Kohlenhydrate
Kohlenhydrate hatten wir in Bio beim Thema Ernährung und Verdauung schon. Sie finden sich in allen Pflanzen und Pflanzenprodukten, die wir essen: Kohl, Salat, Obst, Gemüse, aber auch Brot, Nudeln, Reis. Sie sind der wichtigste Energielieferant für unseren Körper!
Einteilung der Kohlenhydrate
Die Kohlenhydrate heißen auf Deutsch "Zucker" und das chemische Fachwort ist Saccharide.
Sie werden nach ihrer chemischen Struktur in drei Gruppen eingeteilt:
- Monosaccharide (Einfachzucker)
- Disaccharide (Zweifachzucker)
- Polysaccharide (Mehrfachzucker)
Monosaccharide
Die Monosaccharide sind vor allem Glucose und Fructose. So sehen sie aus:
An jeder Ecke des Sechsecks Glucose und des Fünfecks Fructose, an der nichts steht, befindet sich ein C-Atom. Zählt man nach, haben beide dieselbe Summenformel:
C6H12O6
Sowohl Glucose als auch Fructose bestehen also aus 6 Atomen Kohlenstoff, 12 Atomen Wasserstoff und 6 Atomen Sauerstoff. Sie sind jedoch in Glucose und Fructose etwas unterschiedlich angeordnet.
Solche Stoffe nennt man Isomere.
Glucose ist ein direktes Produkt der Photosynthese. Es kommt also in allen Pflanzen vor.
Die Pflanze baut dann aus der Glucose unterschiedliche Stoffe. Manche Pflanzen bauen einige der Glucosemoleküle zu Fructose um, zum Beispiel um Insekten anzulocken.
Zwei Pflanzen kennen wir sehr gut, die aus einem Glucose- und einem Fructose-Molekül unseren Haushaltszucker herstellen. Er gehört zu den Disacchariden. Darum soll es im nächsten Abschnitt gehen.
Übe die Strukturformeln, Du solltest sie aufzeichnen können!
Disaccharide
Unser Haushaltszucker (Saccharose) und Malzzucker (Maltose) sind wichtige Disaccharide. Sie bestehen aus zwei Molekülen Einfachzucker, die miteinander verbunden sind.
Das ist Maltose, auf Deutsch: Malzzucker. Er besteht aus zwei miteinander verbundenen Molekülen Glucose. Dieser Zucker wird während der Verdauung durch Enzyme in seine Einzelbestandteile, die Glucose, gespalten.
Das ist Saccharose - der Zucker, mit dem wir den Kuchen oder den Kaffee süßen und Plätzchen backen und Vieles mehr.
Ein Molekül Glucose und ein Molekül Fructose sind hier miteinander verbunden. Bei der Verdauung werden sie durch Enzyme voneinander getrennt und liefern dem Körper dann sowohl Fructose als auch Glucose.
Kleine Geschichte des Zuckers
Unser Haushaltszucker spielt eine große Rolle in unserer Ernährung. Die beiden Pflanzen, die ihn herstellen, sind Zuckerrohr und Zuckerrübe.
Das Zuckerrohr ist die älteste Anbaupflanze für Zucker. Die Pflanze stammt aus Ostasien und wurde dort wahrscheinlich schon im 5. Jahrhundert v.C. angebaut. Mit Kolumbus kam sie nach Amerika. Heute ist der karibische Raum Hauptanbaugebiet für Zuckerrohr. Zuckerrohr war, wie Baumwolle, eng mit der Sklaverei verbunden, denn auf den Zuckerrohr- und Baumwollplantagen arbeiteten fast ausschließlich Sklaven.
Zuckerrohr wächst nur in tropischen und subtropischen Gebieten. Unter 25°C wächst es nur langsam, unter 15°C hört es ganz damit auf. Die Temperaturen hierzulande sind also nicht für den Anbau geeignet. Das stellte uns vor große Probleme, denn Zucker war viele Jahrhunderte lang ein Luxusgut, das sich nur reiche Menschen leisten konnten. Es musste aus Amerika importiert werden. Durch den Transport und die hohen Zuckerpreise war Zucker sehr teuer.
Anfang des 19. Jahrhunderts eroberte die Zuckerrübe den europäischen Kontinent. Man hatte herausgefunden, dass die Runkelrübe einen gewissen Anteil an Zucker herstellt und fing an, sie zu züchten. Dafür wurden immer nur solche Rüben genommen, die den größten Gehalt an Zucker hatten. Mit der Zeit erhöhte sich so der Zuckergehalt. Heute haben wir die Zuckerrübe, die wirklich sehr viel davon herstellt.
