Abiturwissen Chemie Oberstufe/Zucker/Polysaccharide

Stärke

1. Allgemeines

Stärke ist ein Polysaccharid mit der Summenformel (C₆H₁₀O₅)_n und zählt damit zu den Kohlenhydraten.

2. Bestandteile

Stärke ist keine einheitliche Substanz, sondern setzt sich aus zwei verschiedenen Hauptbestandteilen zusammen – der Amylose (ca. 20%) und dem Amylopektin (ca. 80%).

Amylose-Moleküle bestehen aus 500 bis 6.000 D-Glucose-Bausteinen, die α-(1, 4)-glykosidisch schraubenförmig verknüpft sind. Amylose ist gut in heißem Wasser löslich. Das Bild zeigt einen Ausschnitt aus einem Amylose-Molekül.

Amylopektin hingegen besteht aus bis zu einer Million D-Glucose-Bausteinen, die genau wie die Amolyse durch α-(1, 4)-Bindungen verknüpft sind. Allerdings ist das Amylopektin anders als die Amylose verzweigt. So ist etwa jede 25. Glucose-Einheit zusätzlich α-(1, 6)-glykosidisch mit einer anderen Glucose-Einheit verbunden. Amylopektin ist nicht wasserlöslich, sodass man die beiden Bestandteile durch Wasserzugabe voneinander trennen kann. Die Struktur von Amylopektin stellt sich wie folgt dar:

3. Eigenschaften

Stärke ist ein feines weißes, geschmack- und geruchloses Pulver. In kaltem Wasser ist sie nur sehr schwer löslich, in heißem ist Stärke teilweise löslich (nämlich die Amylose) und quellfähig. Ab Temperaturen von etwa 68°C bildet sich aus dem Amylopektin ein Stärkekleister.

4. Verwendung

• Herstellung von Nahrungsmitteln wie Brot oder Nudeln
• Verdicken von Farben
• Herstellung von umweltfreundlichem Kleister
• Wäschesteife
• Basis für medizinische Produkte wie Salben oder Zäpfchen  

Cellulose

1. Allgemeines

Cellulose wurde im Jahr 1838 von dem Französischen Chemiker Anselme Payen entdeckt. Cellulose oder auch Zellulose ist das am häufigsten auftretende Molekül in der Organischen Chemie, das liegt daran, das Zellwände von Pflanzen zu ca. 50% aus Cellulose bestehen.

2. Chemie/ Aufbau

Die Cellulose besteht, wie auch die Stärke, aus Glucose. Das Makromolekül der Cellulose besteht aus ca. 500 bis 15000 Glucose- einheiten und entstehen bei einer Polykondensation. Im Gegensatz zur Stärke, handelt es sich bei der Cellulose um eine 1-4-Beta-verknüpfung, bei der die Glucose Reste jeweils um 180° gedreht angeordnet sind.

3. Verwendung:

Cellulose hat nicht nur in der Natur, als Grundgerüst von Zellen, eine große Bedeutung, auch der Mensch nutzt Cellulose schon sehr lange, Baumwolle, Hanf, Jute und Flachs sind fast reine Cellulose. Thechnisch wird Cellullose für die Industrie meistens aus Holz oder Stroh gewonnen und dienen in der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel, Ballaststoffzusatz oder Füllmittel.

Der Mensch ist von sich aus nicht dazu in der Lage Cellulose zu verarbeiten, es gibt aber Mikroorganismen, die dazu durchaus in der Lage sind. Diese finden sich in den Mägen von Wiederkäuern, was Cellulose bzw. Cellulose haltige Nahrung für diese Tierarten fast perfekt macht.

Glycogen

1. Allgemein

Bei Glycogen (auch Glykogen, tierische Stärke oder Leberstärke) handelt es sich um ein verzweigtes Polysaccharid, das zur kurz- bis mittelfristigen Energiespeicherung dient. Es ist ein gruchloses, wasserlösliches, weißes Pulver und besitzt einen festen Aggregatzustand.

2. Aufbau

Glycogen besteht aus einem zentralen Protein (Glykogenin) und bis zu 50.000 Glucosebausteinen, welche α-1,4-glykosidisch aneinander geknüpft sind. Alle 8 - 12 Glucosebausteine gibt es eine zusätzliche α-1,6-glykosidische Bindung, wodurch sich das Molekül baumartig verzweigt.

3. Funktion / Verwendung

Glycogen dient zur kurz- bis mittelfristigen Speicherung und Bereitstellung des Energieträgers Glucose im menschlichen und tierischen Organismus. Hierzu wird in Leber und Muskeln, bei einem Überangebot an Kohlenhydraten, Glycogen aufgebaut. Fehlt dem Organismus Energie, wird das Glycogen in der Leber zu Glucose aufgespalten und steht als Energie frei zur Verfügung. In den Muskeln hingegen dient Glycogen nur zur Deckung ihres eigenen Energiebedarfes.

• Glycogen-Synthese = Aufbau
• Glycogenolyse = Abbau