Planen:

1. Begriffsdefinition: Kohlenhydrate. Einstufung.

2. Zusammensetzung, physikalische und chemische Eigenschaften von Kohlenhydraten.

3. Verbreitung in der Natur. Erhalt. Anwendung.

Kohlenhydrate – organische Verbindungen, die Carbonyl- und Hydroxylgruppen von Atomen enthalten, mit der allgemeinen Formel C n (H 2 O) m, (wobei n und m > 3).

Kohlenhydrate Substanzen von überragender biochemischer Bedeutung sind in Wildtieren weit verbreitet und spielen eine wichtige Rolle im menschlichen Leben. Der Name Kohlenhydrate entstand aufgrund von Daten aus der Analyse der ersten bekannten Vertreter dieser Verbindungsgruppe. Die Stoffe dieser Gruppe bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, und das Verhältnis der Anzahl von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen in ihnen ist das gleiche wie in Wasser, d.h. Auf 2 Wasserstoffatome kommt ein Sauerstoffatom. Im letzten Jahrhundert galten sie als Kohlenhydrate. Daher der russische Name Kohlenhydrate, der 1844 vorgeschlagen wurde. K.Schmidt. Die allgemeine Formel für Kohlenhydrate ist nach dem Gesagten C m H 2p O p. Nimmt man „n“ aus Klammern heraus, erhält man die Formel C m (H 2 O) n, die den Namen „ Kohlenhydrat". Das Studium der Kohlenhydrate hat gezeigt, dass es Verbindungen gibt, die allen Eigenschaften nach der Gruppe der Kohlenhydrate zuzuordnen sind, obwohl sie eine Zusammensetzung haben, die nicht exakt der Formel C m H 2p O p entspricht Der Name "Kohlenhydrate" hat sich bis heute erhalten, obwohl neben diesem Namen manchmal ein neuerer Name, Glycide, verwendet wird, um sich auf die betreffende Stoffgruppe zu beziehen.

Kohlenhydrate kann aufgeteilt werden in drei Gruppen : 1) Monosaccharide - Kohlenhydrate, die zu einfacheren Kohlenhydraten hydrolysiert werden können. Zu dieser Gruppe gehören Hexosen (Glucose und Fructose) sowie Pentose (Ribose). 2) Oligosaccharide - Kondensationsprodukte mehrerer Monosaccharide (z. B. Saccharose). 3) Polysaccharide - Polymerverbindungen, die eine große Anzahl von Monosaccharidmolekülen enthalten.

Monosaccharide. 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 (das Monosaccharid enthält eine Aldehydgruppe) und Ketosen (die Ketogruppe ist enthalten) unterteilt. Beispielsweise ist Glukose eine Aldose und Fruktose eine Ketose.

Erhalt. Glukose kommt in der Natur überwiegend in freier Form vor. Es ist auch eine strukturelle Einheit vieler Polysaccharide. Andere Monosaccharide im freien Zustand sind selten und hauptsächlich als Bestandteile von Oligo- und Polysacchariden bekannt. In der Natur wird Glukose als Ergebnis einer Photosynthesereaktion gewonnen: 6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 (Glukose) + 6O 2 Glukose wurde erstmals 1811 durch den russischen Chemiker G. E. Kirchhoff bei der Hydrolyse von Stärke gewonnen. Später schlug A. M. Butlerov die Synthese von Monosacchariden aus Formaldehyd in alkalischem Medium vor

§ 1. KLASSIFIZIERUNG UND FUNKTIONEN DER KOHLENHYDRATE

Schon in der Antike lernten die Menschen Kohlenhydrate kennen und lernten, sie in ihrem 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 integrale Bestandteile der Zellen jedes Organismus, einschließlich Bakterien, Pflanzen und Tieren. Bei Pflanzen machen Kohlenhydrate 80 - 90% des Trockengewichts aus, bei Tieren etwa 2% des Körpergewichts. Ihre Synthese aus Kohlendioxid und Wasser übernehmen 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 verwenden diese Kohlenhydrate, um Energie durch den Atmungsprozess freizusetzen. Dieser Prozess ist im Wesentlichen die Umkehrung des Prozesses der Photosynthese:

Interessant zu wissen! Grüne Pflanzen und Bakterien nehmen im Rahmen 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 verbrauchen Tiere die in ihnen angesammelte Energie, um lebenswichtige Prozesse aufrechtzuerhalten. Unsere Lebensmittel sind reich an Kohlenhydraten, wie Backwaren, Kartoffeln, Müsli usw.

Der Name „Kohlenhydrate“ ist historisch. Die ersten Vertreter dieser Substanzen wurden durch die Summenformel C m H 2 n O n oder C m (H 2 O) n beschrieben. Ein anderer Name für Kohlenhydrate ist Sahara - aufgrund des süßen Geschmacks der einfachsten Kohlenhydrate. Kohlenhydrate sind ihrer chemischen Struktur nach eine komplexe und vielfältige Gruppe von Verbindungen. Unter ihnen gibt es sowohl ziemlich 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 selten 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, z. B. Glykoproteine- ein Komplex mit einem Proteinmolekül, Glykolipide - Komplex mit Lipid usw.

