um durch den Atmungsprozess Energie freizusetzen. Dieser Prozess ist im Wesentlichen die Umkehrung der Photosynthese:

Interessant zu wissen! Grüne Pflanzen und Bakterien nehmen durch den Prozess der Photosynthese jährlich etwa 200 Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Dabei werden etwa 130 Milliarden Tonnen Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt und 50 Milliarden Tonnen organische Kohlenstoffverbindungen, hauptsächlich Kohlenhydrate, synthetisiert.

Tiere sind nicht in der Lage, Kohlenhydrate aus Kohlendioxid und Wasser zu synthetisieren. Durch die Aufnahme von Kohlenhydraten mit der Nahrung nutzen Tiere die darin angesammelte Energie, um lebenswichtige Prozesse aufrechtzuerhalten. Unsere Lebensmittel wie Backwaren, Kartoffeln, Müsli usw. zeichnen sich durch einen hohen Kohlenhydratgehalt aus.

Der Name „Kohlenhydrate“ ist historisch. Die ersten Vertreter dieser Stoffe wurden durch die Gesamtformel C m H 2 n O n oder C m (H 2 O) n beschrieben. Ein anderer Name für Kohlenhydrate ist Sahara – wird durch den süßen Geschmack der einfachsten Kohlenhydrate erklärt. Kohlenhydrate sind hinsichtlich ihrer chemischen Struktur eine komplexe und vielfältige Gruppe von Verbindungen. Darunter sind sowohl relativ einfache Verbindungen mit einem Molekulargewicht von etwa 200 als auch riesige Polymere, deren Molekulargewicht mehrere Millionen erreicht. Neben Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen können Kohlenhydrate Atome von Phosphor, Stickstoff, Schwefel und seltener auch andere Elemente enthalten.

Klassifizierung von Kohlenhydraten

Alle bekannten Kohlenhydrate lassen sich in zwei große Gruppen einteilen – einfache Kohlenhydrate Und komplexe Kohlenhydrate. Eine eigene Gruppe bilden kohlenhydrathaltige Mischpolymere, beispielsweise Glykoproteine– Komplex mit einem Proteinmolekül, Glykolipide – Komplex mit Lipiden usw.

Einfache Kohlenhydrate (Monosaccharide oder Monosaccharide) sind Polyhydroxycarbonylverbindungen, die bei Hydrolyse nicht in der Lage sind, einfachere Kohlenhydratmoleküle zu bilden. Wenn Monosaccharide eine Aldehydgruppe enthalten, gehören sie zur Klasse der Aldosen (Aldehydalkohole), enthalten sie eine Ketongruppe, gehören sie zur Klasse der Ketosen (Ketoalkohole). Abhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome im Monosaccharidmolekül werden Triosen (C 3), Tetrosen (C 4), Pentosen (C 5), Hexosen (C 6) usw. unterschieden:

Die in der Natur am häufigsten vorkommenden Verbindungen sind Pentosen und Hexosen.

Komplex Kohlenhydrate ( Polysaccharide, oder Poliose) sind Polymere, die aus Monosaccharidresten aufgebaut sind. Bei der Hydrolyse bilden sie einfache Kohlenhydrate. Je nach Polymerisationsgrad werden sie in niedermolekulare ( Oligosaccharide, deren Polymerisationsgrad üblicherweise weniger als 10 beträgt) und hohes Molekulargewicht. Oligosaccharide sind zuckerähnliche Kohlenhydrate, die wasserlöslich sind und einen süßen Geschmack haben. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Metallionen (Cu 2+, Ag +) zu reduzieren, werden sie unterteilt in erholsam Und nicht restaurativ. Polysaccharide können je nach Zusammensetzung auch in zwei Gruppen eingeteilt werden: Homopolysaccharide Und Heteropolysaccharide. Homopolysaccharide werden aus Monosaccharidresten des gleichen Typs aufgebaut, und Heteropolysaccharide werden aus Resten verschiedener Monosaccharide aufgebaut.

Das Obige mit Beispielen für die häufigsten Vertreter jeder Kohlenhydratgruppe kann im folgenden Diagramm dargestellt werden:

Funktionen von Kohlenhydraten

Die biologischen Funktionen von Polysacchariden sind sehr vielfältig.

Energie- und Speicherfunktion

Kohlenhydrate enthalten den Großteil der Kalorien, die ein Mensch über die Nahrung zu sich nimmt. Das wichtigste mit der Nahrung zugeführte Kohlenhydrat ist Stärke. Es kommt in Backwaren, Kartoffeln und Getreide vor. Die menschliche Ernährung enthält außerdem Glykogen (in Leber und Fleisch), Saccharose (als Zusatz zu verschiedenen Gerichten), Fruktose (in Früchten und Honig) und Laktose (in Milch). Bevor Polysaccharide vom Körper aufgenommen werden, müssen sie mit Hilfe von Verdauungsenzymen zu Monosacchariden hydrolysiert werden. Nur in dieser Form werden sie ins Blut aufgenommen. Mit dem Blutkreislauf gelangen Monosaccharide in Organe und Gewebe, wo sie zur Synthese eigener Kohlenhydrate oder anderer Substanzen verwendet oder abgebaut werden, um daraus Energie zu gewinnen.

