📑 Inhaltsverzeichnis
Kohlenhydrate sind die häufigsten Biomoleküle der Erde. Sie dienen als Energielieferanten, Energiespeicher und Strukturbausteine. Ihre allgemeine Summenformel lautet $C_n(H_2O)_m$ – daher der Name „Kohlenhydrate" (Kohlenstoff + Wasser).
Einteilung der Kohlenhydrate
| Gruppe | Anzahl Zuckereinheiten | Beispiele |
|---|---|---|
| Monosaccharide | 1 | Glucose, Fructose, Ribose |
| Disaccharide | 2 (glycosidisch verbunden) | Saccharose, Lactose, Maltose |
| Oligosaccharide | 3–10 | Raffinose, Stachyose |
| Polysaccharide | >10 | Stärke, Cellulose, Glykogen |
Monosaccharide – die Grundbausteine
Die wichtigsten Monosaccharide sind Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) mit der Summenformel $\ce{C6H12O6}$. Sie unterscheiden sich in der Anordnung der Hydroxylgruppen.
Glucose liegt in wässriger Lösung überwiegend als Ringform (Pyranose) vor:
$$\ce{Glucose (offenkettig) <=> Glucose (Ringform)}$$Die Ribose ($\ce{C5H10O5}$) ist als Bestandteil der RNA und ATP von zentraler Bedeutung.
Glycosidische Bindung und Disaccharide
Monosaccharide verknüpfen sich über eine glycosidische Bindung unter Wasserabspaltung:
$$\ce{Glucose + Fructose -> Saccharose + H2O}$$Wichtige Disaccharide:
| Disaccharid | Monomere | Vorkommen |
|---|---|---|
| Saccharose | $\alpha$-$\ce{D-Glucose}$ + $\beta$-$\ce{D-Fructose}$ | Haushaltszucker (Rübe, Rohr) |
| Maltose | $\alpha$-$\ce{D-Glucose}$ + $\alpha$-$\ce{D-Glucose}$ | Malz, Bier |
| Lactose | $\beta$-$\ce{D-Galactose}$ + $\beta$-$\ce{D-Glucose}$ | Milch |
Polysaccharide
Stärke ist das wichtigste pflanzliche Speicherpolysaccharid. Sie besteht aus Amylose (ungerühmte Kette, $\alpha$-$1{,}4$-glycosidisch) und Amylopectin (verzweigt, zusätzlich $\alpha$-$1{,}6$-Bindungen).
Cellulose ist das häufigste organische Molekül der Erde und dient als pflanzliches Strukturpolysaccharid. Hier sind die Glucose-Einheiten $\beta$-$1{,}4$-glycosidisch verbunden – ein entscheidender Unterschied, den der menschliche Verdauungstrakt nicht spalten kann (Wiederkäuer und Termiten können dies dank Cellulasen).
Glykogen ist das tierische Speicherpolysaccharid, vor allem in Leber und Muskeln.
Nachweise von Kohlenhydraten
| Nachweis | Reaktion | Positiver Befund |
|---|---|---|
| Fehling-Probe | Reduzierende Zucker reduzieren $\ce{Cu^{2+}}$ zu $\ce{Cu2O}$ | Roter Niederschlag |
| Iodprobe | Iod lagert sich in die Helix der Amylose ein | Blau-violette Färbung |
| Benedict-Probe | Ähnlich Fehling, stabileres Reagenz | Farbumschlag grün → rot |
Übungen
Glucose und Fructose haben beide die Summenformel $\ce{C6H12O6}$, sind aber unterschiedliche Verbindungen. Erkläre den Begriff Isomerie am Beispiel dieser beiden Zucker.
Beschreibe den strukturellen Unterschied zwischen Stärke und Cellulose auf molekularer Ebene. Warum können Menschen Stärke verdauen, aber keine Cellulose?
Ein Schüler löst Saccharose in Wasser und führt die Fehling-Probe durch. Es zeigt sich zunächst kein roter Niederschlag. Nach Zugabe von etwas Salzsäure und Erhitzen ist die Fehling-Probe positiv. Erkläre den Vorgang.
Verwandte Themen
- Fette, Lipide und Biomembranen – Wie Kohlenhydrate und Lipide gemeinsam Zellmembranen aufbauen (Glycolipide).
- Enzyme als Biokatalysatoren – Enzyme wie Amylase und Cellulase spalten Kohlenhydrate.
- Erdöl und organische Stoffklassen – Funktionelle Gruppen der Kohlenhydrate (Hydroxyl-, Carbonylgruppen).
Zusammenfassung
- Kohlenhydrate bestehen aus Zuckereinheiten ($C_n(H_2O)_m$)
- Monosaccharide (Glucose, Fructose) sind die Grundbausteine, Disaccharide (Saccharose, Lactose) bestehen aus zwei Einheiten
- Polysaccharide (Stärke, Cellulose, Glykogen) sind langkettige Polymere
- Die glycosidische Bindung verbindet Zuckereinheiten durch Kondensation
- Nachweise: Fehling-Probe für reduzierende Zucker, Iodprobe für Stärke