Was sind Kohlenhydrate?

Überblick

Kohlenhydrate sind essenzielle biologische Moleküle aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, die oft im Verhältnis 1:2:1 vorliegen. Sie kommen als einfache oder komplexe Strukturen vor und sind für den Energiestoffwechsel und die Energiespeicherung von wichtiger Bedeutung.

Benennung der Kohlenhydrate

Alle Kohlenhydrate sind Zucker und werden auch Saccharide genannt. Je nach Länge und Komplexität werden Kohlenhydrate in Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide unterteilt. Monosaccharide werden auch als Einfachzucker bezeichnet. Polysaccharide sind komplexere Kohlenhydrate. Sie sind Polymere, da sie aus sich wiederholenden Einheiten von Einfachzuckern bestehen.

Die Glucose ist eine der einfachsten Zuckerarten. Glucose besteht aus sechs Kohlenstoffatomen, 12 Wasserstoffatomen und sechs Sauerstoffatomen (d.h. C₆H₁₂O₆). Glucose weist nur eine einzelne Zuckereinheit und ist daher ein Monosaccharid. Auch ein solch einfaches Molekül hat mehrere Varianten (Isomere), die von der Orientierung der einzelnen Atome im Raum abhängen. Zeigt z.B. die Hydroxylgruppe (-OH) an Kohlenstoff Nummer fünf nach rechts, handelt es sich um die so genannte D-Glucose. Zeigt sie nach links, ist es L-Glucose. Die beiden Moleküle sind Enantiomere, also Spiegelbilder voneinander.

Stellt man Moleküle in einer Ringstruktur dar, bezeichnet man dies als Haworth-Projektion. Sie stellt eine weitere Möglichkeit der Darstellung für die Atome im Glukosemolekül dar. Identifizieren Sie den Kohlenstoff, der zuvor die Carboxylgruppe getragen hat (1 in Glucose, 2 in Fruktose). Zeigt die Hydroxylgruppe an diesem Kohlenstoff nach unten, spricht man von der α-Form. Zeigt die Hydroxylgruppe nach oben, so ist es die β-Form.

Monosaccharide werden auch nach der Anzahl der Kohlenstoffe klassifiziert. So haben Pentosen beispielsweise fünf Kohlenstoffatome, während Hexosen sechs haben. Außerdem werden Monosaccharide nach der Anordnung ihrer Carbonylgruppe (eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung) klassifiziert. Eine Aldose hat eine einfache endständige Aldehydgruppe (-CH=O), während eine Ketose eine einfache Carbonylgruppe in der Mitte des Moleküls hat.

Diese unterschiedlichen Klassifikationssysteme und Namenskonventionen können kombiniert werden. Zum Beispiel ist Fruktose eine Ketohexose, also ein Zucker mit fünf Kohlenstoffen bei dem sich die Carboxylgruppe an einem Kohlenstoff befindet, der nicht am Ende des Moleküls liegt.

Ein Disaccharid bildet sich, wenn zwei Monosaccharide durch Kondensation verbunden werden. Ein übliches Disaccharid ist die Saccharose. Sie besteht aus zwei Monosacchariden, α-Glukose und β-Fruktose. Saccharose ist der gewöhnliche Haushaltszucker, den man aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewinnt.

Wenn sich mehr als zwei Monosaccharide verbinden, bildet es ein Polysaccharid. Zellulose ist ein gängiges Polysaccharid, das aus Glukosemonomeren aufgebaut ist. Es ist unlöslich und der Baustein der Zellwände und Fasern in Pflanzen. Sogar Baumwoll-T-Shirts sind also aus Zucker gemacht!