Lehrämtler Kohlenhydrate Aminosäuren

Kohlenhydrate – Aminosäuren –
Peptide
Kohlenhydrate
Kohlenhydrate = Saccharide
Sie stellen zusammen mit Fetten und Proteinen den
quantitativ größten verwertbaren (z.B. Stärke) und
nicht-verwertbaren (Ballaststoffe) Anteil an der
Nahrung.
Chemisch sind Kohlenhydrate Hydroxyaldehyde
(Aldosen) und Hydroxyketone (Ketosen) sowie davon
abgeleitete Verbindungen und deren Oligo- und
Polykondensate.
Die häufigsten Vertreter sind Monosaccharide mit fünf
oder sechs C-Atomen ( Ringschluss): Glucose,
Fructose
Beispiele:
Monosaccharide: Traubenzucker, Fruchtzucker
Disaccharide: Kristallzucker, Milchzucker, Malzzucker
Oligosaccharide (3 – 10): Raffinose
Polysaccharide (>10): Stärke, Cellulose, Chitin
Allgemeiner Aufbau:
Summenformel: (CH2O)n Hydrate des Kohlenstoffs
Heutige Definition: Aldehyde und Ketone mit zwei oder
mehr Hydroxygruppen
Polyalkohol
Ketose
Aldose
H
O
CH2OH
CH2OH
C
C
CHOH
CHOH
O
CH2OH
Dihydroxyaceton
2H
CH2OH
Glycerin
2H
CH2OH
Glycerinaldehyd
Bildung zweier Einfachzucker (Dihydroxyaceton und
Glycerinaldehyd) aus Glycerin durch Abgabe von 2
Wasserstoffatomen.
Anzahl C-Atome
3
4
5
6
7
Bezeichnung
Triose
Tetrose
Pentose
Hexose
Heptose
1
Beim Nummerieren der C-
Atome wird bei dem Atom
angefangen, welches der
Aldehyd- oder Ketogruppe
am nächsten ist.
CHO
CH2OH
2
H
3
HO
4
H
OH
H
OH
5
H
OH
H
OH
6
OH
H
CH2OH
D-Glucose
O
HO
H
CH2OH
D-Fructose
Aldosen mit drei oder mehr und Ketosen mit vier oder mehr
Kohlenstoffatomen besitzten chirale Zentren, anhand derer
sie in D- bzw. L-Form unterschieden werden können. In
Fischerprojektion aufgetragen wird diese Unterscheidung am
von der Aldehyd- oder Ketofunktion am weitesten entfernten
chiralen Zentrum getroffen.
H
O
H
C
HO
C
O
C
H
CH2OH
L-Glycerinaldehyd
H
C
OH
CH2OH
D-Glycerinaldehyd
H
OH
O
In Lösung bilden Zucker
H
H
HO
OH
H
H
OH
HO
H
OH
H
H
OH
H
H
O
OH
CH2OH
zyklische Systeme GG
Darstellung: Fischerprojektion,
Haworth, Sesseldarstellung
Es entsteht ein neues chirales
Zentrum anomeres C-Atom
α−, β−Anomer
CH2OH
H
H OH
OH
H
HO
O
O
HO
HO
HO
H
OH
HO
H
H
H
OH
H
H
H
OH
Pyranoseform und Furanoseform
Polysaccharide sind Kondensate von
Einfach-zuckern
Die Bindung zwischen zwei
Zuckermonomeren wird glycosidische
Bindung
H OH genannt
H OH
H
O
H
HO
O
O
HO
H
OH
OH
HO
H
H
H
H
OH
H
14-glycosidische Bindung
Disaccharide:
Maltose (Malzzucker) = Glucose + Glucose
Lactose (Milchzucker) = Galactose + Glucose
Saccharose (Rohrzucker) = Glucose + Fructose
Polysaccharide:
Glycogen und Stärke sind Speicherformen der Glucose
Cellulose ist ein wesentlicher Bestandteil der
Pflanzenzellwände
Proteoglycane bilden die Grundsubstanz des Interzellularraums
Glycoproteine sind zusammen mit den Glycolipiden wichtige
Bestandteile der Zellmembranen (Glycocalix: zuständig für
Zell-Zell-Erkennung, Stofftransport etc.)
Klausur - Zucker
Einfache Reaktionen der Zucker:
Glycosilierung
einfache Schutzgruppenchemie (Acetylierung,
Tosylierung, Acetale, Thioacetale, Silylether)
Zucker mit Schwefelsäure
Beispielhaft Glucose:
α−, β−GG in Wasser, anomerer Effekt, Mutarotation
Glucose-, Mannose-, Fructose-GG in basischer Lösung
(Isomerisierung)
Nachweis von Zuckern (Fehling, Tollens)
DNA, RNA, ATP (Phosphorylierung)
Aminosäuren
Organische Verbindungen, welche eine Carbonsäure
und eine Aminogruppe besitzen. Die wichtigsten
Aminosäure sind die α-Aminosäuren, bei denen sich
die Aminogruppe in α-Stellung, d.h. direkt benachbart,
zur endständigen Carboxylgruppe befinden.
O
C
H2N
CH
CH3
OH
Alanin
Nur 22 der über 700 in der Natur entdeckten Aminosäuren
sind proteinogene, d.h. proteinbildende Aminosäuren.
Die chemischen Eigenschaften von Aminosäuren werden
von den Seitenketten bestimmt. Jede der 22 proteinogenen
AS besitzt andere Eigenschaften
Aminosäuren liegen in wässriger Lösung als Zwitterion
vor. Darum sind sie in Wasser recht gut löslich.
Aufgrund der verschiedenen Seitenketten werden die AS in
unpolar/hydrophobe, polar/neutrale, saure und basische AS
unterteilt.
Peptide/Proteine
Proteine übernehmen im Körper die verschiedensten
Aufgaben: Transport von kleineren Molekülen,
Regulierung von Gen-Expression oder Stoffwechsel,
Wirkung als Rezeptoren oder Botenstoffe
Sie bestehen aus 22 einzelnen Bausteinen, den
proteinogenen Aminosäuren.
Diese reihen sich als Polykondensate zu langen Ketten
zusammen, wobei Wasser abgespalten wird.
(Künstliche Peptidsynthese: Merrifield)
Die Primärstruktur beschreibt die Sequenz der einzelnen
Aminosäuren, d.h. die Abfolge der kovalent
aneinandergereihten Einzelbausteine.
Die Sekundärstruktur beschreibt die die räumliche
Anordnung nah benachbarter Aminosäuren.
Wasserstoff-Brücken zwischen Carbonyl-O und N der
Amino-Gruppe von nicht direkt benachbarten Aminosäuren
β-Faltblatt und α-Helix
Unter Tertiärstruktur versteht man die räumliche Anordnung
der gesamten Polypeptid-Kette (helicale Abschnitte, die sich
mit Faltblattabschnitten abwechseln).
Die Quartärstruktur gibt an, aus welchen und wievielen
verschiedenen Polypeptidketten ein Protein besteht.
Klausur – Aminosäuren, Peptide
Merrfieldsynthese
Strecker-Synthese
Schutzgruppenchemie:
Fluorenylmethoxycarbonyl (FMOC)
Di-tert-butyldicarbonat (BOC)
Benzyloxycarbonyl (Z)
Verhalten von AS in Wasser (isoelektrischer Punkt)
H
O
C
O
C
N
H
R