Kohlenhydrate und ihre Funktionen

Transkript

1 Kohlenhydrate und ihre Funktionen

2 Gliederung Monosaccharide Aufbau Nomenklatur Stereoisomerie/Konfiguration Zyklisierung O-glykosidische Bindung N-glykosidische Bindung Disaccharide

3 Kohlenhydrate im Überblick gehören zu den häufigsten organischen Verbindungen auf der Erde. dienen als Energiespeicher (Stärke,Glykogen) Die Zucker Ribose und Desoxyribose sind Teile des Grundgerüsts der DNA und RNA. Polysaccharide sind Strukturelemente in den Zellwänden von Bakterien und Pflanzen und den Außenskeletten der Anthropoden. Kohlenhydrate sind in vielen Strukturen mit Proteinen und Lipiden verbunden. Kohlenhydrateinheiten spielen auf der Zelloberfläche eine Schlüsselrolle bei der Zell-Zell-Erkennung.

4 Monosaccharide einfachste Kohlenhydrate Aldehyde oder Ketone mit zwei oder mehreren Hydroxylgruppen. allgemeine Formel (CH 2 O) n nach Anzahl der C-Atome spricht man von Triosen,Tetrosen, Pentosen, Hexosen und Heptosen. Monosaccharide mit einer Aldehydgruppe nennt man Aldosen, mit einer Ketogruppe Ketosen.

5 Stereoisomere I Monosaccharide mit asymmetrischen C-Atomen besitzen Stereoisomere. z.b. Glycerinaldehyd hat ein asymmetrisches C-Atom 2 Stereoisomere = Enantiomere (verhalten sich wie Bild und Spiegelbild)

6 Konfiguration D und L beschreibt die absolute Konfiguration bei mehreren asymmetrischen Kohlenstoffatomen im Molekül beziehen sich die Symbole auf das C-Atom, das am weitesten von Aldehyd- oder Ketogruppe entfernt ist. Bezugssubstanz ist das Glycerinaldehyd.

7 Wichtige Hexosen I D-Glucose gehört zur D-Reihe: hat am C 5 dieselbe Konfiguration wie D- Glycerinaldehyd. ist eine Aldose.

8 Wichtige Hexosen II D-Fructose gehört zur D-Reihe: hat am C 5 -Atom dieselbe Konfiguration wie das D- Glycerinaldehyd. Ist eine Ketose.

9 Stereoisomere II hat ein Molekül n asymmetrische Zentren und keine Symmetrieebene so gibt es: 2 n stereoisomere Formen z.b. besitzen die Aldotetrosen (n=2) 4 Stereoisomere, von denen zwei der D-Form entsprechen, die beiden Enantiomere sind L-Zucker.

10 D-Reihe der Aldosen

11 D-Aldotetrosen D-Erythrose D-Threose gleiche Konfiguration am C 3 -Atom: D-Reihe. entgegengesetzte Konfiguration am C 2 -Atom: keine Enantiomere, sondern Diastereomere.

12 D-Aldohexosen I D-Glucose D-Mannose unterscheiden sich nur in der Konfiguration am C 2 - Atom: Epimere

13 D-Aldohexosen II D-Glucose D-Galactose unterscheiden sich nur in der Konfiguration am C 2 - Atom: Epimere

14 D-Reihe der Ketosen Dihydroxyaceton ist optisch inaktiv. D-Erythrylose ist die einzige D-Ketose mit 4 Kohlenstoffatomen. Ketosen besitzen ein asymmetrisches Zentrum weniger als die Aldosen mit gleicher Anzahl von C-Atomen.

15 Pyranosen I Glucose liegt in Lösung nicht in Form offener Ketten vor. Ringschluss Aldehydgruppe am C 1 -Atom reagiert mit der OH-Gruppe am C 5 - Atom Halbacetal wegen der Ähnlichkeit des Rings mit Pyran: Pyranose

16 Pyranosen II Durch Zyklisierung entsteht zusätzliches Asymmetriezentrum am C 1 - Atom: anomeres C-Atom es können 2 Ringformen entstehen: 1. α-d-glucopyranose: OH-Gruppe am C 1 steht unterhalb der Ringebene. 2. β-d-glucopyranose: OH-Gruppe am C 1 steht oberhalb der Ringebene. α-und β-form sind Anomere.

