Teil 7: Kohlenhydrate Flashcards
1
Q
Nenne die allgemeine Summenformel von einfachen Kohlenhydraten!
A
- Cn * (H2O)n
- => C, H und O im Verhältnis 1:2:1
2
Q
Welche Funktionen erfüllen Kohlenhydrate?
A
- Energiespeicher und Brennstoff zur Energiegewinnung im Stoffwechsel
- Liefern die Bausteine für das Rückgrat der DNA und RNA
- Sind strukturelle Hauptbestandteile der Zellwand von Pflanzen, Pilzen
und Bakterien sowie des Exoskeletts von Insekten - Extrazelluläre Matrix höherer Eukaryoten: reich an sezernierten
Kohlenhydraten - An Proteine und Lipide verknüpft agieren sie als Erkennungsstellen an der Oberfläche von Zellen für Zell-Zell Interaktionen
- Immunantwort
- Schutz vor hoher Belastung (z.B. Knorpel)
3
Q
Wie werden Kohlenhydrate eingeteilt?
A
- Nach Zahl an Untereinheiten
- Monosaccharide: nicht weiter in kleinere Einheiten hydrolysierbar
- Oligosaccharide: aus 2 (Disaccharide) bis 9 einfache Zucker
- Polysaccharide (Glycane): hochpolymer (meist 80 - 100 glykosidisch miteinander verbundene Einheiten; Zellulose bis 3000!)
4
Q
Wie können Monosaccharide chemisch eingeteilt werden?
A
- in Aldosen (Monosaccharide mit einer Aldehydgruppe)
- in Ketosen (Monosaccahride mit Ketogruppe)
- sind Konstitutions- bzw. Strukturisomere
5
Q
Nenne die wichtigsten Vertreter der Monosaccharide und was haben sie gemeinsam!
A
- Glucose
- Galactose
- Fructose
- Gemeinsamkeit: C6H12O6
6
Q
Beschreibe Glucose und nenne ihre Synonyme und Vorkommen!
A
- Summenformel C6H12O6
- Aldohexosen
- Synonyme: Traubenzucker bzw. Dextrose (da in Natur nur rechtsdrehende Form (D-(+)-Glucose); lat. dextro = rechts)
- Häufigste Monosaccharid in der Natur
- Monomer-Baustein in Polysacchariden wie Zellulose, Stärke, Glycogen
- Vorkommen: in Früchten, Gemüse, Pflanzensaft und Bienenhonig; verknüpft mit Fructose: im Disaccharid Saccharose (Tafelzucker)
- Dient als Hauptnährstoff für das Hirn –> Blutzuckerspiegel streng reguliert (wenn zu sehr schwankt –> Schwindel, Verwirrtheit)
7
Q
Beschreibe Galactose und nenne ihre Synonyme und Vorkommen!
A
- Ist Bestandteil des Disaccharids Lactose, des Trisaccharids Raffinose sowie verschiedener Polysaccharide (Pektine der pflanzlichen Zellwand, Agar und Agarose aus Meeralgen)
- Summenformel C6H12O&
- Aldohexosen
- Unterscheidet sich von der Glucose in der Konfiguration am C-4 Atom
- In Zellmembranen - vor allem in Glycolipiden von Nerven
- In einer schweren Form von Galactosämie (erbliche Erkrankung im Galactose-Stoffwechsel), kommt es zu intrazellulärer Akkumulation von Galactose-1-Phosphat
8
Q
Beschreibe Fructose und nenne ihre Synonyme und Vorkommen!
A
- Ketohexose (im Gegensatz zu Glucose und Galactose)
- Synonyme: Fruchtzucker, Levulose oder Lävulose (da Fructose optisch linksdrehend ist; lat. laevus = links)
- Entsteht bei Hydrolyse von Saccharose; Bestandteil des Pflanzensafts und Honigs
- Das am süßesten schmeckende aller Kohlenhydrate
- Wird im Körper zur Energiegewinnung zu Glucose umgewandelt (isomerisiert)
- Vorkommen in Samenflüssigkeit als präferentielle Energiequelle
9
Q
Was ist die Formel für die Zahl möglicher Stereoisomere? Formel für Zahl der Stereoisomere für Almosen und Ketosen
A
- 2^n
- n = Zahl chiraler C-Atome
- Aldosen: 2^(C-2)
- Ketosen: 2^(C-3)
10
Q
Was bestimmt die D-Konfiguration eines Kohlenhydrats?