Die beim Abbau von Glukose freigesetzte Energie wird in Form von ATP gespeichert. Für den Abbau von Glukose gibt es zwei Prozesse: anaerob (in Abwesenheit von Sauerstoff) und aerob (in Gegenwart von Sauerstoff). Durch den anaeroben Prozess entsteht Milchsäure

die sich bei starker körperlicher Betätigung in den Muskeln ansammeln und Schmerzen verursachen.

Durch den aeroben Prozess wird Glukose zu Kohlenmonoxid (IV) und Wasser oxidiert:

Durch den aeroben Abbau von Glukose wird viel mehr Energie freigesetzt als durch den anaeroben Abbau. Im Allgemeinen werden bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten 16,9 kJ Energie freigesetzt.

Glukose kann einer alkoholischen Gärung unterliegen. Dieser Prozess wird von Hefe unter anaeroben Bedingungen durchgeführt:

Die alkoholische Gärung wird in der Industrie häufig zur Herstellung von Weinen und Ethylalkohol eingesetzt.

Der Mensch lernte, nicht nur die alkoholische Gärung zu nutzen, sondern fand auch die Verwendung der Milchsäuregärung, beispielsweise zur Gewinnung von Milchsäureprodukten und zum Einlegen von Gemüse.

Es gibt keine Enzyme im menschlichen oder tierischen Körper, die Zellulose hydrolysieren können; Zellulose ist jedoch der Hauptbestandteil der Nahrung für viele Tiere, insbesondere für Wiederkäuer. Die Mägen dieser Tiere enthalten große Mengen an Bakterien und Protozoen, die das Enzym produzieren Cellulase katalysiert die Hydrolyse von Cellulose zu Glucose. Letztere können sich weiter umwandeln, wodurch Butter-, Essig- und Propionsäure entstehen, die ins Blut von Wiederkäuern aufgenommen werden können.

Kohlenhydrate erfüllen auch eine Reservefunktion. So kommen Stärke, Saccharose, Glucose in Pflanzen u. a. vor Glykogen Bei Tieren sind sie die Energiereserve ihrer Zellen.

Strukturelle, unterstützende und schützende Funktionen

Zellulose in Pflanzen und Chitin Bei Wirbellosen und Pilzen erfüllen sie unterstützende und schützende Funktionen. Polysaccharide bilden in Mikroorganismen eine Kapsel und stärken dadurch die Membran. Lipopolysaccharide von Bakterien und Glykoproteine ​​der Oberfläche tierischer Zellen sorgen für eine Selektivität der interzellulären Interaktion und der immunologischen Reaktionen des Körpers. Ribose dient als Baustoff für RNA und Desoxyribose für DNA.

Führt eine Schutzfunktion aus Heparin. Dieses Kohlenhydrat verhindert als Blutgerinnungshemmer die Bildung von Blutgerinnseln. Es kommt im Blut und Bindegewebe von Säugetieren vor. Bakterienzellwände aus Polysacchariden, die durch kurze Aminosäureketten zusammengehalten werden, schützen Bakterienzellen vor schädlichen Einflüssen. Bei Krebstieren und Insekten sind Kohlenhydrate am Aufbau des Exoskeletts beteiligt, das eine Schutzfunktion übernimmt.

Regulierungsfunktion

Ballaststoffe steigern die Darmmotilität und verbessern dadurch die Verdauung.

Interessant ist die Möglichkeit, Kohlenhydrate als Quelle für flüssigen Kraftstoff – Ethanol – zu nutzen. Schon seit langem wird Holz zum Heizen von Häusern und zum Kochen von Speisen verwendet. In der modernen Gesellschaft wird diese Art von Brennstoff durch andere Arten ersetzt – Öl und Kohle, die billiger und bequemer zu verwenden sind. Pflanzenrohstoffe sind jedoch im Gegensatz zu Öl und Kohle trotz einiger Unannehmlichkeiten bei der Verwendung eine erneuerbare Energiequelle. Doch der Einsatz in Verbrennungsmotoren ist schwierig. Für diese Zwecke wird vorzugsweise flüssiger Brennstoff oder Gas verwendet. Aus minderwertigem Holz, Stroh oder anderen pflanzlichen Materialien, die Zellulose oder Stärke enthalten, können Sie flüssigen Kraftstoff – Ethylalkohol – gewinnen. Dazu müssen Sie zunächst Cellulose oder Stärke hydrolysieren, um Glukose zu gewinnen:

und dann die resultierende Glucose einer alkoholischen Gärung unterziehen, um Ethylalkohol herzustellen. Nach der Reinigung kann es als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Zu beachten ist, dass in Brasilien zu diesem Zweck jährlich Milliarden Liter Alkohol aus Zuckerrohr, Sorghumhirse und Maniok hergestellt und in Verbrennungsmotoren verwendet werden.

Für diejenigen, die zunehmen wollen.

Kohlenhydrate helfen Ihnen.