Wie Zucker aus der Zuckerrübe, gewonnen werden kann, ist gut bekannt und der Prozess simpel.
Im Video siehst Du es.
Disaccharide lassen sich im Körper schnell zu Monosacchariden umwandeln. Der Zucker steht also sehr schnell zur Verfügung.
Polysaccharide
Die Polysaccharide sind eine große Gruppe ganz unterschiedlicher Stoffe. Wir wollen uns 3 davon genauer ansehen.
Stärke
Das ist Stärke. Sie entsteht in fast allen Pflanzen und dient der Pflanze selbst als Energielieferant, wenn kein Sonnenlicht für die Photosynthese vorhanden ist. In sogenannten Stärkekörnchen speichert sie die Stärke.
Während der Verdauung zerlegen Enzyme die Stärke sehr schnell in einzelne Glucosemoleküle. Der Prozess beginnt im Mund. Hier gibt es das Enzym Amylase, das aus der Stärke das Disaccharid Malzzucker macht. Im Zwölffingerdarm wird dann der Malzzucker durch das Enzym Maltase in Glucose gespalten und direkt in die Blutbahn abgegeben.
Manche Pflanzen haben besonders viel Stärke. Wir nutzen sie als Energielieferanten: Kartoffeln, Mais, Reis und alle Getreidesorten (Weizen, Roggen usw.).
Stärke kann man mit Jod-Kaliumjodid-Lösung nachweisen. Ist Stärke in einem Lebensmittel enthalten, färbt sich die Lösung dunkelviolett.
Zellulose
Und so sieht Zellulose aus. Nein, die musst Du für den MSA nicht selbst aufzeichnen können, keine Sorge.
Dieses Riesenmolekül ist der Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzen. Es ist sehr stabil und lässt sich von uns nicht einfach so zerlegen. Wir brauchen dafür die Darmbakterien. Wenn wir von Vollkornprodukten sprechen, dann ist meist auch dieses Kohlenhydrat gemeint. Und hieran sieht man auch, warum das für uns besser ist: Die Einfachzucker sind hier so kompliziert miteinander verbunden, dass wir dieses Polysaccharid nicht in seine Einfachzucker zerschneiden können. Das können erst die Bakterien in unserem Darm. Und weil es so vernetzt ist, brauchen sie eine Weile länger dafür. Dadurch wird der ganze Verdauungsprozess viel langsamer. Das bedeutet: Der Zuckerspiegel steigt nur langsam an und bleibt relativ konstant über eine ganze Weile. So schießt der Insulinspiegel nicht nach oben und man hat keine Hungerattacken. Außerdem regen diese Kohlenhydrate die Verdauung an, weil sie im Darm aufquellen und damit die Peristaltik anregen. So wird die Nahrung schneller und besser durch den Darm transportiert.
Zellulose nutzen wir auch anderweitig, zum Beispiel in allen Papierformen, die wir kennen: Schreibpapier, Toilettenpapier, Papiertücher, Taschentücher, Servietten. Die Zellulose bestimmt die Eigenschaften des Papiers. Aber nicht nur das: Es ist auch Hauptbestandteil in Baumwolle und Leinen.
Chitin
Chitin ist auch ein Polysaccharid und Baumaterial der Insekten - ihre äußeren Panzer, auch als Exoskelett bezeichnet, halten sie aufrecht und schützen sie vor Fressfeinden. Es dient aber auch als Zellwand der Pilze - deshalb sind sie keine Pflanzen, ihre Zellwand ist eben nicht aus Zellulose aufgebaut und sie betreiben auch keine Photosynthese.
Chitin unterscheidet sich durch eine zusätzliche funktionelle Gruppe: die Acetamidogruppe. Sie sorgt für stärkere Wasserstoffbrücken, was die höhere Stabilität erklärt.
Ansonsten ist der Aufbau des Chitins der Zellulose sehr ähnlich. Chitin ist in der Evolution erst nach der Zellulose entstanden und kann als Derivat (Abkömmling) der Zellulose betrachtet werden.
Chitosan, ein Produkt, das wir aus Schalen von Garnelen gewinnen, wird z.B. als Biokunststoff, Zusatz bei Papieren oder als Verkapselung bei Arzneimitteln verwendet.
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