lektion 4-kohlenhydrate

-großteil pfl. biomasse=best. aus kh ->mengenmäßig häufigste org. verbindung, mengenmäß. bedeutendsten energielief. nährstoffe

-summenformel CnH2nOn

-wir nehmen kh vorw. aus pfl. nahr.mitteln auf (stärke wichtig)

-fotosynth.=in chloroplasten(grüne pflanzen und algen) der pflanzenzellen wird aus kohlendioxid und wasser unter ausnutzung des sonnenlichts sauerstoff und glucose c6h12o6 generiert

-durch fotosynthese gewonnene glucose->von pflanzen als stärke gespeichert (in polymerverbindungen)

-dieser fundamentale biol. prozess ist für luftsauerstoff der atmosphäre und für biomasse verantw.

6co2+6h2o ->durch licht und chloroplasten ->c6h12o6+6o2

-glucose=wichtigstes kh für energiestoffwechsel

-kh liegen in tier. organismen als reservestoff in form von glykogen vor

-vollwertige mischkost sollte begrenzte fettmengen und mehr als 50%der energiezufuhr in form von kh enthalten

-vorzugsweise komplexe kh durch stärkehaltige und ballaststoffreiche lm (getreide/-erzeugn.,mögl. aus vollkorn; gemüse, obst, hülsenfrüchte, kartoffeln) sollen möglichst aufgenommen werden

-polysacc. aus stärke/ballastst.reiche lm

-empf. wert erreicht nur die hälfte der bevölk.

-große menge an aufgen. kh besteht aus zugesetzten zucker (haupts. saccharose)

-zucker, mono,disaccharide=moderater konsum empf. wegen ern-bedingter krankheiten

->schwerwiegende konseuenzen für gesundheitszustand ->stoffwechselerkr. mit einem chronisch ehöhten blutzuckerspiegel ->diabetes mellitus typ 1 und 2

-mangel an insulin durch zerstörung der insulinproduzierenden betazellen->patient wird insulinpflichtig

-ursache=zusammenwirken von erbl. veranl. und äußeren fakt. (virusinfektionen und fehlsteuerung des immunsystems)

-es kann kaum noch glucose aus dem blut in die körperzellen aufgenommen werden

-früher=altersdiabetes weil ältere menschen erkrankten->heute verschiebt sich alter nach unten

-7% in deutschland leidet darunter

-körperzellen sprechen vermindert auf insulin an

-es liegt kein absoluter mangel an insulin vor

-genetisch bedingt

-fettreiche ernährung

-übergewicht

-bewegungsmangel

-bewegung

-insulinbehandlung

-kohlenhydratadaptierte, diabetesgerechte kost

-polymerverbindungen, setzen sich aus monomeren zusammen

-entspr. des polymerisationsgrad= mono,di,oligo,polysaccharide

• glucose

• galaktose

• fruktose

• xylose

• arabinose

• ribose

• desoxyzucker

-hydroxylisierte aldehyde oder ketone mit 1 kohlenstoffkette von mind. 3 c atomen

-aldose=wenn carbonylfunktion endständig steht

-ketose=wenn carbonylfunktion an 2. position steht

-3 c atome=triosen

-4 c atome=tetrosen

-5 c atome=pentosen

-6 c atome=hexosen

-7 c atome=heptosen

-glycerinaldehyd

-aldotriose mit 3 c atome

-wichtiges intermediat des glucosestoffwechsels

-kh mit 6 c atomen

• glucose (traubenzucker, aldohexose)

• galaktose (aldohexose)

• fruktose (fruchtzucker, ketohexose)

-abbildung im skript

-nicht in offener kettenstruktur

-durch intramolekulare reaktion der carbonylfunktion mit einer hydroxylgruppe

-in wässrigen lösungen=haupts. die geschlossene konformation

-in pflanzenprodukten wie obst=hohe mengen an glucose und fruktose

-aldosen mit 3 oder mehr c atomen oder ketosen mit 4 oder mehr c atomen= enth. asymmetr. zentren->besitzen kohlenstoffatome mit 4 versch. substituenten