Wie Sie wissen, besteht ein Fettmolekül aus vier Molekülen Glukose plus vier Molekülen Wasser. Das heißt, bei erhöhter Kohlenhydrataufnahme in Kombination mit Wasseraufnahme erzielen Sie das erwartete Ergebnis. Ich möchte nur eines anmerken: Es ist ratsam, komplexere Kohlenhydrate zu sich zu nehmen, da einfache Kohlenhydrate zu Diabetes und Bluthochdruck führen können. Ich hoffe, dass Sie mit moderner Ernährung (Produktauswahl im Handel) auf diesem Weg keine Schwierigkeiten haben werden. Die Grundlagen zu Kohlenhydraten finden Sie weiter unten, dank Wikipedia.

(Zucker, Saccharide) – organische Substanzen, die eine Carbonylgruppe und mehrere Hydroxylgruppen enthalten. Der Name der Verbindungsklasse leitet sich von den Worten „Kohlenhydrate“ ab und wurde erstmals 1844 von K. Schmidt vorgeschlagen. Das Erscheinen dieses Namens ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die ersten der Wissenschaft bekannten Kohlenhydrate mit der Bruttoformel Cx(H2O)y beschrieben wurden und formal Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasser waren.
Kohlenhydrate sind eine sehr breite Klasse organischer Verbindungen, darunter Stoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Dadurch können Kohlenhydrate in lebenden Organismen vielfältige Funktionen erfüllen. Verbindungen dieser Klasse machen etwa 80 % der Trockenmasse von Pflanzen und 2-3 % der Tiermasse aus

Einfache und komplexe Kohlenhydrate

Links ist D-Glycerinaldehyd, rechts Dihydroxyaceton.

Kohlenhydrate sind ein integraler Bestandteil der Zellen und Gewebe aller lebenden Organismen, Vertreter der Pflanzen- und Tierwelt, und machen (nach Gewicht) den größten Teil der organischen Substanz auf der Erde aus. Die Kohlenhydratquelle für alle lebenden Organismen ist der von Pflanzen durchgeführte Prozess der Photosynthese. Aufgrund ihrer Fähigkeit, zu Monomeren zu hydrolysieren, werden Kohlenhydrate in zwei Gruppen eingeteilt: einfache (Monosaccharide) und komplexe (Disaccharide und Polysaccharide). Komplexe Kohlenhydrate können im Gegensatz zu einfachen Kohlenhydraten hydrolysiert werden, um Monosaccharide und Monomere zu bilden. Einfache Kohlenhydrate lösen sich leicht in Wasser und werden in grünen Pflanzen synthetisiert. Komplexe Kohlenhydrate sind Produkte der Polykondensation einfacher Zucker (Monosaccharide) und bilden im Prozess der hydrolytischen Spaltung Hunderte und Tausende von Monosaccharidmolekülen

Monosaccharide

Ein in der Natur häufig vorkommendes Monosaccharid ist Beta-D-Glucose.

Monosaccharide(vom griechischen Monos – das einzige, Sacchar – Zucker) – die einfachsten Kohlenhydrate, die nicht zu einfacheren Kohlenhydraten hydrolysieren – sie sind normalerweise farblos, leicht wasserlöslich, schlecht in Alkohol und völlig unlöslich in Ether, feste transparente organische Verbindungen , eine der Hauptkohlenhydratgruppen, die einfachste Form von Zucker. Wässrige Lösungen haben einen neutralen pH-Wert. Einige Monosaccharide haben einen süßen Geschmack. Monosaccharide enthalten eine Carbonylgruppe (Aldehyd oder Keton) und können daher als Derivate mehrwertiger Alkohole betrachtet werden. Ein Monosaccharid mit einer Carbonylgruppe am Ende der Kette ist ein Aldehyd und wird Aldose genannt. An jeder anderen Position der Carbonylgruppe ist das Monosaccharid ein Keton und wird Ketose genannt. Abhängig von der Länge der Kohlenstoffkette (von drei bis zehn Atomen) werden Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Heptosen usw. unterschieden. Unter ihnen sind Pentosen und Hexosen in der Natur am weitesten verbreitet. Monosaccharide sind die Bausteine, aus denen Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide synthetisiert werden.
In der Natur kommt in freier Form am häufigsten D-Glucose (Traubenzucker oder Dextrose, C6H12O6) vor – ein sechsatomiger Zucker (Hexose), eine Struktureinheit (Monomer) vieler Polysaccharide (Polymere) – Disaccharide: (Maltose, Saccharose und Laktose) und Polysaccharide (Zellulose, Stärke). Andere Monosaccharide sind hauptsächlich als Bestandteile von Di-, Oligo- oder Polysacchariden bekannt und kommen selten im freien Zustand vor. Natürliche Polysaccharide dienen als Hauptquellen für Monosaccharide

Disaccharide

Maltose (Malzzucker) ist ein natürliches Disaccharid, das aus zwei Glucoseresten besteht

Maltose(Malzzucker) – ein natürliches Disaccharid, das aus zwei Glucoseresten besteht
Disaccharide (von Di – zwei, Sacchar – Zucker) sind komplexe organische Verbindungen, eine der Hauptgruppen von Kohlenhydraten; bei der Hydrolyse zerfällt jedes Molekül in zwei Moleküle von Monosacchariden, sie sind eine besondere Art von Oligosacchariden. Disaccharide sind strukturell Glykoside, bei denen zwei Monosaccharidmoleküle durch eine glykosidische Bindung miteinander verbunden sind, die durch die Wechselwirkung von Hydroxylgruppen (zwei Halbacetale oder ein Halbacetal und ein Alkohol) entsteht. Abhängig von ihrer Struktur werden Disaccharide in zwei Gruppen eingeteilt: reduzierend und nicht reduzierend. Im Maltosemolekül beispielsweise weist der zweite Monosaccharidrest (Glukose) eine freie Halbacetalhydroxylgruppe auf, die diesem Disaccharid reduzierende Eigenschaften verleiht. Disaccharide sind neben Polysacchariden eine der Hauptkohlenhydratquellen in der Ernährung von Mensch und Tier.

