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5.15: Einführung in Kohlenhydrate - Biologie

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Fassen Sie die Rolle von Kohlenhydraten in biologischen Systemen zusammen

Sind Kohlenhydrate gut für Sie? Menschen, die abnehmen möchten, wird oft gesagt, dass Kohlenhydrate schlecht für sie sind und vermieden werden sollten. Kohlenhydrate sind jedoch seit Jahrtausenden ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung; Artefakte aus alten Zivilisationen zeigen das Vorhandensein von Weizen, Reis und Mais in den Lagerstätten unserer Vorfahren.

Kohlenhydrate sollten mit Proteinen, Vitaminen und Fetten ergänzt werden, um Teil einer ausgewogenen Ernährung zu sein. Kalorienmäßig liefert ein Gramm Kohlenhydrate 4,3 Kcal. Zum Vergleich: Fette liefern 9 Kcal/g, ein weniger wünschenswertes Verhältnis. Kohlenhydrate enthalten lösliche und unlösliche Elemente; der unlösliche Teil ist als Ballaststoff bekannt, der hauptsächlich aus Zellulose besteht. Faser hat viele Anwendungen; es fördert den regelmäßigen Stuhlgang, indem es Masse hinzufügt, und es reguliert die Rate der Blutzuckeraufnahme. Ballaststoffe helfen auch, überschüssiges Cholesterin aus dem Körper zu entfernen. Darüber hinaus sorgt eine Mahlzeit mit Vollkorn und Gemüse für ein Sättigungsgefühl. Als unmittelbare Energiequelle wird Glukose während des Prozesses der Zellatmung abgebaut, wodurch ATP, die Energiewährung der Zelle, entsteht. Ohne den Verzehr von Kohlenhydraten würde die Verfügbarkeit von „Sofortenergie“ reduziert.

Kohlenhydrate aus der Ernährung zu eliminieren ist nicht der beste Weg, um Gewicht zu verlieren. Eine kalorienarme Ernährung, die reich an Vollkornprodukten, Obst, Gemüse und magerem Fleisch ist, zusammen mit viel Bewegung und viel Wasser ist der sinnvollere Weg, um Gewicht zu verlieren.

Was Sie lernen werden

  • Unterscheiden Sie zwischen Monosacchariden, Disacchariden und Polysacchariden
  • Identifizieren Sie mehrere Hauptfunktionen von Kohlenhydraten

Aktivitäten lernen

Die Lernaktivitäten für diesen Abschnitt umfassen Folgendes:

  • Struktur und Funktion von Kohlenhydraten
  • Selbsttest: Kohlenhydrate

Einführung

Die Formeln vieler Kohlenhydrate können als Kohlehydrate geschrieben werden, Cn(H2Ö)n, daher ihr Name. Die Kohlenhydrate sind eine wichtige Energiequelle für den Stoffwechsel, sowohl für Pflanzen als auch für Tiere, die als Nahrung von Pflanzen abhängig sind. Neben den Zuckern und Stärken, die diese lebenswichtige Rolle in der Ernährung erfüllen, dienen Kohlenhydrate auch als Strukturmaterial (Cellulose), als Bestandteil der Energietransportverbindung ATP, als Erkennungsstellen auf Zelloberflächen und als einer von drei essentiellen Bestandteilen von DNA und RNA.

Kohlenhydrate heißen Saccharide oder, wenn sie relativ klein sind, Zucker. Mehrere Klassifikationen von Kohlenhydraten haben sich als nützlich erwiesen und sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.


Biologie-Essay über Kohlenhydrate | Organische Moleküle | Biologie

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Aufsatz Nr. 1. Einführung in Kohlenhydrate:

Chemisch gesehen sind Kohlenhydrate organische Moleküle, in denen Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis Cx (H2Ö)ja, wobei x und y ganze Zahlen sind, die sich je nach dem spezifischen Kohlenhydrat unterscheiden. Sie sind reduzierte Verbindungen mit großen Mengen an Hydroxylgruppen. Die Anwesenheit der Hydroxylgruppen ermöglicht es Kohlenhydraten, mit der wässrigen Umgebung zu interagieren und an der Bildung von Wasserstoffbrücken sowohl innerhalb als auch zwischen den Ketten teilzunehmen.

