3.2: Kohlenhydrate

Polysaccharide

Eine lange Kette von Monosacchariden, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind, nennt man Polysaccharid (poly- = „viele“). Die Kette kann verzweigt oder unverzweigt sein, und sie kann verschiedene Arten von Monosacchariden enthalten. Das Molekulargewicht kann je nach Anzahl der verbundenen Monomere 100.000 Dalton oder mehr betragen. Stärke, Glykogen, Zellulose und Chitin sind die wichtigsten Beispiele für Polysaccharide.

Stärke ist die gespeicherte Form von Zuckern in Pflanzen und besteht aus einer Mischung von Amylose und Amylopektin (beides Polymere von Glukose). Pflanzen sind in der Lage, Glukose zu synthetisieren, und die überschüssige Glukose, die über den unmittelbaren Energiebedarf der Pflanze hinausgeht, wird in Form von Stärke in verschiedenen Pflanzenteilen, einschließlich Wurzeln und Samen, gespeichert. Die Stärke in den Samen dient als Nahrung für den keimenden Embryo und kann auch als Nahrungsquelle für Menschen und Tiere dienen. Die Stärke, die der Mensch zu sich nimmt, wird durch Enzyme wie Speichelamylasen in kleinere Moleküle wie Maltose und Glukose aufgespalten. Die Zellen können dann die Glukose aufnehmen.

Stärke besteht aus Glukosemonomeren, die durch α 1-4 oder α 1-6 glykosidische Bindungen verbunden sind. Die Zahlen 1-4 und 1-6 beziehen sich auf die Kohlenstoffzahl der beiden Reste, die sich zur Bindung verbunden haben. Wie in Abbildung \(\PageIndex{6}\) dargestellt, ist Amylose eine Stärke, die aus unverzweigten Ketten von Glukosemonomeren besteht (nur α 1-4-Bindungen), während Amylopektin ein verzweigtes Polysaccharid ist (α 1-6-Bindungen an den Verzweigungspunkten).

Glykogen ist die Speicherform von Glukose beim Menschen und anderen Wirbeltieren und besteht aus Glukosemonomeren. Glykogen ist das tierische Äquivalent von Stärke und ist ein stark verzweigtes Molekül, das normalerweise in Leber- und Muskelzellen gespeichert wird. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, wird Glykogen abgebaut, um Glukose freizusetzen (Glykogenolyse).

Cellulose ist das am häufigsten vorkommende natürliche Biopolymer. Die Zellwand von Pflanzen besteht größtenteils aus Zellulose, die der Zelle strukturelle Unterstützung bietet. Holz und Papier bestehen größtenteils aus Zellulose. Cellulose besteht aus Glukosemonomeren, die durch β 1-4 glykosidische Bindungen verbunden sind (Abbildung \(\PageIndex{7}\)).

Wie in Abbildung \(\PageIndex{7}\) gezeigt, ist jedes zweite Glukosemonomer in der Cellulose umgedreht, und die Monomere sind dicht gepackt als ausgedehnte lange Ketten. Dies verleiht der Cellulose ihre Steifigkeit und hohe Zugfestigkeit, die für Pflanzenzellen so wichtig ist. Während die β-1-4-Verknüpfung von menschlichen Verdauungsenzymen nicht aufgespalten werden kann, sind Pflanzenfresser wie Kühe, Koalas, Büffel und Pferde mit Hilfe der spezialisierten Flora in ihrem Magen in der Lage, cellulosereiches Pflanzenmaterial zu verdauen und als Nahrungsquelle zu nutzen. Bei diesen Tieren leben bestimmte Arten von Bakterien und Protisten im Pansen (Teil des Verdauungssystems von Pflanzenfressern) und scheiden das Enzym Cellulase aus. Der Blinddarm von Weidetieren enthält ebenfalls Bakterien, die Zellulose verdauen, was ihm eine wichtige Rolle im Verdauungssystem von Wiederkäuern verleiht. Cellulasen können Zellulose in Glukosemonomere aufspalten, die vom Tier als Energiequelle genutzt werden können. Termiten sind ebenfalls in der Lage, Zellulose abzubauen, weil in ihrem Körper andere Organismen vorhanden sind, die Zellulasen absondern.

Kohlenhydrate haben bei verschiedenen Tieren unterschiedliche Funktionen. Gliederfüßer (Insekten, Krebstiere und andere) haben ein äußeres Skelett, das so genannte Exoskelett, das ihre inneren Körperteile schützt (wie bei der Biene in Abbildung \(\PageIndex{8}\)). Dieses Exoskelett besteht aus dem biologischen Makromolekül Chitin, das ein stickstoffhaltiges Polysaccharid ist. Es besteht aus sich wiederholenden Einheiten von N-Acetyl-β-d-Glucosamin, einem modifizierten Zucker. Chitin ist auch ein Hauptbestandteil der Zellwände von Pilzen; Pilze gehören weder zu den Tieren noch zu den Pflanzen und bilden ein eigenes Reich im Bereich der Eukarya.