A
- D-Konfiguration ergibt sich aus der Orientierung der OH-Gruppe, die sich am asymmetrischen C-Atom befindet, welches am Weitesten von der Carbonylgruppe ist.
11
Q
Welche 4 Typen Stereoisomere kommen bei Monosacchariden vor?
A
- Enantiomere
- Diastereomere
- Epimere
- Anomere
12
Q
Was sind Enantiomere?
A
- Stereoisomere, die nicht zur Deckung gebracht werden können
- Verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild
- Unterscheiden sich nicht in ihren skalaren Eigenschaften
(Schmelz- und Siedepunkt, Brechungsindex, Spektren, Reaktionen mit achiralen Substanzen) - Drehen die Ebene von linear polarisiertem Licht im gleichen Ausmaß, aber in entgegengesetzte Richtung
13
Q
Was sind Diastereomere?
A
- Stereoisomerenpaare mit mehreren chiralen Zentren, die insgesamt KEINE Spiegelbildbeziehung zeigen (d.h. KEINE Enantiomere sind)
- Bei Diastereomeren unterscheidet sich die räumliche Anordnung bei wenigstens einem Stereozentrum, aber nicht bei allen
- Nur möglich, wenn im Molekül multiple asymmetrische Kohlenstoffatome vorliegen
- Diastereomere unterscheiden sich in physikalischen und chemischen Eigenschaften
14
Q
Was sind Epimere? Nenne ein BSP!
A
- Sonderfall der Diastereomere
- Stereoisomere mit mehr als einem asymmetrischen Zentrum, Unterschied nur in
der Konfiguration an EINEM asymmetrischen C-Atom - D-Mannose und D-Glucose sind Epimere
*D-Galactose und D-Glucose sind Epimere
15
Q
Was sind Anomere?
A
- Anomere unterscheiden sich in der Konfiguration am “obersten” chiral substituierten Kohlenstoffatom
- Sind Stereoisomere, die sich wie Epimere nur in der Konfiguration an einem chiralen C-Atom (dem anomeren C) unterscheiden; spezielle Klasse von Diastereomeren!
- Haben unterschiedliche spezifische optische Drehung, Schmelzpunkt, Löslichkeit etc.
16
Q
Was versteht man unter Mutarotation? Warum geschieht das bei Monosacchariden? Womit kann die Mutarotation gemessen werden?
A
- Mutarotation = Graduelle Änderung der optischen Drehung einer frisch zubereiteten Lösung eines reinen Anomers zu einem konstanten Wert
- Es entsteht ein Gleichgewicht, das sich in wässriger Lösung ausgehend von rein anomerer Form über die offenkettige Aldehyd- bzw. Ketoform mit der Zeit zwischen den ⍺- und β-Anomeren einstellt
- Umwandlung zwischen beiden Anomeren kann im Polarimeter gemessen werden
17
Q
Welche Produkte können bei der Oxidation von Monosacchariden entstehen? Welche Oxidationsmittel werden verwendet? Welches C reagiert?
A
- Oxidation von Aldosen zu Aldonsäuren (-onsäuren)
- Oxidation von Aldosen in C-1 Position durch Oxidationsmittel wie Ag+, Cu2+
- Unterscheidung von reduzierenden (nicht oxidierte, normale Aldose) und nicht reduzierenden (oxidierte Aldose, Aldonsäure) Zuckern
- Oxidation von Monosacchariden zu Uronsäure
- Durch Oxidation des primären OH am letzten (höchstnummerierten) C-Atom einfacher Monosaccharide
18
Q
Welche Konformationen nehmen Pyranose- und Furanoseringe (bevorzugt) ein?
A
- Pyranose nicht planar: Sessel- oder Wannenform. Aufgrund der geringeren sterischen Hinderung der axialen Substituenten (wenn auf der gleichen Seite des Rings) in der Sesselform, wird Sesselform bevorzugt
- Furanose nicht planar:
Briefumschlag (envelope) Konformation
19
Q
Wie kommt es zur Ausbildung von N-glykosidischen Bindungen und von O-glykosidischen Bindungen?
A
- Entstehen durch Reaktion zwischen glycosidischer OH-Gruppe eines Zuckermoleküls und der Amino (–NH2) Gruppe von beliebigem anderem Molekül
- neu gebildete Bindung ist zwischen anomerem C und N
- Beispiele: Nucleoside, Nucleotide
- Entstehen durch Reaktion zwischen dem glycosidischen –OH eines Zuckermoleküls und dem –OH eines beliebigen anderen Moleküls (Zucker, Alkohol, Phenol)
- neu gebildete Bindung zwischen anomeren C und O
20
Q
Wie können Monosaccharide verknüpft werden?