-schaut hydroxygruppe am 2.letzten c atom nach rechts oder links= D-form (dextro=rechts; laevo=links)

-moleküle die sich spiegelbildlich verhalten->enantiomere, stereoisomere

-bei ringbildung von kh=entsteht asymm. c atom

-hydroxygruppe schaut am c1 atom nach unten=alpha konfiguration

-hydroxygruppe schaut nach oben= beta konfiguration

-anomere=2 zucker

-unterscheiden sich nur durch anordn. der oh gruppe am c atom 1, der glykos. oh gruppe

-mono,di,oligosaccharide

-aldehydgruppe ist zu einer carboxylgruppe oxidierbar

-wenn glycerol einer milden oxidation unterworfen wird

->primäre oder sek. hydroxylgruppe kann dehydriert werden

1.primär=es entst. glycerinaldehyd (stellt einfachsten aldehydzucker = einfachste aldose) dar (aldotriose, 3 c atome)

2.sekundär=es entst. dihydroxyaceton (kann als einfache ketose =ketotriose) bezeichnet werden

-aldohexose, am häufigsten vorkommende org-chem. polymerverbindung auf der welt

-dient vielen wichtigen polymerverb. ->bsp.: stärke, glykogen, zellulose als baustein

-in meisten früchten (monosaccharid)

-die als bestandt. best. disaccharide oder kompl. polysacch. mit der nahr. zugef. glucose (in form von stärke) ->im verdauungstrakt durch amylasen freigesetzt und über darmschleimhaut absorbiert

->gelangen von da über pfortaderblut in leber und von dort in blutstrom

->werden zum gewebe und zellen transp.

->über insulinsensitive glucosetransp. -> in zielzellen aufgenommen

-glucose fungiert als eine für zellen sehr schnell verfüg. energiequelle->zentrale komponente des kh stoffwechsels im körper

-über glykolyse und citratzykl. wird die chem. gebundene energie nutzbar gemacht für atp synthese der atm.kette

-über best. des blutzuckers=lässt sich konz. der glucose im blut feststellen

-konzentration von glucose im blut

-blutzuckerwert kann in mg/dl oder in mmol/l angegeben werden

-epimere (galaktose und glucose)

->unterscheiden sich nur um eine stellung der oh gruppe

-aldohexose galaktose findet sich v.a. im disaccharid laktose wieder (milchzucker)

-quelle für galaktose= milch, milchprodukte

-laktose besteht aus glucose und galaktose->wird durch verdauungsenzym laktase gespalten

-kommt in cerebrosiden(glykosphingolipide) und gangliosiden (zählen zu sphingolipiden) im tier. nervengewebe vor

-ketohexose, in freier form in früchten

-über 1 glykosidische bindung verkn. bildet fruktose gemeins. mit glucose das molekül saccharose (rohr/haushaltszucker)

-kann vollständig von leber aufgen. werden->dort zu glucose oder fs umgew. werden

-übermäß. konsum=kritisch

->diabetiker->erhöhte aufn. von fruktose vermeiden->auf fruktose als zuckeraustauschstoff in industriell gefertigten lm verzichten

->aufnahme von fruktose über industr. gef. lm (limonade) ges.schädlich

->adipositas wird gefördert, da hohe drukt.mengen die hormonelle gewichtsregulierung beeinflussen

-bestandteil von polymer polyfructosan wie zb inulin

-pflanzen (chicoree) lagern inulin als reservestoff ein

-fruktose in manchen industr. herg. lm als zuckeraustauschstoff, da sie im vergleich zu glucose eine geringe insulinausschüttung zur folge hat

-erwordb. unvertr. gegenüber monosacch. fruktose->fruktosemalabsorption

->studie: gabe von 25g fruchtzucker->1/3 der menschen fruktosemalabsorption->von diesen hat wiederum 1/3 symptome

-defekt des transportsystems zur absorption der fruktose liegt vor

-da sorbit dieses transportsystem zus. hemmt, sollte die aufnahme von sorbit (zuckeralk.; polyole sind aliphatische alkohole mit 2 und mehr oh resten) im fall einer fruktosemalabsorption reduziert werden

-sorbit und andere zuckeralk. wie mannit oder d-xylit=zuckeraustauschstoff

-in arzneimittel=zuckeralk. zum süßen verw.