Die einfachsten Kohlenhydrate enthalten auch entweder eine Aldehydeinheit (als Polyhydroxyaldehyd bezeichnet) oder eine Ketoneinheit (Polyhydroxyketone). Derivate der Kohlenhydrate können Stickstoff/e, Phosphate und Schwefelverbindungen enthalten. Kohlenhydrate können sich auch mit Lipiden zu Glykolipiden oder mit Proteinen zu Glykoproteinen verbinden.

Die Aldehyd- und Ketoneinheiten der Kohlenhydrate mit fünf und sechs Kohlenstoffatomen reagieren spontan mit Alkoholgruppen, die in benachbarten Kohlenstoffatomen vorhanden sind, um in­tramolekulare Halbacetale bzw. Halbketale zu erzeugen. Dies führt zur Bildung von Fünf- oder Sechsringen.

Da die fünfgliedrige Ringstruktur dem organischen Molekül Furan ähnelt, werden die Derivate mit dieser Struktur als Furanosen bezeichnet. Diejenigen mit sechsgliedrigen Ringen, die dem organischen Molekül Pyran ähneln, werden als Pyranosen bezeichnet und werden entweder durch Diagramme im Fischer- oder Haworth-Stil dargestellt. Die Nummerierung der Kohlenstoffe in Kohlenhydraten geht vom Carbonylkohlenstoff bei Aldosen oder dem Kohlenstoff, der dem Carbonyl am nächsten ist, bei Ketosen aus.

Die Ringe können sich öffnen und wieder schließen, was eine Rotation um den Kohlenstoff mit dem reaktiven Carbonyl ermöglicht, was zwei verschiedene Konfigurationen (α und β) der Halbacetale und Halbketale ergibt. Der Kohlenstoff, um den diese Rotation stattfindet, ist der anomere Kohlenstoff, und diese beiden Formen werden Anomere genannt. Kohlenhydrate können spontan zwischen α- und β-Konfiguration wechseln – ein Prozess, der als Mutarotation bekannt ist. In der Fischer-Projektion platziert die α-Konfiguration das an den anomeren Kohlenstoff gebundene Hydroxyl nach rechts zum Ring hin, während in der Haworth-Projektion die α-Konfiguration das Hydroxyl nach unten platziert.

Kohlenhydrate können in einer von zwei Konformationen vorliegen, wie durch die Orientierung der Hydroxylgruppe um den am weitesten vom Carbonyl entfernten asymmetrischen Kohlenstoff bestimmt. Bis auf wenige Ausnahmen liegen die Kohlenhydrate mit physiologischer Bedeutung in der D-Konformation vor. Kohlenhydrate sind die wichtigste Energiequelle für den menschlichen Körper. Tiere (einschließlich Menschen) bauen Kohlenhydrate während des Stoffwechsels ab, um Energie freizusetzen.

Im Folgenden wird beispielsweise der chemische Stoffwechsel des Zuckers (Glukose) dargestellt:

Kohlenhydrate werden von Pflanzen während des Prozesses der Photosynthese hergestellt. Pflanzen rauben Energie aus Sonnenlicht und speichern sie in Kohlenhydratanteilen.

Alle Kohlenhydrate können in Monosaccharide, Oligosaccharide oder Polysaccharide eingeteilt werden. Zwei bis zehn Monosaccharid-Einheiten, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind, bilden ein Oligosaccharid. Polysaccharide sind viel größer und enthalten Hunderte von Monosaccharid-Einheiten.