Oligosaccharide

Raffinose- ein natürliches Trisaccharid, bestehend aus D-Galactose-, D-Glucose- und D-Fructose-Resten.
Oligosaccharide- Kohlenhydrate, deren Moleküle aus 2 bis 10 durch glykosidische Bindungen verbundenen Monosaccharidresten synthetisiert sind. Dementsprechend unterscheiden sie: Disaccharide, Trisaccharide usw. Oligosaccharide, die aus identischen Monosaccharidresten bestehen, werden Homopolysaccharide genannt, solche, die aus unterschiedlichen bestehen, werden Heteropolysaccharide genannt. Die häufigsten Oligosaccharide sind Disaccharide.
Unter den natürlichen Trisacchariden ist Raffinose am häufigsten – ein nicht reduzierendes Oligosaccharid, das Fructose-, Glucose- und Galactose-Reste enthält – und in großen Mengen in Zuckerrüben und vielen anderen Pflanzen vorkommt

Polysaccharide

Polysaccharide- die allgemeine Bezeichnung für eine Klasse komplexer hochmolekularer Kohlenhydrate, deren Moleküle aus Dutzenden, Hunderten oder Tausenden von Monomeren – Monosacchariden – bestehen. Unter dem Gesichtspunkt der allgemeinen Strukturprinzipien in der Gruppe der Polysaccharide kann zwischen Homopolysacchariden, die aus Monosaccharideinheiten des gleichen Typs synthetisiert werden, und Heteropolysacchariden unterschieden werden, die durch das Vorhandensein von zwei oder mehr Arten von Monomerresten gekennzeichnet sind.
Homopolysaccharide (Glykane), bestehend aus Resten eines Monosaccharids, können Hexosen oder Pentosen sein, d. h. Hexose oder Pentose können als Monomer verwendet werden. Abhängig von der chemischen Natur des Polysaccharids werden Glucane (aus Glucoseresten), Mannane (aus Mannose), Galactane (aus Galactose) und andere ähnliche Verbindungen unterschieden. Zur Gruppe der Homopolysaccharide gehören organische Verbindungen pflanzlichen (Stärke, Cellulose, Pektin), tierischen (Glykogen, Chitin) und bakteriellen (Dextrane) Ursprungs.
Polysaccharide sind für das Leben tierischer und pflanzlicher Organismen notwendig. Dies ist eine der Hauptenergiequellen im Körper, die durch den Stoffwechsel entsteht. Polysaccharide sind an Immunprozessen beteiligt, sorgen für die Zelladhäsion im Gewebe und machen den Großteil der organischen Substanz in der Biosphäre aus.

Links ist Stärke, rechts Glykogen.