-kommt in einigen früchten vor

-elementarer baustein des xylans ->polysaccharid in mais, weizen, bäumen

-monosacc.

-wichtige bausteine komplexer biomoleküle

->arabinose=bestandteil von hemizellulose oder bakterienpolysaccharide

->ribose=bestandteil von ribunukleinsäure

-1 hydroxylgruppe ist durch 1 wasserstoffatom ersetzt

-bestandteil der desoxyribunukleinsäure (dns)

-in pfl. und mensch. erbmaterial

-monosacc.=können unterein. eine glyos. bindung eing.->hydroxylgruppen reagieren unter wasserabspaltung miteinander->abhängig von der anz. verkn. kh-bausteine->zweifachzucker(disacc.);mehrfachzucker(oligosacc.);vielfachzucker(polysacc.)

• maltose

• laktose

• saccharose

  
  

=malzzucker

-setzt sich aus 2 glykosidisch verkn. glucosemolekülen zsm

-entsteht beim enzym. abbau von stärke und glykogen

-enzym alpha glucosidase kann maltose weiter in 2 molek. glucose spalten

=Milchzucker

-über milch/-produkte dem körper zugef.

-setzt sich aus 1 mol. galaktose glykosidisch verkn. mit 1 mol. glucose zsm

-bis zu 5% bestandteil milch der säugetiere

-laktase kann laktose in seine einz.baust. spalten

->enzym in darmschleimhaut ->monosacc. werden absorbiert und gelangen in blutbahn

-unverträglichkeit gegenüber laktose

-wegen mangel des enzyms laktase

-in de ca. 14,8% laktasemangel

-laktaselevel im kindesalter normal->abnahme im erwachsenenalter

-industriell können laktosefreie nahr.mittel durch behandlung mit laktase herg. werden

=rohrzucker

-setzt sich zsm aus: 1 mol. glucose und 1 mol. fruktose

-aus zuckerrübe,zuckerrohr,ahornsirup gewonnen

-in vielen lm->süßungsmittel->früchte,fruchtsäfte,honig

-beinhaltet neben disacc. auch monosacc.-glucose/fruktose

-aufgrund enzymmangelerkrankung des darms-abbau von sacc. kann nicht funktionieren

-zucker wird nicht verstoffwechselt

-sollte diät halten->saccharosearme kost

-reaktion des zuckers->karamellisierung

-mono/disacc. können oxidationsreaktion eingehen->karamellisierung oxidation des zuckers

-typische, nicht enzymatische bräunungsreaktion

-je nach zuckerart zwischen 110(fruktose) und 180(maltose) grad->saccharose(kristallzucker->bei160 grad

-oxid. von zucker->enstehung vieler verb.

-anwendung karamellisierung=zuckercouleur->wird glucosesirup im beisein von schwefelsäure sowie mit ammoniak erhitzt, dann entst. eine bräunl. flüssigk. ->färben von malzbier, limonaden, whiskey, wurst, essig, süßwaren

wenn konz. saccharosesirup in neutraler lösung erhitzt wird->zuckermoleküle werden stark fragmentiert

-bildung von karamellaromastoffen wie z.b. o heterozyklische ketone wie dihydrofuranone,cyclopentenole,pyrone

-beispiel für derart. karamellaromastoff ist maltol

-setzt sich zsm aus 2-10 verkn. monosacchariden

-mehrfachzucker als zw.produkten bei verdauung von polysacc., wie bsp. beim abbu von stärke durch enzymatische hydrolyse