17 Pyranosen III α-d-glucopyranose und β-d-glucopyranose sind schnell ineinander umwandelbar. über die offenkettige Form kommt es in Lösung zu einer Gleichgewichtsmischung. Bei der Umwandlung ändert sich die optische Drehung: Mutarotation. Gleichgewichtsmischung: 1/3 α-anomer 2/3 β-anomer < 1% offenkettige Form.

18 Furanosen I C 2 -Ketogruppe der Fructose reagiert mit der C 5 -Hydroxylgruppe intramolekulares Halbketal. Ähnlichkeit des Ringes mit Furan: Furanose

19 Furanosen II α-und β- Stellung der Hydroxylgruppe wird am C 2 -Atom angegeben.

20 O-glykosidische Bindung I erwärmt man Glucose in wasserfreiem Methanol mit HCL, reagiert das C 1 - Atom mit der OH-Gruppe des Methanols. Bindung zwischen C 1 -Atom der Glucose und OH-Gruppe des Methanols: O-glykosidische Bindung. Es bilden sich zwei verschiedene Acetale

21 O-glykosidische Bindung II Disaccharide entstehen formal durch Kondensation von zwei Monosaccharidmolekülen, indem die reaktivere OH-Gruppe am C 1 -Atom des ersten Moleküls mit der OH-Gruppe des zweiten Moleküls reagiert. Man unterscheidet die so entstandenen glykosidischen Bindungen voneinander : monoglykosidisch diglykosidisch

22 O-glykosidische Bindung III z.b. Cellulose D-Glucoseeinheiten sind verknüpft über O- glykosidische Bindung: C 1 des einen Zuckers reagiert mit O- Atom der OH-Gruppe an C 4 des anderen Zuckers. Bindung besitzt β- Konfiguration: β- 1,4- glykosidische Bindung.

23 N-glykosidische Bindung Anomeres C 1 -Atom eines Zuckers reagiert mit N-Atom eines Amins. Bsp.: Adenosin, Nucleotide, RNA und DNA β- Konfiguration.

24 Häufige Disaccharide Disaccharide sind zwei Zuckermoleküle, o-glykosidisch verknüpft. häufig vorkommende Disaccharide: Saccharose Maltose Lactose

25 Saccharose I Tafelzucker/ Rohrzucker gewonnen aus Zuckerrohr oder Zuckerrüben. Aus Glucose- und Fructoseeinheit aufgebaut, die o-glykosidisch verknüpft sind.

26 Saccharose II halbacetalische (ehem. carbonylische) OH- Gruppe reagiert mit halbketalischen OH-Gruppe diglykosidisch. hat reduzierenden Eigenschaften verloren. Konfiguration der Bindung: α für Glucose β für Fructose Hydrolyse durch Saccharase.

27 Maltose I Malzzucker Aus zwei Glucoseeinheiten aufgebaut α- 1,4-glykosidischverknüpft. Entsteht bei der Stärkehydrolyse, wird durch Maltase zu Glucose hydrolysiert. Maltase, sowie Saccharase und Lactase befinden sich auf den Mucosazellen des Dünndarms.

28 Maltose II Halbacetalisch ( ehem. carbonylische)oh-gruppe reagiert mit alkoholischer OH-Gruppe monoglykosidisch. hat reduzierende Eigenschaften.

29 Lactose Milchzucker Aus Galactose und Glucose aufgebaut β- 1,4-glykosidisch Spaltung: - im menschlichen Organismus: Lactase - in Bakterien: β- Galactosidase

30 Lactoseintoleranz Lactase fehlt Lactose reichert sich im Dünndarm an, es gibt keinen Mechanismus zur Resorption osmotische Wirkung Einstrom von Flüssigkeit ins Darmlumen Durchfall, Krämpfe, aufgetriebener Leib. autosomal rezessiv vererbt. Bei dem größten Teil der asiatischen Bevölkerung. Lactase in Tablettenform; mit Lactase behandelte Milch.