Stärke

(C6H10O5)n ist eine Mischung aus zwei Homopolysacchariden: linear – Amylose und verzweigt – Amylopektin, dessen Monomer Alpha-Glucose ist. Eine weiße, amorphe Substanz, die in kaltem Wasser unlöslich, quellbar und in heißem Wasser teilweise löslich ist. Molekulargewicht 105-107 Dalton. Stärke, die von verschiedenen Pflanzen in Chloroplasten unter dem Einfluss von Licht während der Photosynthese synthetisiert wird, unterscheidet sich etwas in der Struktur der Körner, dem Polymerisationsgrad der Moleküle, der Struktur der Polymerketten und den physikalisch-chemischen Eigenschaften. In der Regel beträgt der Amylosegehalt in Stärke 10–30 %, Amylopektin 70–90 %. Das Amylosemolekül enthält durchschnittlich etwa 1.000 Glucosereste, die durch Alpha-1,4-Bindungen verbunden sind. Einzelne lineare Abschnitte des Amylopektinmoleküls bestehen aus 20–30 solcher Einheiten, und an den Verzweigungspunkten von Amylopektin sind Glucosereste durch Alpha-1,6-Bindungen zwischen den Ketten verbunden. Bei teilweiser Säurehydrolyse von Stärke entstehen Polysaccharide mit geringerem Polymerisationsgrad – Dextrine (C6H10O5)p, und bei vollständiger Hydrolyse – Glucose.
Glykogen (C6H10O5)n – ein aus Alpha-D-Glucoseresten aufgebautes Polysaccharid – ist das Hauptreservepolysaccharid höherer Tiere und des Menschen und kommt in Form von Granulat im Zytoplasma von Zellen in fast allen Organen und Geweben vor, jedoch im größten Diese Menge reichert sich in Muskeln und Leber an. Das Glykogenmolekül besteht aus verzweigten Polyglucosidketten, in deren linearer Reihenfolge die Glucosereste durch Alpha-1,4-Bindungen und an Verzweigungspunkten durch Alpha-1,6-Bindungen zwischen den Ketten verbunden sind. Die Summenformel von Glykogen ist identisch mit der Formel von Stärke. In seiner chemischen Struktur ähnelt Glykogen dem Amylopektin mit einer ausgeprägteren Kettenverzweigung, weshalb es manchmal fälschlicherweise als „tierische Stärke“ bezeichnet wird. Molekulargewicht 105-108 Dalton und höher. In tierischen Organismen ist es ein strukturelles und funktionelles Analogon des pflanzlichen Polysaccharids Stärke. Glykogen bildet eine Energiereserve, die bei Bedarf schnell mobilisiert werden kann, um einen plötzlichen Glukosemangel auszugleichen – die starke Verzweigung seines Moleküls führt zum Vorhandensein einer Vielzahl terminaler Reste, die eine schnelle Abspaltung ermöglichen die erforderliche Anzahl an Glukosemolekülen. Im Gegensatz zur Speicherung von Triglyceriden (Fett) ist die Speicherung von Glykogen nicht so groß (Kalorien pro Gramm). Nur in Leberzellen (Hepatozyten) gespeichertes Glykogen kann in Glukose umgewandelt werden, um den gesamten Körper mit Energie zu versorgen, und Hepatozyten können bis zu 8 Prozent ihres Gewichts in Form von Glykogen ansammeln, was die höchste Konzentration aller Zelltypen darstellt. Die Gesamtmasse an Glykogen in der Leber von Erwachsenen kann 100-120 Gramm erreichen. In den Muskeln wird Glykogen ausschließlich für den lokalen Verbrauch in Glukose zerlegt und reichert sich in viel geringeren Konzentrationen an (nicht mehr als 1 % der gesamten Muskelmasse). Allerdings kann die Gesamtreserve in den Muskeln die in den Hepatozyten angesammelte Reserve übersteigen.

Cellulose (Ballaststoff) ist das häufigste strukturelle Polysaccharid der Pflanzenwelt und besteht aus Alpha-Glucose-Resten in Beta-Pyranose-Form. Somit sind in einem Cellulosemolekül Beta-Glucopyranose-Monomereinheiten durch Beta-1,4-Bindungen linear miteinander verbunden. Bei teilweiser Hydrolyse von Cellulose entsteht das Disaccharid Cellobiose, bei vollständiger Hydrolyse entsteht D-Glucose. Im menschlichen Magen-Darm-Trakt wird Cellulose nicht verdaut, da die Verdauungsenzyme keine Beta-Glucosidase enthalten. Das Vorhandensein einer optimalen Menge an Pflanzenfasern in der Nahrung trägt jedoch zu einer normalen Kotbildung bei. Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit fungiert Zellulose als Stützmaterial für Pflanzen; in Holz beträgt sein Anteil beispielsweise 50 bis 70 %, und Baumwolle besteht zu fast 100 % aus Zellulose.
Chitin ist ein strukturelles Polysaccharid niederer Pflanzen, Pilze und wirbelloser Tiere (hauptsächlich die Hornmembranen von Arthropoden – Insekten und Krebstieren). Chitin erfüllt, wie Zellulose in Pflanzen, unterstützende und mechanische Funktionen im Organismus von Pilzen und Tieren. Das Chitinmolekül besteht aus N-Acetyl-D-Glucosamin-Resten, die durch Beta-1,4-Glycosin-Bindungen miteinander verbunden sind. Chitin-Makromoleküle sind unverzweigt und haben in ihrer räumlichen Anordnung nichts mit Cellulose gemein.
Pektinsubstanzen sind Polygalacturonsäure, die in Obst und Gemüse vorkommt; D-Galacturonsäurereste sind durch Alpha-1,4-glykosidische Bindungen verbunden. In Gegenwart organischer Säuren können sie gelieren und werden in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Gelee und Marmelade verwendet. Einige Pektinstoffe haben eine geschwürhemmende Wirkung und sind aktiver Bestandteil einer Reihe von Arzneimitteln, beispielsweise des Flohsamenderivats Plantaglucid.
Muramin ist ein Polysaccharid, ein unterstützendes und mechanisches Material der Bakterienzellwand. Aufgrund seiner chemischen Struktur handelt es sich um eine unverzweigte Kette, die aus abwechselnden Resten von N-Acetylglucosamin und N-Acetylmuraminsäure aufgebaut ist und durch eine beta-1,4-glykosidische Bindung verbunden ist. Muramin ist Chitin und Cellulose in seiner strukturellen Organisation (unverzweigte Kette des Beta-1,4-Polyglucopyranose-Gerüsts) und seiner funktionellen Rolle sehr ähnlich.
Dextran-Halbsaccharide bakteriellen Ursprungs werden unter industriellen Produktionsbedingungen auf mikrobiologischem Wege (durch Einwirkung von Leuconostoc mesenteroides-Mikroorganismen auf eine Saccharoselösung) synthetisiert und als Blutplasmaersatz verwendet (die sogenannten klinischen „Dextrane“: Poliglyukin und andere). .