Einfache Kohlenhydrate (Monosaccharide oder Monosen) sind Polyhydroxycarbonylverbindungen, die bei der Hydrolyse keine einfacheren Kohlenhydratmoleküle bilden können. Wenn Monosaccharide eine Aldehydgruppe enthalten, gehören sie zur Klasse der Aldosen (Aldehydalkohole), wenn Ketone zur Klasse der Ketosen (Ketoalkohole). Je nach Anzahl der Kohlenstoffatome in einem Monosaccharidmolekül werden Triosen (C 3), Tetrosen (C 4), Pentosen (C 5), Hexosen (C 6) usw. unterschieden:

Die häufigsten in der Natur sind Pentosen und Hexosen.

Komplex Kohlenhydrate ( Polysaccharide, oder Poliose) sind Polymere, die aus Monosaccharidresten aufgebaut sind. Sie hydrolysieren zu einfachen Kohlenhydraten. Je nach Polymerisationsgrad werden sie in niedermolekulare ( Oligosaccharide, deren Polymerisationsgrad in der Regel kleiner als 10 ist) und makromolekular. Oligosaccharide sind zuckerähnliche Kohlenhydrate, die wasserlöslich sind und einen süßen Geschmack haben. Entsprechend ihrer Fähigkeit, Metallionen (Cu 2+, Ag +) zu reduzieren, werden sie unterteilt in regeneriert und Nicht reduzierend. Auch Polysaccharide lassen sich je nach Zusammensetzung in zwei Gruppen einteilen: Homopolysaccharide und Heteropolysaccharide. Homopolysaccharide werden aus Monosaccharidresten des gleichen Typs aufgebaut, und Heteropolysaccharide werden aus Resten verschiedener Monosaccharide aufgebaut.

Das Gesagte mit Beispielen zu den häufigsten Vertretern jeder Gruppe von Kohlenhydraten lässt sich als folgendes Diagramm darstellen:

Funktionen von Kohlenhydraten

Die biologischen Funktionen von Polysacchariden sind sehr vielfältig.

Energie- und Speicherfunktion

Kohlenhydrate enthalten die Hauptmenge an Kalorien, die eine Person mit Nahrung zu sich nimmt. Stärke ist das wichtigste Kohlenhydrat in der Nahrung. Es kommt in Backwaren, Kartoffeln und als Teil von Getreide vor. Die menschliche Ernährung enthält auch Glykogen (in Leber und Fleisch), Saccharose (als Zusatz zu verschiedenen Gerichten), Fruktose (in Früchten und Honig), Laktose (in Milch). Polysaccharide müssen, bevor sie vom Körper aufgenommen werden, durch Verdauungsenzyme zu Monosacchariden hydrolysiert werden. Nur in dieser Form werden sie ins Blut aufgenommen. Mit dem Blutfluss gelangen Monosaccharide in die Organe und Gewebe, wo sie zur Synthese ihrer eigenen Kohlenhydrate oder anderer Substanzen verwendet werden oder gespalten werden, um ihnen Energie zu entziehen.

Die beim Abbau von Glukose freigesetzte Energie wird in Form von ATP gespeichert. Es gibt zwei Prozesse des Glukoseabbaus: anaerob (in Abwesenheit von Sauerstoff) und aerob (in Gegenwart von Sauerstoff). Milchsäure wird als Ergebnis des anaeroben Prozesses gebildet

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

Als Ergebnis des aeroben Prozesses wird Glucose zu Kohlenmonoxid (IV) und Wasser oxidiert:

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

Glucose 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 Wein und Ethylalkohol eingesetzt.

Der Mensch erlernte nicht nur die alkoholische Gärung, sondern fand auch die Verwendung der Milchsäuregärung, um beispielsweise Milchsäureprodukte und eingelegtes Gemüse zu erhalten.

Bei Menschen und Tieren gibt es keine Enzyme, die Zellulose hydrolysieren können, trotzdem ist Zellulose für viele Tiere, insbesondere für Wiederkäuer, der Hauptnahrungsbestandteil. Der Magen dieser Tiere enthält große Mengen an Bakterien und Protozoen, die das Enzym produzieren Cellulase katalysiert die Hydrolyse von Cellulose zu Glucose. Letztere können weiteren Umwandlungen unterliegen, wodurch Butter-, Essig- und Propionsäure gebildet werden, die in das Blut von Wiederkäuern aufgenommen werden können.

Kohlenhydrate erfüllen auch eine Reservefunktion. Also, Stärke, Saccharose, Glukose in Pflanzen und Glykogen bei Tieren sind sie die Energiereserve ihrer Zellen.

Strukturelle, unterstützende und schützende Funktionen

Zellulose in Pflanzen u Chitin bei Wirbellosen und Pilzen übernehmen sie Stütz- und Schutzfunktionen. Polysaccharide bilden in Mikroorganismen eine Kapsel und stärken dadurch die Membran. Lipopolysaccharide von Bakterien und Glykoproteine ​​​​der Oberfläche tierischer Zellen sorgen für Selektivität der interzellulären Interaktion und immunologischen Reaktionen des Körpers. Ribose ist der Baustein der RNA, während Desoxyribose der Baustein der DNA ist.

Führt eine Schutzfunktion aus Heparin. Dieses Kohlenhydrat verhindert als Hemmer der Blutgerinnung die Bildung von Blutgerinnseln. Es kommt im Blut und Bindegewebe von Säugetieren vor. Zellwände von Bakterien, gebildet aus Polysacchariden, befestigt mit kurzen Aminosäureketten, schützen Bakterienzellen vor schädlichen Wirkungen. Kohlenhydrate sind bei Krebstieren und Insekten am Aufbau des äußeren Skeletts beteiligt, das eine Schutzfunktion erfüllt.