A
- über O-glykosidische Bindungen zu Oligosaccharide
21
Q
Wie sind Kohlenhydrate polar?
A
- sie haben ein reduzierendes und ein nicht reduzierendes Ende
- reduzierendes Ende: offenkettige Form ist möglich –> daher freies anomeres C mit reduzierender Aktivität
- Nicht reduzierendes Ende: offenkettige Form kann nicht eingenommen werden, da C-1 mit anderem Molekül verknüpft istN
22
Q
Wie sind Disaccharide verknüpft? Nenne die häufigsten Disaccharide und deren Eigenschaften!
A
- über O-glykosidische Bindungen
- Saccharose: Rohrzucker = gewöhnlicher Haushaltszucker, Glucose mit Fructose ⍺-1,2-glykosidisch verknüpft, nur in Pflanzen gebildet
- Lactose: Milchzucker; Galactose mit Glucose β-1,4-glykosidisch verbunden; im Menschen durch Lactase, in Bakterien durch β-Galactosidase gespalten
- Maltose: 2 Glucosen durch α-1,4-glykosidische Bindung verknüpft; durch
Maltase zu Glucose hydrolisiert; entsteht durch Hydrolyse von polymeren Oligosacchariden (Stärke, Glykogen)
23
Q
Was sind Glycane und wie werden sie eingeteilt? Nenne jeweils 2 Beispiele!
A
- Glycane = Polysaccharid
- Homoglycane: wird nur durch eine Art von Monosaccharid gebildet
- Energiespeicherstoffe wie Stärke und Glycogen
- Strukturgebende Moleküle wie Zellulose und Chitin
- Heteroglycane: Polymere, welche durch zwei oder mehr unterschiedliche Monosaccharide gebildet werden, Häufig zwei verschiedene, alternierende Monosaccharide –> daher polymeres Disaccharid
- Hyaluronsäure und Heparin
24
Q
Woraus bestehen Stärke und Glycogen? Wie bringt ihre Struktur einen Vorteil für biologische Prozesse?
A
- Stärke und Glycogen sind Homoglycane –> bestehen aus Glucose-Einheiten
- Stärke aus Amylose und Amylopectin (verzweigtes Polymer)
- Glycogen ist verzweigter als Stärke
- Vielfache Verzweigung erleichtert raschen enzymatischen Ab- sowie Aufbau, welcher jeweils an den nichtreduzierenden Enden erfolgt
25
Q
Vergleiche Zellulose und Stärke bzw. Glykogen
A
- Zellulose - strukturgebend; Stärke, Glokogen –> Energiespeicherstoffe
- Zellulose - β-1,4-glycosidische Bindung,; Stärke, Glycogen - ⍺-1,4-glycosidische Bindung
- Zellulose - linear, unverweilt
- Stärke, Glycogen - stark verzweigt
- Stärke - helikale Verdrillung der Ketten in linksgängige Helix
- Zellulose: Durch Absättigung der H-Brücken innerhalb und zwischen Ketten ist Cellulose schlecht wasserlöslich, Polymere Ketten sind Seite an Seite angeordnet; ebenfalls über H-Brücken verbunden
- Stärke: H-Brücken intern nicht albgesättigt - wasserlöslich
26
Q
Was sind Glykoproteine? Nenne die Klassen und was sie charakterisieren
A
- Glykoproteine sind Proteine, an die Kohlenhydrate kovalent gebunden sind
- Glykoproteine: Protein ist größter Anteil
- Proteoglykane: Anteil an Kohlenhydraten ist größer als an Protein, Proteinanteil an Glycosaminoglykane gebunden
- Mucine: Anteil an Kohlenhydraten ist größer als an Protein, Kohlenhydrateinheit: meist N-Acetylgalactosamin
27
Q
Woran binden Kohlenhydrate an Proteine? Welche Art von Bindung liegt vor? Wo findet die jeweilige Glykosylierung statt?
A
- N-Glykosylierung: Kohlenhydrat an Amidgruppe in Seitenkette des Asparagins (N-glykosidisch), wenn dieser Teil der Sequenz Asn-X-Ser/Thr darstellt (X = beliebige AS außer Prolin), beginnt im ER + Fortführung im Golgi
- O-Glykosilierung: Kohlenhydrat gebunden an O-Atom in Seitenkette von Threonin und Seren (O-glykosidisch), nur im Golgi