Essay # 2. Klassifizierung von Kohlenhydraten:

Monosaccharide sind einfache Zucker mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen. Sie können miteinander verbunden werden, um Polysaccharide zu bilden. Zellen verwenden auch Einfachzucker, um Energie zu speichern und andere Arten organischer Moleküle aufzubauen. Die Namen der meisten Zucker enden mit den Buchstaben ‘ose’. Glukose und andere Zuckerarten (Fruktose und Galaktose) können lineare Moleküle sein (C6h12Ö6) aber in wässriger Lösung nehmen sie Ringform an.

Es gibt zwei Isomere der Ringform von Glucose. Sie unterscheiden sich in der Lage der OH-Gruppe am Kohlenstoffatom Nummer 1. Das Kohlenstoffatom Nummer 1 der linearen Form von Glukose ist an den Sauerstoff des Kohlenstoffatoms Nummer 5 gebunden.

Disaccharide bestehen aus 2 Monosacchariden, die durch eine Kondensationsreaktion miteinander verbunden sind.

Es gibt drei gängige Disaccharide:

ich. Maltose (oder Malzzucker) besteht aus Glucosemonomeren. Amylase-Enzym verdaut Stärkemoleküle, um Maltose zu produzieren.

ii. Saccharose (oder Rohrzucker) besteht aus Glucose und Fructose. Pflanzen synthetisieren Saccharose, um sie zu nicht-photosynthetischen Teilen der Pflanze zu transportieren, da sie weniger reaktiv ist als Glukose.

iii. Laktose (oder Milchzucker) besteht aus Galaktose und Glukose. Es kommt nur in der Muttermilch von Shymalian vor.

(c) Polysaccharide:

Monosaccharide können miteinander verbunden werden, um langkettige Verbindungen zu bilden, die als Polysaccharide bezeichnet werden. Die zur Herstellung von Polysacchariden verwendeten monomeren Bausteine ​​können in allen Fällen variiert werden, das vorherrschende Monosaccharid in Polysacchariden ist jedoch D-Glucose. Polysaccharide, die aus einem einzigen Monosaccharid-Baustein bestehen, werden als Homopolysaccharide bezeichnet, während Polysaccharide, die aus mehr als einer Art von Monosaccharid bestehen, als Heteropolysaccharide bezeichnet werden.

Zum Beispiel bestehen Stärke und Glykogen aus Glucosemonomeren, die miteinander verbunden sind und lange Ketten erzeugen. Sie dienen als Nahrungsspeicher, Stärke in Pflanzen und Glykogen in Tieren, in Leber und Muskeln. Glykogen ist Poly (1-4) Glucose mit 9 % (1-6) Verzweigungen (Abb. 3.5).

Stärke ist ein langes (100s) Polymer aus Glucosemolekülen, bei dem alle Zucker in die gleiche Richtung orientiert sind. Unverzweigte Stärke wird als Amylose bezeichnet, während verzweigte Stärke als Amylopektin bekannt ist. Amylose besteht einfach aus Poly-(1-4)-Glukoseeinheiten in einer geraden Kette. Tatsächlich ist die Kette schlaff und neigt dazu, sich zu einer Helix aufzurollen. Amylopektin ist Poly-(1-4)-Glukose mit etwa 4% (1-6) Verzweigungen. Dies verleiht ihm eine offenere Molekülstruktur als Amylose.

Da es mehr Enden hat, kann es durch Amylaseenzyme schneller gebrochen werden als Amylose. Amy­lopektin ist eine Form von Stärke, die dem Glykogen sehr ähnlich ist, mit Ausnahme eines viel geringeren Verzweigungsgrads (etwa alle 20-30 Reste). Ein weiteres Beispiel für Polysaccharid ist Cellulose. Cellulose ist ein langes (100’s) Polymer von Glucosemolekülen. Die Orientierung der Zucker unterscheidet sich jedoch wenig. In Cellulose ist jedes zweite Zuckermolekül “umgedreht”. Glyco­gen unterscheidet sich von Stärke und Cellulose dadurch, dass die Glucosekette verzweigt oder „gegabelt“ ist (Abb. 3.6).