Regulatorische Funktion

Ballaststoffe verbessern die Darmmotilität und verbessern dadurch die Verdauung.

Eine interessante Möglichkeit ist die Verwendung von Kohlenhydraten als Quelle für flüssigen Kraftstoff – Ethanol. Seit der Antike wird Holz zum Heizen von Häusern und zum Kochen verwendet. In der modernen Gesellschaft wird diese Art von Brennstoff durch andere Arten ersetzt - Öl und Kohle, die billiger und bequemer zu verwenden sind. Pflanzliche Rohstoffe sind jedoch trotz einiger Unannehmlichkeiten bei der Verwendung im Gegensatz zu Öl und Kohle 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 Pflanzenmaterialien, die Zellulose oder Stärke enthalten, können Sie flüssigen Brennstoff gewinnen - Ethylalkohol. Dazu müssen Sie zuerst Zellulose oder Stärke hydrolysieren und Glukose erhalten:

und dann die resultierende Glucose einer alkoholischen Gärung unterziehen und Ethylalkohol erhalten. Einmal raffiniert, kann es als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass in Brasilien zu diesem Zweck jährlich Milliarden Liter Alkohol aus Zuckerrohr, Sorghum und Maniok gewonnen und in Verbrennungsmotoren verwendet werden.

, je nach Herkunft, enthält 70-80% Zucker und grenzt an die Gruppe der Kohlenhydrate, die vom menschlichen Körper schlecht verdaulich sind Ballaststoffe und Pektine.

Kohlenhydrate sind zweifellos die Hauptenergiequelle aller vom Menschen aufgenommenen Lebensmittel. Im Durchschnitt machen sie 50 bis 70 % der täglichen Kalorienaufnahme aus. Trotz der Tatsache, dass eine Person deutlich mehr Kohlenhydrate als Fette und Proteine ​​zu sich nimmt, sind ihre Reserven im Körper gering. Das bedeutet, dass sie dem Körper regelmäßig zugeführt werden müssen.

Der Bedarf an Kohlenhydraten hängt sehr stark vom Energieumsatz 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 bis zu einem gewissen Grad auch Fetten kann die Menge an Kohlenhydraten in der Ernährung deutlich reduziert werden, ohne dass dies der Gesundheit schadet. Wer abnehmen möchte, sollte darauf achten: Kohlenhydrate sind vor allem Energiewert. Wenn 1 g Kohlenhydrate im Körper oxidiert werden, werden 4,0 - 4,2 kcal freigesetzt. Daher ist es auf ihre Kosten am einfachsten, die Kalorienaufnahme zu regulieren.

Kohlenhydrate(Saccharide) ist der gebräuchliche Name für eine große Klasse natürlich vorkommender organischer Verbindungen. Die allgemeine Formel von Monosacchariden kann als C n (H 2 O) n geschrieben werden. In lebenden Organismen kommen Zucker mit 5 (Pentosen) und 6 (Hexosen) Kohlenstoffatomen am häufigsten vor.

Kohlenhydrate werden in Gruppen eingeteilt:

Einfache Kohlenhydrate sind leicht wasserlöslich und werden in grünen Pflanzen synthetisiert. Neben kleinen Molekülen kommen auch große in der Zelle vor, das sind Polymere. Polymere sind komplexe Moleküle, die aus separaten „Einheiten“ bestehen, die miteinander verbunden sind. Solche "Verbindungen" 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 Lebensmittelzucker Saccharose besteht aus kovalent aneinander gebundener Glucose und Fructose. Saccharose-ähnliche Verbindungen werden als Disaccharide bezeichnet. Poly-, Di- und Monosaccharide werden gemeinsam als Kohlenhydrate bezeichnet. Kohlenhydrate sind Verbindungen, die vielfältige und oft völlig unterschiedliche Eigenschaften haben.

Tisch: Vielzahl von Kohlenhydraten und ihre Eigenschaften.

