Polysaccharide – Cellulose, Stärke, Glykogen

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Polysaccharide - Cellulose, Stärke, Glykogen. Als Vorkenntnisse solltet ihr solides Wissen über Monosaccharide und Disaccharide mitbringen. Die glykosidische Bindung ist euch ein Begriff. Ihr wisst, was eine 1-4 Verknüpfung ist. Euch ist bekannt, was eine α-glykosidische Bindung und eine β-glykosidische Bindung sind. Ihr habt euch eingehend mit D-Glucose, der D-Glucopyranose, den HAWORTH-Formeln und der Sesselschreibweise für Monosaccharide beschäftigt. Das Ziel des Videos ist es, euch Struktur und Eigenschaften von Cellulose, Stärke und Glykogen näher zu bringen. Ich habe das Video in 6 Abschnitte unterteilt.

1. Systematik
2. Baustein Glucose
3. Cellulose
4. Stärke
5. Glykogen und

6. Zusammenfassung  

7. Systematik Ein Polysaccharid-Molekül ist aus vielen einzelnen Monosaccharid-Molekülen aufgebaut. Die Zahl der Bausteine beläuft sich zwischen den Größenordnungen von 10² bis 10⁵. Polysaccharide werden auch als Glykane bezeichnet. Sie zählen zu den Biopolymeren, genau wie Polypeptide und Nukleinsäuren. Eine Gruppe der Glykane wird durch die Homoglykane gebildet. Diese sind nur aus gleichen Bausteinen aufgebaut. Zu den Homoglykanen zählen die Cellulose, die Stärke und das Glykogen. Diese drei Glykane werden wir im Video besprechen. Heteroglykane hingegen sind aus verschiedenen Bausteinen zusammengesetzt. Heteroglykane sind Heparin, Hyaloronsäuren und Murein.