○ CO 2 + H 2 O + Sonnenlicht → (CH 2 O)n + O 2

In Glukose gespeicherte Energie wird zur Herstellung von ATP verwendet ● Wenn eine Zelle Energie benötigt, baut sie Glukose ab ● Eingefangene Energie wird zur Herstellung von ATP verwendet: ○ (CH2O)n +O2 +ADP+Pi CO2 +H2O+ATP• Die Energie in ATP wird verwendet, um endergonische Reaktionen voranzutreiben und Zellarbeit durchzuführen

Stärke: Ein Speicherpolysaccharid in Pflanzen 1. Pflanzen speichern Zucker als Stärke ○ Besteht aus α-Glucosemonomeren ○ Bildet eine Helix 2. Tiere speichern Zucker als Glykogen ○ Wird in Leber- und Muskelzellen gespeichert ○ Kann zur Energiegewinnung in Glucosemonomere zerlegt werden ○ Hochverzweigtes -Glukose-Polymer, fast identisch mit Stärke Stärke: einige Zweige, Energiespeicherung in Pflanzen Glykogen: stark verzweigt, gut löslich, kurzfristige Energiespeicherung in Tieren

Zellulose: ein strukturelles Polysaccharid in Pflanzen 3. Zellulose ist ein strukturelles Polymer ○ Bildet eine Schutzschicht um Pflanzenzellen, die Zellwand genannt wird ○ Jede andere Glukose wird umgedreht, sodass sie ein lineares Molekül anstelle eines


5.15: Einführung in Kohlenhydrate - Biologie

Sind Kohlenhydrate gut für Sie? Menschen, die abnehmen möchten, wird oft gesagt, dass Kohlenhydrate schlecht für sie sind und vermieden werden sollten. Einige Diäten verbieten den Kohlenhydratkonsum vollständig und behaupten, dass eine kohlenhydratarme Ernährung den Menschen hilft, schneller Gewicht zu verlieren. Kohlenhydrate sind jedoch seit Tausenden von Jahren ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung. Artefakte aus alten Zivilisationen zeigen das Vorhandensein von Weizen, Reis und Mais in den Lagerbereichen unserer Vorfahren.

Kohlenhydrate sollten mit Proteinen, Vitaminen und Fetten ergänzt werden, um Teil einer ausgewogenen Ernährung zu sein. Kalorienmäßig liefert ein Gramm Kohlenhydrate 4,3 Kcal [1] . Zum Vergleich: Fette liefern 9 Kcal/g, ein weniger wünschenswertes Verhältnis. Kohlenhydrate enthalten lösliche und unlösliche Elemente, der unlösliche Teil wird als Ballaststoffe bezeichnet, die hauptsächlich aus Zellulose bestehen. Ballaststoffe haben viele Verwendungsmöglichkeiten, sie fördern den regelmäßigen Stuhlgang, indem sie Masse hinzufügen, und sie regulieren die Geschwindigkeit der Blutzuckeraufnahme. Ballaststoffe helfen auch, überschüssiges Cholesterin aus dem Körper zu entfernen. Darüber hinaus sorgt eine Mahlzeit mit Vollkorn und Gemüse für ein Sättigungsgefühl. Als unmittelbare Energiequelle wird Glukose während des Prozesses der Zellatmung abgebaut, wodurch ATP, die Energiewährung der Zelle, entsteht. Ohne den Verzehr von Kohlenhydraten würde die Verfügbarkeit von ‚Sofortenergie‘ verringert.

Kohlenhydrate aus der Ernährung zu eliminieren ist nicht der beste Weg, um Gewicht zu verlieren. Eine kalorienarme Ernährung, die reich an Vollkornprodukten, Obst, Gemüse und magerem Fleisch ist, zusammen mit viel Bewegung und viel Wasser ist der sinnvollere Weg, um Gewicht zu verlieren.