Links ist D-Glycerinaldehyd, rechts L-Glycerinaldehyd.

Raumisomerie

Unter Isomerie versteht man die Existenz chemischer Verbindungen (Isomere), die in ihrer Zusammensetzung und ihrem Molekulargewicht identisch sind, sich jedoch in der Struktur oder Anordnung der Atome im Raum und damit in ihren Eigenschaften unterscheiden.
Stereoisomerie von Monosacchariden: Das Glycerinaldehyd-Isomer, bei dem sich bei der Projektion des Modells auf eine Ebene die OH-Gruppe am asymmetrischen Kohlenstoffatom auf der rechten Seite befindet, wird üblicherweise als D-Glycerinaldehyd betrachtet, das Spiegelbild ist L-Glycerinaldehyd. Alle Isomere von Monosacchariden werden entsprechend der Ähnlichkeit der Position der OH-Gruppe am letzten asymmetrischen Kohlenstoffatom in der Nähe der CH2OH-Gruppe in D- und L-Form unterteilt (Ketosen enthalten ein asymmetrisches Kohlenstoffatom weniger als Aldosen mit der gleichen Kohlenstoffzahl). Atome). Natürliche Hexosen – Glucose, Fructose, Mannose und Galactose – werden aufgrund ihrer stereochemischen Konfiguration als Verbindungen der D-Serie klassifiziert.

Biologische Rolle
In lebenden Organismen erfüllen Kohlenhydrate folgende Funktionen:
Struktur- und Stützfunktionen. Kohlenhydrate sind am Aufbau verschiedener Stützstrukturen beteiligt. So ist Zellulose der Hauptstrukturbestandteil pflanzlicher Zellwände, Chitin erfüllt eine ähnliche Funktion bei Pilzen und verleiht dem Exoskelett von Arthropoden auch Steifigkeit.
Schutzfunktion bei Pflanzen. Einige Pflanzen haben Schutzstrukturen (Dornen, Stacheln usw.), die aus Zellwänden abgestorbener Zellen bestehen.
Kunststofffunktion. Kohlenhydrate sind Teil komplexer Moleküle (z. B. sind Pentosen (Ribose und Desoxyribose) am Aufbau von ATP, DNA und RNA beteiligt).
Energiefunktion. Kohlenhydrate dienen als Energiequelle: Durch die Oxidation von 1 Gramm Kohlenhydraten werden 4,1 kcal Energie und 0,4 g Wasser freigesetzt.
Aufbewahrungsfunktion. Kohlenhydrate dienen als Reservenährstoffe: Glykogen bei Tieren, Stärke und Inulin bei Pflanzen.
Osmotische Funktion. Kohlenhydrate sind an der Regulierung des osmotischen Drucks im Körper beteiligt. Somit enthält das Blut 100–110 mg/% Glukose und der osmotische Druck des Blutes hängt von der Glukosekonzentration ab.
Rezeptorfunktion. Oligosaccharide sind Teil des Rezeptoranteils vieler zellulärer Rezeptoren oder Ligandenmoleküle Biosynthese
In der täglichen Ernährung von Mensch und Tier überwiegen Kohlenhydrate. Pflanzenfresser erhalten Stärke, Ballaststoffe und Saccharose. Fleischfresser gewinnen Glykogen aus Fleisch.
Tierische Körper sind nicht in der Lage, Kohlenhydrate aus anorganischen Substanzen zu synthetisieren. Sie erhalten sie von Pflanzen mit der Nahrung und nutzen sie als Hauptenergiequelle, die im Prozess der Oxidation gewonnen wird: In grünen Blättern von Pflanzen entstehen Kohlenhydrate während des Prozesses der Photosynthese – einem einzigartigen biologischen Prozess zur Umwandlung anorganischer Substanzen in Zucker – Kohlenstoff Kohlenmonoxid (IV) und Wasser, das unter Beteiligung von Chlorophyll durch Sonnenenergie entsteht: Der Kohlenhydratstoffwechsel im menschlichen Körper und höheren Tieren besteht aus mehreren Prozessen:
Hydrolyse (Aufspaltung) von Nahrungspolysacchariden und -disacchariden zu Monosacchariden im Magen-Darm-Trakt, gefolgt von der Aufnahme aus dem Darmlumen in den Blutkreislauf.
Glykogenogenese (Synthese) und Glykogenolyse (Abbau) von Glykogen in Geweben, hauptsächlich in der Leber.
Aerobe (Pentosephosphatweg der Glukoseoxidation oder Pentosezyklus) und anaerobe (ohne Sauerstoffverbrauch) Glykolyse sind Methoden zum Abbau von Glukose im Körper.
Umwandlung von Hexosen ineinander.
Aerobe Oxidation des Glykolyseprodukts - Pyruvat (die letzte Stufe des Kohlenhydratstoffwechsels).
Unter Gluconeogenese versteht man die Synthese von Kohlenhydraten aus Nicht-Kohlenhydrat-Rohstoffen (Brenztraubensäure, Milchsäure, Glycerin, Aminosäuren und anderen organischen Verbindungen).
[Bearbeiten]Wichtige Quellen
Die wichtigsten Kohlenhydratquellen aus der Nahrung sind: Brot, Kartoffeln, Nudeln, Müsli und Süßigkeiten. Ein reines Kohlenhydrat ist Zucker. Honig enthält je nach Herkunft 70-80 % Glucose und Fructose.
Zur Angabe der Kohlenhydratmenge in Lebensmitteln wird eine spezielle Broteinheit verwendet.
Darüber hinaus gehören zur Kohlenhydratgruppe auch Ballaststoffe und Pektine, die für den menschlichen Körper schlecht verdaulich sind.