• raffinose

• maltodextrin

• oligofruktose

• milch oligosaccharide

  
  

-trisaccharid aus glucose,fructose,galaktose

-in wurzeln,rhizomen,samen

->samen der leguminosen (sojabohnen)

-raff. kann unter mitwirkung der darmflora zu monosacchariden abgebaut werden

-mensch. verd.enzyme können diese glykosid. bindung nicht aufspalten->resorbierbarkeit gering

-durch partielle hydrolyse aus stärke gewonnene schwach süße maltodextrin

-in lm als zutat, stabilisator, füllstoff

-kann durch enzym. hydrolyse weiter in glucosebaust. zerlegt werden als ballaststoff

->grund:von enzymen der verdauung nicht aufspaltbar

-erf. fkt. im dickdarm gesundh.fördernde mikroorg. als energe´iequelle zu dienen

-als längerkettiges inulin in manchen pfl. (chicoree, artischocken)

-industrie setzt inulin daraus gew. oligofrukt. den nahr.mitteln in isolierter form zu

-in werbung=präbiotika

-cremiger geschmackseindr.,fettarmer joghurt

-humane milch olig.sacc.->7-25 g der sehr kompl. oligosacc. in 1 liter menschl. muttermilch

-haben potenz., aufgr. präbiot. eig. die entw. des menschl. mikrobioms zu beeinflussen und d.w. die anfälligkeit für infektionen des neugebor. zu reduzieren, risiken von allergien bzw. entzündungen einzuschränken

-neuronale entw. und fkt wird durch oligosacc. unterst.

-in gegebener struktur, vielfalt, höherer konz. nur in menschl. milch vorzufinden (hochkomplexe, meist verzweigte moleküle

je nach zsm.setz. und verkn. der monos.-bausteine können oligos. durch enzym. vollst. in ihre einz.komp. zerlegt werden

-resistente oligos.=nicht von menschl. enzymen spaltbar

-einige davon=präbiotika->dienen als energielieferanten für die im dickdarm angesiedelten bakterien

-identifikation resistenter oligosacc.-strukturen, suche nach (mikrobiellen) enzymen, die resistente oligos. spalten können=gegenstand zahlr. wiss. studien aufgr. der potent. anwendung in der lm/biotechnologieindustrie

-oligosacc.=lineare strukturen, die sich aus wiederholt verkn. monosacch. (cellotriose z.b. ist ein 3-glucose-polymer) zusammengesetzt

-komplexe verzweigte strukturen=setzen sich aus nicht enzymatisch spaltbaren verzweigungen von monosacc. zusammen

-beispiel abbildung skript= chromatogramm einer hplc analyse von zucker in bier

-probe wurde aufgearbeitet und verdünnt und dann auf säule mit sog. aminophase gegeben

-trennmechanismus beruht auf hydrophille und ionischen interaktionen (d.h. die hydrophilen fkt. gruppen der kh wechselwirken untersc. stark mit aminogruppen der stationä. phase )

-nach gewisser zeit->anhängig von jew. retentionszeit (retention=verzögerten durchfluss einer zu analysierenden komponente eines substanzsgemischs der mobilen phase durch die wechselwirkungen mit der stat. phase)->eluieren die einz. bestandteile getr. aus der säule und werden detektiert

-als signal ausgelesen=peak

-bei unzur. trennung (aufgrund überlappender retentionszeiten)=ident. nicht mögl., da keine eindeut. peaks zu erk. sind ->würde zu überlappung kommen

-für analyse von kh=optimierte,kommerziell erhlt. säulen (carbopac)->stellen ausr. trennung sicher

-kh=schwierig zu trennen, da die untersch. kh chemisch sehr ähnlich sind bez- fkt. gruppen

-lassen sich mit eben genannter methode nicht eind. ident.