4.4.2 Vorteile von Kohlenhydraten

Sind Kohlenhydrate gut für Sie? Menschen, die abnehmen möchten, wird oft gesagt, dass Kohlenhydrate schlecht für sie sind und vermieden werden sollten. Einige Diäten verbieten den Kohlenhydratkonsum vollständig und behaupten, dass eine kohlenhydratarme Ernährung den Menschen hilft, schneller Gewicht zu verlieren. Kohlenhydrate sind jedoch seit Tausenden von Jahren ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung. Artefakte aus alten Zivilisationen zeigen das Vorhandensein von Weizen, Reis und Mais in den Lagerstätten unserer Vorfahren.

Für eine ausgewogene Ernährung sollten Kohlenhydrate mit Proteinen, Vitaminen und Fetten ergänzt werden. Kohlenhydrate enthalten lösliche und unlösliche Elemente. Der unlösliche Teil, bekannt als Ballaststoffe, ist meist Zellulose. Ballaststoffe haben viele Verwendungsmöglichkeiten, sie fördern den regelmäßigen Stuhlgang, indem sie Masse hinzufügen, und sie regulieren die Geschwindigkeit der Blutzuckeraufnahme. Ballaststoffe helfen auch, überschüssiges Cholesterin aus dem Körper zu entfernen, indem sie Cholesterin im Dünndarm binden, verhindern, dass es in den Blutkreislauf gelangt und den Körper über den Kot verlässt. Ballaststoffreiche Ernährung reduziert auch das Auftreten von Dickdarmkrebs. Darüber hinaus führt der Verzehr einer Mahlzeit mit Vollkornprodukten und Gemüse zu einem Sättigungsgefühl. Als unmittelbare Energiequelle wird Glukose während des Prozesses der Zellatmung abgebaut, wodurch ATP, die Energiewährung der Zelle, entsteht. Ohne den Verzehr von Kohlenhydraten wird die Verfügbarkeit von „Sofortenergie“ reduziert. Eine kalorienarme Ernährung, die reich an Vollkornprodukten, Obst, Gemüse und magerem Fleisch ist, zusammen mit viel Bewegung und viel Wasser ist der sinnvollste Weg, um Gewicht zu verlieren.


Klassifizierung von Kohlenhydraten

1. Monosaccharide

Monosaccharide sind farblose, kristalline Feststoffe, die in Wasser frei löslich, jedoch in unpolaren Lösungsmitteln unlöslich sind. Die meisten haben einen süßen Geschmack. Das Rückgrat üblicher Monosaccharide sind unverzweigte Kohlenstoffketten, in denen alle Kohlenstoffatome durch Einfachbindungen verbunden sind. In dieser offenkettigen Form ist eines der Kohlenstoffatome an ein Sauerstoffatom doppelt gebunden, um eine Carbonylgruppe zu bilden, wobei jedes der anderen Kohlenstoffatome eine Hydroxylgruppe aufweist. Befindet sich die Carbonylgruppe am Ende der Kohlenstoffkette (d. h. in einer Aldehydgruppe), ist das Monosaccharid ein aldose wenn sich die Carbonylgruppe an einer anderen Position befindet (in einer Ketongruppe), ist das Monosaccharid a Ketose. Die einfachsten Monosaccharide sind die beiden Drei-Kohlenstoff-Triosen: Glyceraldehyd, eine Aldotriose, und Dihydroxyaceton, eine Ketotriose.

Monosaccharide mit vier, fünf, sechs und sieben Kohlenstoffatomen im Rückgrat werden Tetrosen, Pentosen, Hexosen bzw. Heptosen genannt. Von jeder dieser Kettenlängen gibt es Aldosen und Ketosen: Aldotetrosen und Ketotetrosen, Aldopentosen und Ketopentosen,
und so weiter. Die Hexosen, zu denen die Aldohexose-D-Glucose und die Ketohexose-D-Fructose gehören, sind die in der Natur am häufigsten vorkommenden Monosaccharide – die Produkte der Photosynthese und wichtige Zwischenprodukte in der zentralen energieerzeugenden Reaktionssequenz der meisten Organismen. Die Aldopentosen D-Ribose und 2-Desoxy-D-Ribose sind Bestandteile von Nukleotiden und Nukleinsäuren. (Abbildung unten)