Gruppe der Kohlenhydrate	Beispiele für Kohlenhydrate	Wo treffen Sie sich	Eigenschaften
Monozucker	Ribose	RNS
	Desoxyribose	DNS
	Glucose	Zuckerrübe
	Fruchtzucker	Obst, Honig
	Galactose	Die Zusammensetzung von Milchlaktose
Oligosaccharide	Maltose	Malzzucker	Süß im Geschmack, wasserlöslich, kristallin,
	Saccharose	Rohrzucker
	Laktose	Milchzucker in Milch
Polysaccharide (aufgebaut aus linearen oder verzweigten Monosacchariden)	Stärke	Pflanzliche Speicherkohlenhydrate	Nicht süß, weiß, unlöslich in Wasser.
	Glykogen	Reserve tierische Stärke in der Leber und den Muskeln
	Faser (Zellulose)
	Chitin
	Murein	Wasser . Für viele menschliche Zellen (z. B. Gehirn- und Muskelzellen) stellt die über das Blut zugeführte Glukose die Hauptenergiequelle dar. Stärke und ein sehr ähnlicher Stoff tierischer Zellen – Glykogen – sind Glukosepolymere, sie dienen dazu, sie im Inneren zu speichern die Zelle. 2. strukturelle Funktion, das heißt, sie sind am Aufbau verschiedener Zellstrukturen beteiligt. Polysaccharid Zellulose bildet die Zellwände von Pflanzenzellen, zeichnet sich durch Härte und Steifigkeit aus und ist einer der Hauptbestandteile von Holz. Weitere Bestandteile sind Hemicellulose, die ebenfalls zu den Polysacchariden gehört, und Lignin (es hat keine Kohlenhydratnatur). Chitin erfüllt auch strukturelle Funktionen. Chitin erfüllt unterstützende und schützende Funktionen, aus denen die Zellwände der meisten Bakterien bestehen Murein Peptidoglycan- Die Zusammensetzung dieser Verbindung enthält Reste sowohl von Monosacchariden als auch von Aminosäuren. 3. Kohlenhydrate spielen eine schützende Rolle in Pflanzen (Zellwände, bestehend aus Zellwänden toter Zellen, Schutzformationen - Stacheln, Stacheln usw.). Die allgemeine Formel von Glucose ist C 6 H 12 O 6, es ist ein Aldehydalkohol. Glukose kommt in vielen Früchten, Pflanzensäften und Blütennektar sowie im Blut von Menschen und Tieren vor. Der Glukosegehalt im Blut wird auf einem bestimmten Niveau gehalten (0,65-1,1 g pro l). Wenn es künstlich gesenkt wird, beginnen die Gehirnzellen, akuten Hunger zu erfahren, was zu Ohnmacht, Koma und sogar zum Tod führen kann. Auch eine dauerhafte Erhöhung des Blutzuckers ist überhaupt nicht sinnvoll: Gleichzeitig entwickelt sich Diabetes mellitus. Säugetiere, einschließlich Menschen, können Glukose aus bestimmten Aminosäuren und Abbauprodukten von Glukose selbst, wie Milchsäure, synthetisieren. Anders als Pflanzen und Mikroben wissen sie nicht, wie man Glukose aus Fettsäuren gewinnt. Umwandlungen von Stoffen. Überschüssiges Protein ------ Kohlenhydrate Überschüssiges Fett ----- Kohlenhydrate

Allgemeine Eigenschaften, Struktur und Eigenschaften von Kohlenhydraten.

Kohlenhydrate - Dies sind mehrwertige Alkohole, die neben Alkoholgruppen eine Aldehyd- oder Ketogruppe enthalten.

Je nach Art der Gruppe in der Zusammensetzung des Moleküls werden Aldosen und Ketosen unterschieden.

Kohlenhydrate sind in der Natur sehr weit verbreitet, insbesondere in der Pflanzenwelt, wo sie 70-80 % der Trockenmasse von Zellen ausmachen. Im tierischen Körper machen sie nur etwa 2 % des Körpergewichts aus, aber hier ist ihre Rolle nicht weniger wichtig.

Kohlenhydrate können in Pflanzen als Stärke und in Tieren und Menschen als Glykogen gespeichert werden. Diese Reserven werden nach Bedarf verwendet. Im menschlichen Körper werden Kohlenhydrate hauptsächlich in der Leber und den Muskeln abgelagert, die sein Depot sind.

Neben anderen Bestandteilen des Organismus höherer Tiere und des Menschen machen Kohlenhydrate 0,5 % des Körpergewichts aus. Kohlenhydrate sind jedoch von großer Bedeutung für den Körper. Diese Substanzen zusammen mit Proteinen in Form Proteoglykane Bindegewebe liegen. Kohlenhydrathaltige Proteine ​​(Glykoproteine ​​und Mucoproteine) sind Bestandteil der Körperschleimhaut (Schutz-, Hüllfunktionen), Plasmatransportproteine ​​und immunologisch aktive Verbindungen (gruppenspezifische Blutsubstanzen). Ein Teil der Kohlenhydrate dient als „Reservebrennstoff“ für Energieorganismen.

Funktionen von Kohlenhydraten:

• Energie - Kohlenhydrate sind eine der Hauptenergiequellen für den Körper und machen mindestens 60 % der Energiekosten aus. Für die Aktivität des Gehirns, der Blutzellen, des Nierenmarks wird fast die gesamte Energie durch die Oxidation von Glukose geliefert. Mit dem vollständigen Abbau von 1 g Kohlenhydraten, 4,1 kcal/mol(17,15 kJ/mol) Energie.

• Kunststoff Kohlenhydrate oder ihre Derivate kommen in allen Körperzellen vor. Sie sind Teil der biologischen Membranen und Organellen von Zellen, beteiligen sich an der Bildung von Enzymen, Nukleoproteinen usw. Kohlenhydrate dienen in Pflanzen hauptsächlich als Stützmaterial.

• Schützend - viskose Geheimnisse (Schleim), die von verschiedenen Drüsen abgesondert werden, sind reich an Kohlenhydraten oder deren Derivaten (Mucopolysacchariden usw.). Sie schützen die Innenwände der Hohlorgane des Magen-Darm-Traktes, Atemwege vor mechanischen und chemischen Einflüssen, das Eindringen pathogener Mikroben.

• Regulierung - Die menschliche Nahrung enthält eine erhebliche Menge an Ballaststoffen, deren raue Struktur zu einer mechanischen Reizung der Schleimhaut des Magens und des Darms führt und somit an der Regulierung der Peristaltik beteiligt ist.

• Spezifisch - einzelne Kohlenhydrate erfüllen im Körper besondere Funktionen: Sie sind an der Weiterleitung von Nervenimpulsen, der Bildung von Antikörpern, der Sicherstellung der Blutgruppenspezifität usw. beteiligt.