8. Baustein Glucose Alle 3 Polysaccharide Cellulose, Stärke und Glykogen sind aus Glucose aufgebaut. Ich werde nun links das Glucosemolekül oben in HAWORTH-Schreibweise und darunter in Sesselform.Schreibweise aufzeichnen. Die Konfiguration ist richtig. Die Moleküle zeigen jeweils mit der Vorderseite zu uns. Die Hydroxygruppe am anomeren Kohlenstoffatom, rot gekennzeichnet, zeigt nach unten. In der Sesselformschreibweise kann man auch sagen, dass sie axial angeordnet ist. Bei diesem Molekül handelt es sich um α-D-Glucopyranose. Nun werde ich das entsprechende Anomer unter Benutzung der HAWORTH-Formel oben und der Sesselform-Schreibweise unten aufzeichnen. Die Moleküle zeigen mit der dick markierten Seite zu uns. Die Hydroxy-Gruppen sind bis auf eine Ausnahme genauso angeordnet, wie in der α-D-Glucopyranose. Der Unterschied besteht in der Stellung der Hydroxy-Gruppe am anomeren Kohlenstoffatom. In der HAWORTH-Formel ist sie nach oben gerichtet. In der Sesselform-Schreibweise ist sie nach rechts gerichtet. Sie hat eine äquatoriale Stellung bezüglich des Rings. Es handelt sich demnach um β-D-Glucopyranose. Sowohl Cellulose als auch Stärke und auch Glykogen sind alle aus Glucose aufgebaut. Cellulose besteht aus β-D-Glucopyranose. Stärke und Glykogen sind jeweils aus α-D-Glucopyranose aufgebaut.  
9. Cellulose Bei Cellulose handelt es sich um eine weißes geruchloses Pulver. Cellulose hat eine Dichte von etwa 1,5 g/cm³. Im Wasser ist sie unlöslich. Cellulose hat herausragende Bedeutung als Strukturmaterial der Pflanzen. Etwa 10¹² t/Jahr werden auf- und abgebaut. Baumwolle besteht fast vollständig aus Cellulose. Etwa 10¹² t/Jahr werden auf- und abgebaut. Das Molekül der Cellulose stellt eine unverzweigte Kette dar. Der Baustein der Cellulose ist die Cellobiose, die aus β-D-Glucopyranose aufgebaut ist. Die Verknüpfung zwischen den β-D-Glucopyranosemolekülen ist β-glykosidisch. Die Anzahl der Monosaccharidteilchen in der Kette ist in der Größenordnung von Tausend. Die biochemische Spaltbarkeit der Cellulose ist nur möglich in Anwesenheit des Enzyms Cellulase. Da der Mensch über keine Cellulase verfügt, ist die Cellulose für ihn nahrungstechnisch nicht verwendbar. Wiederkäuer hingegen besitzen Cellulase und können daher Cellulose verstoffwechseln. Dabei helfen ihnen symbiontische Bakterien im Verdauungstrakt.  
10. Stärke Stärke ist ein weißes, geruchloses Pulver. Etwa 10¹² t/Jahr werden auf- und abgebaut. In der Literatur findet man allerdings auch Werte, die darunter liegen. Die Löslichkeit in Wasser ist schlecht. 50 g/l lösen sich bei einer Temperatur von 90 °C. Stärke ist für den Menschen eine Energiequelle. Wir finden sie in der Kartoffell zu etwa 82 % Stärke enthalten. Im Mais ist sie zu 71 % enthalten. Im Reis haben wir den höchsten Anteil an Stärke mit 89 %. Im Roggen sind 82 % Stärke enthalten. Stärke besteht aus den beiden Bestandteilen von Amylose und Amylopektin. Bei Amylose handelt es sich um ein unverzweigtes Polysaccharid. Amylopektin ist verzweigt. Eine gewisse Löslichkeit in Wasser ist bei Amylose vor allem beim Erwärmen vorhanden. Amylopektin ist wasserunlöslich. Die Anzahl der Bausteine beträgt bei Amylose in der Größenordnung von 10² bis 10³. Bei Amylopektin sind mehr Bausteine enthalten. 10³ bis weniger als 10⁴. Die Glucosemoleküle sind in der Amylose als auch im Amylopektin durch α-glykosidische Bindungen miteinander verknüpft. Die biochemische Spaltbarkeit ist sowohl bei Amylose als auch beim Amylopektin gegeben. Stärke ist für den menschlichen Organismus nahrungsmitteltechnisch aufschließbar. Dafür sorgen entsprechende Enzyme, die sogenannten Amylasen. Die Besonderheit der Amylose besteht darin, dass sie eine Helix ausbildet. Darin können sich Jod-Moleküle einlagern. Es kommt zur Blaufärbung und man kann diese Reaktion für den Stärke- oder auch den Jodnachweis verwenden. Amylopektin besitzt durch seine Verzweigungen eine sogenannte Tannenbaumstruktur.  
11. Glykogen Glykogen hat eine dem Amylopektin ähnliche Struktur. Es ist nur stärker verzweigt. Bei Glykogen handelt es sich um das Reservepolysaccharid der Säugetiere und des Menschen. Die Glucosemoleküle sind untereinander durch α-glykosidische Bindungen verknüpft. Die Anzahl der Monosaccharid-Bausteine liegt in der Größenordnung von 10⁵ bis weniger als 10⁶. Biochemische Abbaubarkeit im menschlichen Organismus ist gewährleistet.  
12. Zusammenfassung Polysaccharide werden auch als Glykane bezeichnet. Man unterscheidet zwischen Homoglykanen und Heteroglykanen. Heteroglykane bestehen aus verschiedenen Bausteinen. Zu ihnen zählen Heparin, Hyaloronsäuren und Murein. Homoglykane bestehen nur aus gleichgearteten Bausteinen. In diesem Video haben wir Homoglykane, die nur aus D-Glucosemolekülen bestehen, betrachtet. Sowohl die α-, als auch die β-D-Glucopyranose kommen dabei zum Einsatz. Wir haben Cellulose, Stärke und Glykogen vorgestellt. Cellulose besitzt β-glykosidische Bindungen. Stärke und Glykogen hingegen α-glykosidische Bindungen. Aus diesem Grunde ist Cellulose für den menschlichen Organismus ernährungstechnisch nicht aufschließbar. Anders verhält es sich bei Stärke und Glykogen. Die Zahl der Bausteine beträgt bei Cellulose etwa 10³ bis weniger als 10⁴. Bei Amylose sind es in der Größenordnung von 10² bis 10³. Amylopektin besteht aus 10³ bis weniger als 10⁴ Bausteinen. Bei Glykogen sind es noch mehr: 10⁵ bis weniger als 10⁶. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.