Aufgaben: Kohlenhydrate

Was ist ein Monosaccharid? Nennen Sie zwei Beispiele und geben Sie die Hauptfunktion der Monosaccharide in der Zelle an.

Ordnen Sie die folgenden Kohlenhydrate den Mono-, Di- oder Polysacchariden zu: Glucose, Saccharose, Stärke, Fructose, Lactose und Cellulose.

Geben Sie die biologische Funktion des Glykogens bei Tieren an und nennen Sie die Organe, in denen es hauptsächlich gespeichert wird.

Glucose und Fructose haben dieselbe Summenformel $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, aber unterschiedliche Strukturen. Erklären Sie, welche Art von Isomerie sie anhand ihrer linearen Formen verbindet, und beschreiben Sie, was mit ihnen beim Lösen in Wasser geschieht: Welche Formen nehmen ihre Moleküle dann an, was sind die α- und β-Anomere, und welchen Zusammenhang hat diese Ringbildung mit der Bildung der glykosidischen Bindung?

Das Schema zeigt die Anordnung der Ketten zweier Polysaccharide, die ausschließlich aus Glucose bestehen. Geben Sie an, welches Stärke und welches Cellulose ist, erklären Sie den Unterschied in der Verknüpfung ihrer Monomere (α- oder β-Bindung) und begründen Sie, wie die Form ihrer Ketten erklärt, dass das eine als Energiereserve dient und das andere eine Baufunktion hat.

Saccharose entsteht durch die Verknüpfung von einer Glucose und einer Fructose. Welche Art von Bindung besteht zwischen den beiden Monosacchariden, wie heißt die Reaktion, die sie bildet, und welches Molekül wird dabei abgespalten?

Ein Labor für Sporternährung entwickelt zwei Regenerationsgetränke mit identischer Konzentration und Gesamtmasse an Polysacchariden: Getränk A enthält stark verzweigtes Amylopektin, Getränk B enthält lineare Amylose ähnlicher Molekülmasse.

1. a) Sagen Sie begründet voraus, welches der beiden Getränke nach der Aufnahme einen schnelleren Blutzuckeranstieg bewirkt. Beziehen Sie sich dabei auf die Spezifität der Verdauungsenzyme (α-Amylasen) und auf die Molekülstruktur beider Polymere (Art der glykosidischen Bindungen und Verfügbarkeit nicht reduzierender Enden).
2. b) In Muskelzellen wird aufgenommene Glucose als Glykogen gespeichert und nicht als freie Glucose oder Stärke. Begründen Sie diese biologische Anpassung unter Berücksichtigung des osmotischen Drucks der Zelle und der Geschwindigkeit, mit der die Zelle bei dringendem Stoffwechselbedarf Energie mobilisieren muss.

Es werden zwei unlösliche Strukturpolysaccharide isoliert: Polymer A stammt aus der Zellwand einer Pflanzenzelle (Eiche), Polymer B aus dem Exoskelett eines Krebstiers (Krabbe). Beide besitzen lineare Ketten, die durch β-(1->4)-glykosidische Bindungen verknüpft sind, aber die Elementaranalyse zeigt Stickstoff nur in Polymer B.

1. a) Identifizieren Sie die Polymere A und B und geben Sie jeweils den Namen des Monomers an.
2. b) Erklären Sie, warum die räumliche Konformation der β-(1->4)-Bindung im Gegensatz zur α-(1->4)-Bindung des Glykogens oder der Stärke für die mechanische Stützfunktion geeignet ist. Gehen Sie dabei auf die Rolle der intra- und interkettigen Wasserstoffbrückenbindungen bei der Bildung unlöslicher Mikrofibrillen ein.
3. c) Es wird eine Lösung aufgereinigter Cellulase-Enzyme zu einer Suspension von Polymer B gegeben. Sagen Sie begründet voraus, ob eine Hydrolyse stattfindet, und begründen Sie dies mit der Enzymspezifität.

Ein als „ohne Zuckerzusatz“ beworbenes Milchprodukt für Kinder enthält laut Nährwerttabelle je 100 g Produkt 4,8 g Lactose und 12 g Maisstärke.

1. a) Widerlegen Sie die Aussage, dieses Lebensmittel liefere dem Körper keine Kohlenhydrate oder Zucker. Ordnen Sie Lactose und Stärke chemisch ein (Kohlenhydratart, Monomere und Bindungsart) und beschreiben Sie die Monosaccharide, die nach vollständiger Verdauung ins Blut gelangen.
2. b) Im Labor wird eine Probe des Produkts vor und nach der Inkubation mit α-Amylase der Fehling-Probe unterzogen. Sagen Sie das Ergebnis der Probe an der Ausgangsprobe voraus und begründen Sie es (mit Angabe der verantwortlichen Komponente). Erklären Sie begründet, wie sich die Intensität der Reaktion nach der Enzymwirkung auf die Stärke verändert, und beziehen Sie sich dabei auf die Begriffe anomeres Kohlenstoffatom und reduzierendes Ende.