Die funktionelle Bedeutung von Kohlenhydraten bestimmt die Notwendigkeit, den Körper mit diesen Nährstoffen zu versorgen. Der tägliche Bedarf an Kohlenhydraten für eine Person beträgt durchschnittlich 400 - 450 g, unter Berücksichtigung von Alter, Art der Arbeit, Geschlecht und einigen anderen Faktoren.

elementare Zusammensetzung. Kohlenhydrate bestehen aus den folgenden chemischen Elementen: Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Die meisten Kohlenhydrate haben die allgemeine Formel C n (H 2 O ) n. Kohlenhydrate sind Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasser, daher der Name. Unter den Kohlenhydraten gibt es jedoch Substanzen, die nicht der obigen Formel entsprechen, beispielsweise Rhamnose C 6 H 12 O 5 usw. Gleichzeitig sind Substanzen bekannt, deren Zusammensetzung der allgemeinen Formel der Kohlenhydrate entspricht, die es aber tun gehören von ihren Eigenschaften her nicht dazu (Essigsäure C 2 H 12 O 2 ). Daher ist die Bezeichnung „Kohlenhydrate“ eher willkürlich und entspricht nicht immer der chemischen Struktur dieser Stoffe.

Kohlenhydrate- Dies sind organische Substanzen, die Aldehyde oder Ketone mehrwertiger Alkohole sind.

Monosaccharide

Monosaccharide - Dies sind mehrwertige aliphatische Alkohole, die in ihrer Zusammensetzung eine Aldehydgruppe (Aldosen) oder eine Ketogruppe (Ketosen) enthalten.

Monosaccharide sind feste, kristalline Substanzen, wasserlöslich und süß im Geschmack. Sie werden unter bestimmten Bedingungen leicht oxidiert, wodurch Aldehydalkohole in Säuren umgewandelt werden, wodurch Aldehydalkohole in Säuren und bei Reduktion in die entsprechenden Alkohole umgewandelt werden.

Chemische Eigenschaften von Monosacchariden :

• Oxidation zu Mono-, Dicarbonsäuren und Glycuronsäuren;

• Rückgewinnung zu Alkoholen;

• Esterbildung;

• Die Bildung von Glykosiden;

• Gärung: Alkohol, Milchsäure, Zitronensäure und Buttersäure.

Monosaccharide, die nicht zu einfacheren Zuckern hydrolysiert werden können. Die Art des Monosaccharids hängt von der Länge der Kohlenwasserstoffkette ab. Je nach Anzahl der Kohlenstoffatome werden sie in Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen eingeteilt.

Triosen: Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton, sie sind Zwischenprodukte des Glucoseabbaus und an der Synthese von Fetten beteiligt. beide Triosen können aus dem Alkohol Glycerin durch dessen Dehydrierung bzw. Hydrierung gewonnen werden.

Tetrosen: Erythrose - aktiv an Stoffwechselprozessen beteiligt.

Pentosen: Ribose und Desoxyribose sind Bestandteile von Nukleinsäuren, Ribulose und Xylulose sind Zwischenprodukte der Glukoseoxidation.

Hexosen: Sie sind in der Tier- und Pflanzenwelt am weitesten verbreitet und spielen eine wichtige Rolle bei Stoffwechselvorgängen. Dazu gehören Glucose, Galactose, Fructose usw.

Glucose (Traubenzucker) . Es ist das wichtigste Kohlenhydrat in Pflanzen und Tieren. Die wichtige Rolle der Glukose erklärt sich aus der Tatsache, dass sie die Hauptenergiequelle ist, die Grundlage vieler Oligo- und Polysaccharide bildet und an der Aufrechterhaltung des osmotischen Drucks beteiligt ist. Der Transport von Glukose in die Zellen wird in vielen Geweben durch das Bauchspeicheldrüsenhormon Insulin reguliert. In der Zelle wird Glukose im Zuge mehrstufiger chemischer Reaktionen in andere Stoffe umgewandelt (die beim Abbau von Glukose entstehenden Zwischenprodukte werden zur Synthese von Aminosäuren und Fetten genutzt), die schließlich zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert werden, während Energie freigesetzt wird, die der Körper benötigt, um das Leben zu gewährleisten. Der Glukosespiegel im Blut wird normalerweise anhand des Kohlenhydratstoffwechsels im Körper beurteilt. Bei einer Abnahme des Glukosespiegels im Blut oder seiner hohen Konzentration und der Unmöglichkeit, ihn zu verwenden, wie dies bei Diabetes der Fall ist, kann es zu Schläfrigkeit und Bewusstlosigkeit (hypoglykämischem Koma) kommen. Die Geschwindigkeit des Glukoseeintritts in das Gehirn- und Lebergewebe hängt nicht vom Insulin ab und wird nur durch seine Konzentration im Blut bestimmt. Diese Gewebe werden als insulinunabhängig bezeichnet. Ohne das Vorhandensein von Insulin gelangt Glukose nicht in die Zelle und wird nicht als Brennstoff verwendet..

Galaktose. Ein räumliches Isomer von Glucose, gekennzeichnet durch die Position der OH-Gruppe am vierten Kohlenstoffatom. Es ist Bestandteil von Laktose, einigen Polysacchariden und Glykolipiden. Galactose kann zu Glucose isomerisieren (in der Leber, Brustdrüse).