-grund=komplexe struktur, da sie meist nicht linear sind und verzweig. aufweisen->ausr. chromartogr. trennung nicht möglich, was die ident. unbek. oligosacc. enorm erschw.

-bestimmung milch-oligosacc. (in muttermilch)=komplex

-meist keine geeign. standards verfügbar um einfache ident. sicherst. zu können

-ext. stand. mit vergleichsproben bekannter strukt.->dienen dazu die retentionszeit der unb. probe zu best.

-extr. standard=in einer eigenen messung, seperat vom analyt gemessen

—>massenspektrometrie um oligosacc. eindeutig zu ident.

-aus erm. daten/massen dieser analytik=kann mittels datenbanken ein eind. rückschl. auf ident. der molk. geschl.folg. werden

-nach gleichem bauprinzip zusammenges. wie oligosacc.

-setzen sich aus sehr vielen monosacc.molek. zsm->homogylkane wie z.b. zellulose, stärke, glykogen, chitin, pektin aus einem wiederholenden monos.baustein und heteroglykane wie z.b. (arabino-)ylane, hemizellulose,alginsäure aus versch. monosacc. zsmgesetzt sind

-glucose=wichtigste grundbaust. der polysacc. und bildet elementaren bestandt. von stärke, glykogen (abb.skript), zellulose

• stärke

• glykogen

• zellulose

• xanthan,pfl.gummis

-wichtigstes speicherpolysacc. der pflanzen->setzt sich aus glucosemol. (alpha-d-glucosemolekülen), die in 1-4- bzw 1-6- stellung mitein. verkn. sind zsm

-nach art der verknüpfung=zwei bestandteile der stärke

• amylose

• amylopektin

-glucoseeinheit die alpha-1,4-glykosisch miteinander verbunden sind (1-4-Verknüpfung)

-hat form einer helix, in heißem wasser löslich

-entst. gel-kann wieder auskristallisieren (altbackenwerden von brot)->retrogradation

-retrogradation=rückbildung zuvor verkleisteter stärke->bezeichnet vorgänge die zu einem graduellen,aber irreversiblen unlöslichwerden von stärkekleistern oder gelen führen

-beim abkühlen der gele=lagern sich dabei die amyloseketten unter wasseraustritt und ausbild. von wasserstoffbrückenbindungen linear aneinander ->quasikristalline stärkestruktur wird ausgebildet

-die wassermoleküle sind nicht wie vorher an den glucoseeinheiten hydratisiert ->geschieht v.a. mit der in der stärke enth. amylose

-amylose=nicht aus einem dreidim. glucosenetzwerk aufgeb.->wasser wird nicht so gut fixiert

-altbackene gebäck nimmt eine weiche, schaumgummiartige konsistent an

-auch durch zusatz von emulgatoren (mono,diglyc. von speisefs) lässt sich die retrogradation durch sterische hinderung der aneinanderlagerung der amyloseketten vermindern

-baumartige verzweigungen->quillt in wasser mit temp. über 60 grad

-massenanteil von amylosen an stärke ist ca. 20-30%->von amylopektion 70-80%->beiden anteile können aus stärke mit geeign. methoden fraktioniert werden

-techn. modif. stärke=anw. in nahr.mitt.industrie

->instant-lm=quellstärke einges. (engl. pregelatinized starch)->vorgekochte stärken, die bei ger. temp. löslicher sind als urspr. stärke

-stärkeanteil=bereits vorverkleistert und quillt unter beigabe von kaltem wasser->müssen nicht lange gekocht werden

-weit. bsp.: säuremodifiz. oder oxidierte stärke (man erreicht effekt einer herabges. viskosität; phosphatmodifizierte stärken (haben viskositätserhalt und hydrolysestsabilität beim erhitzen zur folge); stärkeester und stärkeether aus wachsiger maisstärke (resultieren in kältestabilität)

in verdauung wird stärke durch das enzym alpha amylase gespalten (kommt in speichel und pankreas vor)

