Wie sind Kohlenhydrate aufgebaut?

Klar! Kohlenhydrate sind Nudeln, Reis, Kartoffeln. Kennt doch jeder! Aber weißt Du wirklich, wie so ein Kohlenhydratmolekül aussieht?

Kohlenhydrate gehören zu den Makronährstoffen. Während Mikronährstoffe nur in kleinen Mengen in unserer Nahrung vorkommen, machen die 3 Makronährstoffe – Proteine, Kohlenhydrate und Fette – den größten Teil unserer Nahrung aus und versorgen unseren Körper mit Energie. Je nachdem, wie wir uns ernähren, kommen die Makronährstoffe in unterschiedlichen Mengen auf unseren Teller. Was zum Beispiel im Körper passiert, wenn so gut wie keine Kohlenhydrate aufgenommen werden, kannst Du hier lesen.

Damit Du nachvollziehen kannst, warum sich Dein Stoffwechsel bei unterschiedlicher Ernährung jeweils anders verhält, ist es wichtig, einen Blick auf die Grundlagen zu werfen. Je besser Du die „Einzelteile“ kennst, desto leichter fällt es Dir, das „große Ganze“ zu verstehen.

Lass uns mal einen vollkommen wertfreien Blick auf die Kohlenhydrate werfen. Wie sehen sie aus?

Kohlenhydrate gibt es in „verschiedenen Größen“

Die kleinste Einheit ist ein Einfachzucker. Hier sprechen wir von einem einzigen Kohlenhydrat-Molekül. Wenn 2 Kohlenhydratmoleküle verbunden sind, sprechen wir von einem Zweifachzucker. Die unterschiedlichen Einfachzucker können auf verschiedenste Weise verbunden werden, sodass eine große Vielfalt an Zweifachzuckern entsteht. Eine noch größere Vielfalt gibt es bei den Vielfachzuckern. Für solch ein sogenanntes Polysaccharid, können tausende Einfachzucker in verschiedenen Kombinationen verbunden sein. Zu langen Strängen oder zu komplexen Netzen.

Monosaccharide – Einfachzucker

Die wahrscheinlich bekanntesten Monosaccharide sind Glukose, Fruktose und Galaktose. Diese drei haben alle ein Rückgrat aus 6 Kohlenstoffatomen (C). Damit verbunden sind Wasserstoffatome (H), ein Sauerstoffatom (O) und sogenannte Hydroxygruppen (OH), bestehend aus einem Sauerstoffatom (O) und einem Wasserstoffatom (H).

Bestimmt hast Du schon einmal eine Summenformel gesehen. Diese gibt an, welche Atome und wie viele davon sich in einem Molekül verstecken. In unserem Fall gibt sie an, wie viel Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Sauerstoffatome in einem Molekül der genannten Kohlenhydrate sind.

• Glukose C₆H₁₂O₆
• Fruktose C₆H₁₂O₆
• Galaktose C₆H₁₂O₆

Wie Du siehst, ist bei allen aufgeführten Einfachzuckern, die Summenformel exakt gleich. Sie bestehen jeweils aus 6 Kohlenstoffatomen, 12 Wasserstoffatomen und 6 Sauerstoffatomen.

Den Unterschied sehen wir erst, wenn wir uns den Aufbau dieser Kohlenhydrate konkret ansehen. Um die Struktur darzustellen gibt es mehrere Möglichkeiten. Die sogenannte Fischer-Projektion zeigt das Molekül in der offenkettigen Form:

In der Regel bilden die Einfachzucker aber einen geschlossenen Ring. Dieser lässt sich am besten mit der Harworth-Schreibweise darstellen. Und so sieht das aus:

Ein Einfachzucker kann einen „Pyranose„- oder „Furanose“ Ring bilden. Pyranosen sind Ringe aus 5 Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. Furanosen sind Ringe aus 4 Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. Die verbleibenden Kohlenstoffatome befinden sich außerhalb des Rings. Abgebildet sind Pyranosestrukturen.

Disaccharide – Zweifachzucker

Die Vielfalt der Zweifachzucker ist enorm groß. So können zum Beispiel 2 Glukosemoleküle auf 11 unterschiedliche Arten zu einem Zweifachzucker kombiniert werden. Bekannte Disaccharide sind Maltose, Saccharose und Laktose.

• Maltose C₁₂H₂₂O₁₁
• Saccharose C₁₂H₂₂O₁₁
• Laktose C₁₂H₂₂O₁₁

Auch hier sind die Summenformeln erst einmal identisch und es lässt sich nicht erkennen, aus welchen Einfachzuckern die Disaccharide aufgebaut sind.

• Maltose = Glukose + Glukose
• Saccharose = Glukose + Fruktose
• Laktose = Galaktose + Glukose

Und so sieht die Struktur dieser 3 Disaccharide aus:

Polysaccharide – Vielfachzucker

Sicher hast Du schon einmal von Glykogen gehört. Auch Stärke und Ballaststoffe sind fast alltäglich gebrauchte Begriffe. Glykogen wird im Muskel und in der Leber von Mensch und Tier gespeichert. Es ist sozusagen die Speicherform von Glukose. Viele Glukosemoleküle werden verbunden und bei Bedarf wieder abgebaut. Auch Pilze verwenden Glykogen zur Energiespeicherung.

Mit Stärke meint man pflanzliche Stärke, die der Mensch zur Energiegewinnung nutzen kann. In erster Linie dient sie der Pflanze selbst zur Energiespeicherung.

Auch Ballaststoffe nehmen wir über pflanzliche Nahrung auf. Sie sind ebenso wie Stärke aus vielen, vielen Einfachzuckern aufgebaut. Sie sind aber auf eine besondere Weise verbunden, sodass der Mensch sie bei der Verdauung nicht aufspalten kann. Ballaststoffe werden deshalb auch oft als unverdauliche Kohlenhydrate bezeichnet.

• Glykogen = verzweigte Kette aus Glukosemolekülen.
  An ein zentrales Protein (das Glykogenin) sind bis zu 50.000 Glukosebausteine geknüpft.
• Stärke besteht zu
  • 20-30 % aus Amylose = unverzweigte Kette aus Glukosemolekülen
  • 70-80% aus Amylopektin = verzweigte Kette aus Glukosemolekülen
• Ballaststoffe können
  • wasserlöslich sein, wie z.B. Johannisbrotkernmehl
  • wasserunlöslich sein, wie z.B. Cellulose
  • bestehen aus komplex verknüpften Kohlenhydratbausteinen

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