Fruktose (Fruchtzucker). Es kommt in großen Mengen in Pflanzen vor, insbesondere in Früchten. Viel davon in Früchten, Zuckerrüben, Honig. Isomerisiert leicht zu Glucose. Der Abbauweg von Fructose ist kürzer und energetisch günstiger als der von Glucose. Im Gegensatz zu Glukose kann es ohne Beteiligung von Insulin aus dem Blut in Gewebezellen eindringen. Aus diesem Grund wird Fruktose als sicherste Kohlenhydratquelle für Diabetiker empfohlen. Ein Teil der Fruktose gelangt in die Leberzellen, die daraus einen vielseitigeren "Brennstoff" machen - Glukose, daher kann Fruktose auch den Blutzuckerspiegel erhöhen, wenn auch in viel geringerem Maße als andere Einfachzucker.

Glucose und Galactose sind der chemischen Struktur nach Aldehydalkohole, Fructose ein Ketoalkohol. Unterschiede in der Struktur von Glucose und Fructose charakterisieren sowohl die Unterschiede als auch einige ihrer Eigenschaften. Glukose stellt Metalle aus ihren Oxiden wieder her, Fruktose hat diese Eigenschaft nicht. Fruktose wird im Vergleich zu Glukose etwa 2-mal langsamer aus dem Darm resorbiert.

Wenn das sechste Kohlenstoffatom im Hexosemolekül oxidiert wird, Hexuronsäure (Uronsäure). : aus Glukose - Glucuronsäure, aus Galaktose - Galacturon.

Glucuronsäure nimmt aktiv an Stoffwechselprozessen im Körper teil, zum Beispiel an der Neutralisierung toxischer Produkte, ist Teil von Mucopolysacchariden usw. Seine Funktion besteht darin, dass es sich im Organ verbindet mit schwer wasserlöslichen Stoffen. Dadurch wird das Bindemittel wasserlöslich und mit dem Urin ausgeschieden. Dieser Ausscheidungsweg ist besonders wichtig für Wasser lösliche Steroidhormone, ihre Abbauprodukte und auch zur Isolierung von Abbauprodukten von Arzneistoffen. Ohne Wechselwirkung mit Glucuronsäure wird der weitere Abbau und die Ausscheidung von Gallenfarbstoffen aus dem Körper gestört.

Monosaccharide können eine Aminogruppe aufweisen .

Wenn das Hexosemolekül der OH-Gruppe des zweiten Kohlenstoffatoms durch eine Aminogruppe ersetzt wird, entstehen Aminozucker - Hexosamine: Glucosamin wird aus Glucose synthetisiert, Galactosamin wird aus Galactose synthetisiert, die Teil der Zellmembranen und Schleimhäute sind Polysaccharide sowohl in freier Form als auch in Kombination mit Essigsäure.

Aminozucker sogenannte Monosaccharide, dieanstelle der OH-Gruppe eine Aminogruppe tragen (- NH 2).

Aminozucker sind der wichtigste Bestandteil Glykosaminoglykane.

Monosaccharide bilden Ester . OH-Gruppe eines Monosaccharidmoleküls; wie jeder alkohol Gruppe, kann mit Säure interagieren. In der Zwischenlage AustauschZuckerester sind von großer Bedeutung. ErmöglichenUm verstoffwechselt zu werden, muss Zucker werdenPhosphoräther. Dabei werden die endständigen Kohlenstoffatome phosphoryliert. Bei Hexosen sind dies C-1 und C-6, bei Pentosen C-1 und C-5 usw. SchmerzMehr als zwei OH-Gruppen unterliegen keiner Phosphorylierung. Daher spielen Mono- und Diphosphate von Zuckern die Hauptrolle. Im Namen Phosphorester geben normalerweise die Position der Esterbindung an.

Oligosaccharide

Oligosaccharide zwei oder mehr haben Monosaccharid. Sie kommen in Zellen und biologischen Flüssigkeiten sowohl in freier Form als auch in Kombination mit Proteinen vor. Disaccharide sind für den Körper von großer Bedeutung: Saccharose, Maltose, Laktose usw. Diese Kohlenhydrate erfüllen eine Energiefunktion. Es wird angenommen, dass sie als Teil der Zellen am Prozess der "Erkennung" von Zellen beteiligt sind.

Saccharose(Rüben- oder Rohrzucker). Besteht aus Glukose- und Fruktosemolekülen. Sie ist ist ein pflanzliches Produkt und der wichtigste Bestandteil nahrhaftes Lebensmittel, hat im Vergleich zu anderen Disacchariden und Glukose den süßesten Geschmack.

Der Gehalt an Saccharose im Zucker beträgt 95%. Zucker wird im Magen-Darm-Trakt schnell abgebaut, Glucose und Fructose werden ins Blut aufgenommen und dienen als Energielieferant und wichtigste Vorstufe von Glykogen und Fetten. Er wird oft als „leerer Kalorienträger“ bezeichnet, da Zucker ein reines Kohlenhydrat ist und keine anderen Nährstoffe wie zB Vitamine, Mineralsalze enthält.

Laktose(Milch Zucker) besteht aus Glukose und Galaktose, die in den Milchdrüsen synthetisiert werden während der Laktation. Im Magen-Darm-Trakt wird es durch die Wirkung des Enzyms Laktase abgebaut. Ein Mangel an diesem Enzym führt bei manchen Menschen zu einer Milchunverträglichkeit. Ein Mangel an diesem Enzym wird bei etwa 40 % der erwachsenen Bevölkerung beobachtet. Unverdaute Laktose dient als guter Nährstoff für die Darmflora. Gleichzeitig ist eine reichliche Gasbildung möglich, der Magen "schwillt" an. In fermentierten Milchprodukten wird der größte Teil der Laktose zu Milchsäure fermentiert, sodass Menschen mit Laktasemangel fermentierte Milchprodukte ohne unangenehme Folgen vertragen können. Darüber hinaus hemmen Milchsäurebakterien in fermentierten Milchprodukten die Aktivität der Darmflora und reduzieren die unerwünschten Wirkungen von Laktose.