-speicherform der glucose/reserve-kh im menschen

-so gespeicherte energie=kann durch enzymat. spaltung im körper bei bedarf wieder verf. gemacht werden

-glykogen best. aus bis zu 50.000 glucosebausteinen, die meist alpha-1,4-glykosidisch geknüpft sind

-alle 8-12 glucosebausteine erfolgt eine weitere alpha-1,6-glykosidische verknüpfung

-molekül besitzt baumartige verzweigung

-aus 1-4-verkn. ß-glucosemolekülen aufgebaut und hemiz. (xylan oder pektin)=stützsubstanzen der pflanzen, nicht verdaulich

-unserem körper fehlen enzyme, um ß-glykosidische bindungen zu spalten und die polysaccharide in ihre einzelbaust. zu hydrolisieren

-wiederkäuer=besitz. enzyme wie cellulasen, die cellulose somit spalten und verdauen können

->zellulose und hemizellulose (pektin,lignin,unverd. oligosacc.)=ballaststoffe

-schalenanteil von getreide und gemüse weist relativ hohe zell.konz.

-auswirk. auf unsere verd.=anregung der darmperistaltik und beeinflussung der transitzeit der nahrung durch den verdauungstrakt

-von zell. abgel. formen (methylzellulose) ->bsp. werden als dickungsmitteln in nahrungsmittelindustrie einges.

-zellulose und hem.zell. dienen, wie polysacc. stärke, als quelle zur gewinnung fermentierbaren monosacc., aus welchen auch bspw. biotreibstoffe herg. werden können

-polysacc. xanthan=ein von der bakterienart xynthomonas campestris gebildetes heteropolysacc. und wird bspw. als stabilisator von mayonaise und dressing verw.

weitere pflanzengummis=durch ihre eig. zur bildung von hydrokoloiden geeign.->als verdickungsmittel eing.

-unverdaull. pfl.gummis=zur herstell. von kalorienverminderten lm

-um zuckerkomposition von polysacc. zu erm. ->hydrolyse durch z.b. schwefelsäure

-dadurch werden polysacc. in ihre bestandteile (monosacc.) zerlegt

-monosacc. können im zuge der bestimm. der zuckerkomposition von polysacc. anschl. z.b. mittels gaschromatografie bestimmt werden

-maillard reaktion von reduzierenden zuckern mit as unter hitzeeinwirkung (von l.c. maillard,1912)

-führt zur braunfärbung bei erhitzung von lm ->aromastoffe werden freigesetzt->bedeutung für entw. best. aromen sowieso farbentwickl. bei erhitzung von lm

-bsp.: backen von brot, rösten von kaffee

-kh und proteine können reagieren (miteinander)

-startet mit bildung von n-glycosiden durch kondensation reduzierender kh mit as ->diese isomerisieren im sinne einer amadori umlagerung

-freie carbonylfkt am kh ist bedeutend für bildung

-es entst. eine schiffische base sie sich in mehreren schritten zu einer zyklischen verbindung umlagert

-schiffische base=verbindung, bei der eine primäre aminogruppe mit der carbonylgruppe eines aldehyds bzw. eines ketons eine kovalente bindung eingeht

-es entstehen hochreaktive alpha dicarbonylverbindungen-können zersetzt werden und reagieren weiter zu vielf. prod.

-bedeutende prod. der maillard reaktion: norfuranol (karamellgeruch) oder maltol (röstgeruch) und furfural (entst. aus pentosen)

-durch weitere reakt. mit aminoverb.=entst. pyrrole und pyridine

-durch streckenabbau=geruchsintensive aldehyde, farbige verbindungen(melanoidine)

-melanoidine=für braunfärbung erhitzter lm verantw.->strecker aldehyde best. maßgebl. aroma

-parallel zu maillard reaktion kann auch karamellisierung der kh ab 180 grad ablaufen

-reaktionsprodukte=bei menschen schaden und mutagenes bzw. karzinogenes potenzial haben (acrylamid in erh. lm) ->in tierers.=krebs