VL 3 Kohlenhydrate

• Kohlenhydrate

  • Moleküle auf Kohlenstoffbasis mit vielen Hydroxylgruppen.
  • Monosaccharide sind die einfachsten Einheiten, haben die empirische Formel (CH2O)n mit n = 3-9 und bilden Monomere größerer Kohlenhydratmoleküle.
• Oligosaccharide und Polysaccharide

  • Oligosaccharide haben 2-10 Monosaccharidreste, Polysaccharide enthalten in der Regel mehr als 20.
  • Sie haben nicht die allgemeine Formel (CH2O)n, da sie durch Kondensation (Wasserabspaltung) der Monomere verknüpft sind.
  • Gemeinsam als Glycane bezeichnet, unterscheidet man zwischen Homoglycanen (gleiche Monomere) und Heteroglycanen (unterschiedliche Monomere).
• Bedeutung von Kohlenhydraten

  • Essentiell für den Organismus, liefern etwa 50% der benötigten Energie durch ihren Abbau.
  • Glycogen dient als wichtiger intrazellulärer Energiespeicher
  • Können in Lipide umgewandelt werden und sind an der Biosynthese von nicht-essentiellen Aminosäuren, Nucleotiden und Nucleinsäuren beteiligt (Speicherung und Realisierung genetischer Information)
• • Als Proteoglykane dominieren sie die extrazelluläre Matrix.
  • Als Glycoproteine spielen sie eine bedeutende Rolle in der Zell-Zell-Erkennung.
• Monosaccharide aus chemischer Sicht

  • Sind Polyhydroxyaldehyde (Aldosen) oder Polyhydroxyketone (Ketosen)
  • Enthalten mindestens 3 Kohlenstoffatome.
  • Ein Kohlenstoffatom ist das Carbonyl-Kohlenstoffatom (Aldehyd oder Keton).
  • Jedes der verbleibenden Kohlenstoffatome trägt eine Hydroxylgruppe.
• Klassifizierung der Monosaccharide nach Anzahl der Kohlenstoffatome

  • Triosen: 3 Kohlenstoffatome
  • Tetrosen: 4 Kohlenstoffatome
  • Pentosen: 5 Kohlenstoffatome
  • Hexosen: 6 Kohlenstoffatome
  • Heptosen: 7 Kohlenstoffatome
• Funktionelle Gruppen und Struktur der Monosaccharide

  • Aldosen haben eine Aldehydgruppe (-CHO).
  • Ketosen haben eine Ketongruppe (=O).
  • Alle C-Atome außer dem Carbonyl-Kohlenstoffatom tragen eine Hydroxylgruppe (-OH).
• Bedeutung und Verwendung der Monosaccharide

  • Grundbausteine für Oligosaccharide und Polysaccharide.
  • Wichtige Rolle als Energielieferanten und in biochemischen Prozessen wie der Synthese von Glycogen, Lipiden, Proteoglykanen und Glycoproteinen.
• D-Glycerinaldehyd

  
• D-Erythrose

  
• D-Ribose

  
• D-Glucose

  
• D-Mannose

  
• D-Galactose

  
• Dihydroxyaceton

  
• D-Ribolose

  
• D-Xylulose

  
• D-Fructose

  
• Cyclisierung von Aldosen und Ketosen


  In Lösung und in Zellen liegen viele Kohlenhydrate nicht als offene Ketten, sondern in Ringform vor.

  Chemische Grundlage der Ringbildung:

  • Ein Aldehyd kann mit einem Alkohol zum Halbacetal reagieren.
  • Ein Keton kann mit einem Alkohol zum Halbketal reagieren

  Zusammenfassung:

  Aldosen und Ketosen können sich intramolekular zu Furanosen oder Pyranosen cyclisieren, wobei Anomere entstehen können, die α- oder β-Konfigurationen haben.
• Ringbildung bei Aldosen und Ketosen

  • Das Carbonylkohlenstoffatom einer Aldose mit mindestens 5 C-Atomen oder einer Ketose mit mindestens 6 C-Atomen kann mit einer Hydroxylgruppe des gleichen Moleküls intramolekular zu einem cyclischen Halbacetal bzw. Halbketal reagieren.
  • Das Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe wird dabei zu einem Ringatom des entstehenden fünf- oder sechsgliedrigen Rings.
• Furanosen

  Fünfgliedrige Ringe
• Pyranosen


  Sechsgliedrige Ringe
• Anomere Formen (α und β) bei Cyclisierung:

  • Durch geeignete Drehung um die Bindung zwischen C-4 und C-5 wird die Hydroxylgruppe am C-5 in unmittelbarer Nähe zur C-1 Aldehydgruppe positioniert.
  • Der nucleophile Angriff der Hydroxylgruppe am C-5 kann von zwei Seiten der Carbonylgruppe erfolgen:
  • Angriff von einer Seite ergibt α-D-Glucopyranose.
  • Angriff von der anderen Seite ergibt β-D-Glucopyranose.