Maltose besteht aus zwei Glukosemoleküle und ist der Hauptstrukturbestandteil von Stärke und Glykogen.

Polysaccharide

Polysaccharide - Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht, besteht aus einer großen Anzahl von Monosacchariden. Sie haben hydrophile Eigenschaften und bilden beim Auflösen in Wasser kolloidale Lösungen.

Polysaccharide werden in Homo- und Gete unterteilt Roposaccharide.

Homopolysaccharide. Enthält Monosaccharide nur eine Sorte. Gak-, Stärke- und Glykogen-Fasten Schwärme nur aus Glukosemolekülen, Inulin - Fruktose. Homopolysaccharide sind stark verzweigt Struktur und sind eine Mischung aus zwei Polymere - Amylose und Amylopektin. Amylose besteht aus 60-300 Glucoseresten, die miteinander verbunden sind Kette über eine Sauerstoffbrücke, zwischen dem ersten Kohlenstoffatom eines Moleküls und dem vierten Kohlenstoffatom eines anderen gebildet (Bindung 1,4).

Amylose in heißem Wasser löslich und ergibt mit Jod eine blaue Farbe.

Amylopektin - ein verzweigtes Polymer, das sowohl aus geraden Ketten (Bindung 1,4) als auch aus verzweigten Ketten besteht, die durch Bindungen zwischen dem ersten Kohlenstoffatom eines Glucosemoleküls und dem sechsten Kohlenstoffatom eines anderen mit Hilfe einer Sauerstoffbrücke (Bindung 1,6).

Vertreter von Homopolysacchariden sind Stärke, Ballaststoffe und Glykogen.

Stärke(pflanzliches Polysaccharid)- besteht aus mehreren tausend Glucoseresten, von denen 10-20 % durch Amylose und 80-90 % durch Amylopektin repräsentiert werden. Stärke ist in kaltem Wasser unlöslich, aber in heißem Wasser bildet sie eine kolloidale Lösung, die allgemein als Stärkepaste bezeichnet wird. Stärke macht bis zu 80 % der mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate aus. Die Stärkequelle sind pflanzliche Produkte, hauptsächlich Getreide: Getreide, Mehl, Brot und Kartoffeln. Getreide enthält die meiste Stärke (von 60 % in Buchweizen (Kern) und bis zu 70 % in Reis).

Zellulose, oder Zellulose,- das häufigste pflanzliche Kohlenhydrat der Erde, gebildet in einer Menge von ca. 50 kg pro Erdbewohner. Zellulose ist ein lineares Polysaccharid, das aus 1000 oder mehr Glucoseresten besteht. Im Körper sind Ballaststoffe an der Aktivierung der Magen- und Darmmotilität beteiligt, regen die Sekretion von Verdauungssäften an und erzeugen ein Sättigungsgefühl.

Glykogen(tierische Stärke) ist das Hauptspeicherkohlenhydrat des menschlichen Körpers und besteht aus etwa 30.000 Glucoseresten, die eine verzweigte Struktur bilden. In der bedeutendsten Menge reichert sich Glykogen in der Leber und im Muskelgewebe an, einschließlich des Herzmuskels. Die Funktion von Muskelglykogen besteht darin, dass es eine leicht verfügbare Glucosequelle ist, die bei Energieprozessen im Muskel selbst verwendet wird. Leberglykogen dient zur Aufrechterhaltung physiologischer Blutglukosekonzentrationen, vor allem zwischen den Mahlzeiten. 12-18 Stunden nach einer Mahlzeit ist der Glykogenspeicher in der Leber fast vollständig aufgebraucht. Der Gehalt an Muskelglykogen nimmt erst nach längerer und anstrengender körperlicher Arbeit deutlich ab. Bei einem Mangel an Glukose wird es schnell abgebaut und stellt seinen normalen Blutspiegel wieder her. In Zellen ist Glykogen mit zytoplasmatischem Protein und teilweise mit intrazellulären Membranen assoziiert.

Heteropolysaccharide (Glykosaminoglykane oder Mucopolysaccharide) (das Präfix "muco-" zeigt an, dass sie zuerst aus Mucin gewonnen wurden). Sie bestehen aus verschiedenen Arten von Monosacchariden (Glucose, Galactose) und ihren Derivaten (Aminozucker, Hexuronsäuren). In ihrer Zusammensetzung wurden auch andere Substanzen gefunden: stickstoffhaltige Basen, organische Säuren und einige andere.

Glykosaminoglykane sind geleeartige, klebrige Substanzen. Sie erfüllen verschiedene Funktionen, einschließlich struktureller, schützender, regulierender usw. Glykosaminoglykane zum Beispiel machen den Großteil der interzellulären Substanz von Geweben aus, sind Teil der Haut, des Knorpels, der Synovialflüssigkeit und des Glaskörpers des Auges. Im Körper kommen sie in Kombination mit Proteinen (Proteoglykanen und Glykoproteinen) und Fetten (Glykolipiden) vor, in denen Polysaccharide den Großteil des Moleküls ausmachen (bis zu 90 % oder mehr). Die folgenden sind wichtig für den Körper.