2. Disaccharide

Disaccharide (wie Maltose, Lactose und Saccharose) bestehen aus zwei Monosacchariden, die kovalent durch eine O-glykosidische Bindung verbunden sind, die gebildet wird, wenn eine Hydroxylgruppe eines Zuckermoleküls, typischerweise zyklisch, mit dem anomeren Kohlenstoff des anderen reagiert. Diese Reaktion stellt die Bildung eines Acetals aus einem Halbacetal (wie Glucopyranose) und einem Alkohol (einer Hydroxylgruppe des zweiten Zuckermoleküls) dar, und die resultierende Verbindung wird als a . bezeichnet Glykosid.

Glykosidische Bindungen werden leicht durch Säure hydrolysiert, widerstehen aber einer Spaltung durch Basen. Somit können Disaccharide durch Kochen mit verdünnter Säure zu ihren freien Monosaccharidkomponenten hydrolysiert werden. N-Glykosylbindungen verbinden den anomeren Kohlenstoff eines Zuckers mit einem Stickstoffatom in Glykoproteinen und Nukleotiden.

Bildung von Maltose: Ein Disaccharid wird aus zwei Monosacchariden gebildet (Glukose + Glukose = Maltose)

3. Oligosaccharide

Dies sind zusammengesetzte Zucker, die bei der Hydrolyse 2 bis 10 Moleküle des gleichen oder verschiedener Monosaccharide ergeben. Dementsprechend wird ein Oligosaccharid, das bei Hydrolyse 2 Moleküle Monosaccharid ergibt, als Dissaccharid bezeichnet, und dasjenige, das 3 Moleküle Monosaccharid ergibt, als Trisaccharid und so weiter. Die allgemeine Formel der Disaccharide lautet:

Cn(H2O)n – 1 und das von Trisacchariden ist Cn(H2O)n – 2 und so weiter.

Ein paar Beispiele sind:
Disaccharide – Saccharose, Lactose, Maltose, Cellobiose, Trehalose, Gentiobiose, Melibiose
Trisaccharide – Rhamninose, Gentianose, Raffinose (= Melitose), Rabinose, Melezitose
Tetrasaccharide – Stachyose, Skorodose
Pentasaccharid – Ausführlich

Die molekulare Zusammensetzung der 3 Leguminosen-Oligosaccharide (nämlich Raffinose, Stachyose und Verbascose) ist unten dargestellt:
α-Galactose (1–6) + α-Glucose (1–2) + β-Fructose = Raffinose
α-Galactose (1–6) + α-Galactose (1–6) + α-Glucose (1–2) + β-Fructose = Stachyose
α-Galactose (1–6) + α-Galactose (1–6) + α-Galactose (1–6) + α-Glucose (1–2) + β-Fructose = Verbascose

4. Polysaccharide

Diese sind ebenfalls zusammengesetzte Zucker und ergeben bei der Hydrolyse mehr als 10 Moleküle Monosaccharide. Diese können weiter klassifiziert werden, je nachdem, ob die als Ergebnis der Hydrolyse von Polysacchariden erzeugten Monosaccharidmoleküle vom gleichen Typ (Homopolysaccharide) oder von unterschiedlichen Typen (Heteropolysaccharide) sind.

Ihre allgemeine Formel ist (C6H10O5)x.

Einige gängige Beispiele sind:
Homopolysaccharide –Stärke, Glykogen, Inulin, Cellulose, Pektin, Chitin
Heteropolysaccharide – „Spezifischer löslicher Zucker“ von Pneumokokken Typ III, Hyaluronsäure, Chondrotin


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Bemerkungen:

  1. Pius

    Sie liegen falsch. Ich kann es beweisen. Senden Sie mir eine E -Mail an PM, wir werden reden.

  2. Hans

    Die Antwort autoritär, kognitiv ...



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