Liste der häufigsten Kohlenhydrate

• Monosaccharide

• Oligosaccharide

• Saccharose (normaler Zucker, Rohr- oder Rübenzucker)

• Polysaccharide

• Galactomannane

• Glykosaminoglykane (Mucopolysaccharide)

• Chondroitinsulfat

• Hyaluronsäure

• Heparansulfat

• Dermatansulfat

• Keratansulfat

Glukose ist das wichtigste aller Monosaccharide, da es eine Struktureinheit der meisten Di- und Polysaccharide in Lebensmitteln ist. Im Stoffwechselprozess werden sie in einzelne Monosaccharidmoleküle zerlegt, die durch mehrstufige chemische Reaktionen in andere Stoffe umgewandelt und schließlich zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden – als „Brennstoff“ für Zellen. Glukose ist ein notwendiger Bestandteil des Stoffwechsels Kohlenhydrate. Wenn der Blutspiegel sinkt oder die Konzentration zu hoch ist und die Anwendung nicht möglich ist, wie es bei Diabetes der Fall ist, kommt es zu Schläfrigkeit und Bewusstlosigkeit (hypoglykämisches Koma). Glukose kommt „in reiner Form“, als Monosaccharid, in Gemüse und Obst vor. Trauben sind besonders reich an Glukose – 7,8 %, Süßkirschen – 5,5 %, Himbeeren – 3,9 %, Erdbeeren – 2,7 %, Pflaumen – 2,5 %, Wassermelone – 2,4 %. Unter den Gemüsesorten enthält Kürbis die meiste Glukose – 2,6 %, Weißkohl – 2,6 % und Karotten – 2,5 %.

Glukose ist weniger süß als das bekannteste Disaccharid, Saccharose. Wenn wir die Süße von Saccharose mit 100 Einheiten annehmen, beträgt die Süße von Glukose 74 Einheiten.

Fruktose ist einer der häufigsten Kohlenhydrate Obst. Im Gegensatz zu Glukose kann es ohne Beteiligung von Insulin aus dem Blut in Gewebezellen eindringen. Aus diesem Grund wird Fruktose als sicherste Quelle empfohlen Kohlenhydrate für Diabetiker. Ein Teil der Fruktose gelangt in die Leberzellen, die sie in einen vielseitigeren „Brennstoff“ – Glukose – umwandeln. Daher kann Fruktose auch den Blutzuckerspiegel erhöhen, wenn auch in viel geringerem Maße als andere einfache Zucker. Fruktose lässt sich leichter in Fett umwandeln als Glukose. Der Hauptvorteil von Fruktose besteht darin, dass sie 2,5-mal süßer als Glucose und 1,7-mal süßer als Saccharose ist. Seine Verwendung anstelle von Zucker trägt dazu bei, den Gesamtverbrauch zu reduzieren Kohlenhydrate.

Die Hauptquellen für Fruktose in Lebensmitteln sind Weintrauben – 7,7 %, Äpfel – 5,5 %, Birnen – 5,2 %, Kirschen – 4,5 %, Wassermelonen – 4,3 %, schwarze Johannisbeeren – 4,2 %, Himbeeren – 3,9 %, Erdbeeren – 2,4 %, Melonen – 2,0 %. Der Fruktosegehalt in Gemüse ist niedrig – von 0,1 % in Rüben bis 1,6 % in Weißkohl. Fruktose ist im Honig enthalten – etwa 3,7 %. Es ist sicher erwiesen, dass Fruktose, die eine deutlich höhere Süße als Saccharose hat, keine Karies verursacht, die durch Zuckerkonsum begünstigt wird.

Galaktose nicht in freier Form in Produkten enthalten. Es bildet mit Glucose ein Disaccharid – den Hauptbestandteil Lactose (Milchzucker). Kohlenhydrat Milch und Milchprodukte.

Laktose wird im Magen-Darm-Trakt durch ein Enzym in Glucose und Galactose gespalten Laktase. Ein Mangel an diesem Enzym führt bei manchen Menschen zu einer Milchunverträglichkeit. Unverdaute Laktose dient als guter Nährstoff für die Darmflora. In diesem Fall ist eine starke Gasbildung möglich, der Magen „schwillt“ an. In fermentierten Milchprodukten wird der größte Teil der Laktose zu Milchsäure vergoren, sodass Menschen mit Laktasemangel fermentierte Milchprodukte ohne unangenehme Folgen vertragen können. Darüber hinaus unterdrücken Milchsäurebakterien in fermentierten Milchprodukten die Aktivität der Darmflora und reduzieren die schädlichen Auswirkungen von Laktose.