Hyaluronsäure- der Hauptteil der Interzellularsubstanz, eine Art "biologischer Kitt", der die Zellen verbindet und den gesamten Interzellularraum ausfüllt. Es fungiert auch als biologischer Filter, der Mikroben einfängt und deren Eindringen in die Zelle verhindert, und ist am Wasseraustausch im Körper beteiligt.

Es ist zu beachten, dass sich Hyaluronsäure unter der Wirkung eines spezifischen Enzyms Hyaluronidase zersetzt. In diesem Fall wird die Struktur der interzellulären Substanz gestört, es bilden sich „Risse“ in ihrer Zusammensetzung, was zu einer Erhöhung ihrer Durchlässigkeit für Wasser und andere Substanzen führt. Dies ist wichtig für den Prozess der Befruchtung der Eizelle durch Spermien, die reich an diesem Enzym sind. Einige Bakterien enthalten auch Hyaluronidase, was ihr Eindringen in die Zelle erheblich erleichtert.

X Ondroitinsulfate- Chondroitin-Schwefelsäuren, dienen als strukturelle Bestandteile von Knorpel, Bändern, Herzklappen, Nabelschnur usw. Sie tragen zur Ablagerung von Kalzium in den Knochen bei.

Heparin wird in Mastzellen gebildet, die sich in Lunge, Leber und anderen Organen befinden, und von diesen in das Blut und in die interzelluläre Umgebung abgegeben. Im Blut bindet es an Proteine ​​und verhindert die Blutgerinnung, indem es als Antikoagulans wirkt. Darüber hinaus wirkt Heparin entzündungshemmend, beeinflusst den Austausch von Kalium und Natrium und hat eine antihypoxische Funktion.

Eine besondere Gruppe von Glykosaminoglykanen sind Verbindungen, die Neuraminsäuren und Kohlenhydratderivate enthalten. Verbindungen von Neuraminsäure mit Essigsäure werden als Opalsäuren bezeichnet. Sie kommen in Zellmembranen, Speichel und anderen biologischen Flüssigkeiten vor.

Kohlenhydrate

Wenn wir uns der Betrachtung organischer Substanzen zuwenden, ist die Bedeutung von Kohlenstoff für das Leben nicht zu übersehen. Beim Eintritt in chemische Reaktionen bildet Kohlenstoff starke kovalente Bindungen und sozialisiert vier Elektronen. Kohlenstoffatome, die miteinander verbunden sind, können stabile Ketten und Ringe bilden, die als Skelette von Makromolekülen dienen. Kohlenstoff kann auch mehrere kovalente Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen sowie mit Stickstoff und Sauerstoff eingehen. All diese Eigenschaften sorgen für eine einzigartige Vielfalt organischer Moleküle.

Makromoleküle, die etwa 90 % der Masse einer dehydrierten Zelle ausmachen, werden aus einfacheren Molekülen, den sogenannten Monomeren, synthetisiert. Es gibt drei Haupttypen von Makromolekülen: Polysaccharide, Proteine ​​und Nukleinsäuren; Monomere für sie sind jeweils Monosaccharide, Aminosäuren und Nukleotide.

Kohlenhydrate sind Stoffe mit der allgemeinen Formel C x (H 2 O) y, wobei x und y natürliche Zahlen sind. Der Name „Kohlenhydrate“ weist darauf hin, dass in ihren Molekülen Wasserstoff und Sauerstoff im gleichen Verhältnis stehen wie im Wasser.

Tierische Zellen enthalten eine kleine Menge Kohlenhydrate, und Pflanzenzellen enthalten fast 70 % der Gesamtmenge an organischer Substanz.

Monosaccharide spielen die Rolle von Zwischenprodukten bei Atmungs- und Photosyntheseprozessen, sind an der Synthese von Nukleinsäuren, Coenzymen, ATP und Polysacchariden beteiligt und werden während der Oxidation während der Atmung freigesetzt. Derivate von Monosacchariden - Zuckeralkohole, Zuckersäuren, Desoxyzucker und Aminozucker - sind wichtig für den Atmungsprozess und werden auch bei der Synthese von Lipiden, DNA und anderen Makromolekülen verwendet.

Disaccharide werden durch eine Kondensationsreaktion zwischen zwei Monosacchariden gebildet. Manchmal werden sie als Reservenährstoffe verwendet. Die häufigsten davon sind Maltose (Glukose + Glukose), Laktose (Glukose + Galaktose) und Saccharose (Glukose + Fruktose). kommt nur in Milch vor. (Rohrzucker) kommt am häufigsten in Pflanzen vor; das ist derselbe "Zucker", den wir normalerweise essen.

Cellulose ist auch ein Polymer von Glucose. Es enthält etwa 50 % des in Pflanzen enthaltenen Kohlenstoffs. Bezogen auf die Gesamtmasse auf der Erde steht Cellulose unter den organischen Verbindungen an erster Stelle. Die Form des Moleküls (lange Ketten mit hervorstehenden –OH-Gruppen) sorgt für eine starke Bindung zwischen benachbarten Ketten. Makrofibrillen aus solchen Ketten lassen bei aller Kraft Wasser und darin gelöste Stoffe problemlos passieren und dienen daher als ideales Baumaterial für pflanzliche Zellwände. Zellulose ist eine wertvolle Glucosequelle, aber ihr Abbau erfordert das Enzym Cellulase, das in der Natur relativ selten vorkommt. Daher fressen nur einige Tiere (z. B. Wiederkäuer) Zellulose. Auch der industrielle Wert von Zellulose ist groß – Baumwollgewebe und Papier werden aus diesem Stoff hergestellt.