Galaktose, die beim Abbau von Laktose entsteht, wird in der Leber in Glukose umgewandelt. Bei einem angeborenen erblichen Mangel oder Fehlen des Enzyms, das Galaktose in Glukose umwandelt, entwickelt sich eine schwere Krankheit – Galaktosämie, was zu geistiger Behinderung führt.

Ein Disaccharid, das aus Glucose- und Fructosemolekülen besteht Saccharose. Der Saccharosegehalt im Zucker beträgt 99,5 %. Auch Naschkatzen wissen, dass Zucker der „weiße Tod“ ist, so wie Raucher wissen, dass ein Tropfen Nikotin ein Pferd tötet. Leider dienen beide Binsenweisheiten häufiger als Anlass für Witze als für ernsthafte Überlegungen und praktische Schlussfolgerungen.

Zucker wird im Magen-Darm-Trakt schnell abgebaut, Glukose und Fruktose werden ins Blut aufgenommen und dienen als Energiequelle und wichtigste Vorstufe von Glykogen und Fetten. Da Zucker rein ist, wird er oft als „leerer Kalorienträger“ bezeichnet Kohlenhydrat und enthält keine anderen Nährstoffe wie Vitamine, Mineralsalze. Von den pflanzlichen Produkten ist die meiste Saccharose in Rüben enthalten (8,6 %, Pfirsiche – 6,0 %, Melonen – 5,9 %, Pflaumen – 4,8 %, Mandarinen – 4,5 %). In Gemüse, mit Ausnahme von Rüben, wird in Karotten ein erheblicher Saccharosegehalt festgestellt – 3,5 %. In anderen Gemüsesorten liegt der Saccharosegehalt zwischen 0,4 und 0,7 %. Die Hauptquellen für Saccharose in Lebensmitteln sind neben Zucker selbst Marmelade, Honig, Süßwaren, Süßgetränke und Eiscreme.

Wenn sich zwei Glukosemoleküle verbinden, entsteht sie Maltose- Malzzucker. Es enthält Honig, Malz, Bier, Melasse sowie Back- und Süßwaren, die unter Zusatz von Melasse hergestellt werden.

Mit wenigen Ausnahmen sind alle in der menschlichen Nahrung vorkommenden Polysaccharide Polymere der Glucose.

Stärke ist das wichtigste verdauliche Polysaccharid. Es macht bis zu 80 % der in der Nahrung aufgenommenen Menge aus Kohlenhydrate.

Die Stärkequelle sind pflanzliche Produkte, hauptsächlich Getreide: Getreide, Mehl, Brot und Kartoffeln. Getreide enthält die meiste Stärke: von 60 % im Buchweizen (Kern) bis 70 % im Reis. Von den Getreidearten ist in Haferflocken und seinen verarbeiteten Produkten die geringste Menge an Stärke enthalten: Haferflocken, Hercules-Haferflocken - 49 %. Nudeln enthalten 62 bis 68 % Stärke, Brot aus Roggenmehl je nach Sorte – 33 % bis 49 %, Weizenbrot und andere Produkte aus Weizenmehl – ​​35 bis 51 % Stärke, Mehl – ​​ab 56 (Roggenmehl). ) auf 68 % (Premiumweizen). Auch in Hülsenfrüchten ist viel Stärke enthalten – von 40 % in Linsen bis 44 % in Erbsen. Aus diesem Grund werden trockene Erbsen, Bohnen, Linsen und Kichererbsen klassifiziert Körnerhülsenfrüchte. Davon abgesehen sind Sojabohnen, die nur 3,5 % Stärke enthalten, und Sojamehl (10-15,5 %). Aufgrund des hohen Stärkegehalts in Kartoffeln (15-18 %) wird sie in der Diätetik nicht als Gemüse eingestuft, wo die Hauptstärke vorliegt Kohlenhydrate werden durch Monosaccharide und Disaccharide sowie stärkehaltige Lebensmittel repräsentiert, die Getreide und Hülsenfrüchten ebenbürtig sind.

In Topinambur und einigen anderen Pflanzen Kohlenhydrate in Form eines Polymers aus Fruktose gespeichert - Inulin. Lebensmittel mit Inulinzusatz werden bei Diabetes und insbesondere zur Vorbeugung empfohlen (denken Sie daran, dass Fruktose die Bauchspeicheldrüse weniger belastet als andere Zucker).

Glykogen- „tierische Stärke“ – besteht aus hochverzweigten Ketten von Glukosemolekülen. Es kommt in geringen Mengen in tierischen Produkten vor (in der Leber 2–10 %, im Muskelgewebe – 0,3–1 %).

Diabetes mellitus (DM)- eine endokrine Erkrankung, die durch ein chronisches Hyperglykämie-Syndrom gekennzeichnet ist, das eine Folge einer unzureichenden Produktion oder Wirkung von Insulin ist und zu einer Störung aller Arten des Stoffwechsels, insbesondere des Kohlenhydratstoffwechsels, einer Schädigung der Blutgefäße (Angiopathie) und des Nervensystems (Neuropathie) führt. sowie andere Organe und Systeme. Nach der WHO-Definition (1985) ist Diabetes mellitus ein Zustand chronischer...