Polysaccharide als Energiespeicher & Baustoff

Polysaccharide funktionieren als Energiespeicher oder haben strukturelle Funktionen in lebenden Organismen. Kohlenhydrate wie Stärke, Glykogen und Cellulose zählen zu den natürlichen polymeren Stoffen. Sie sind aus Makromolekülen oder Polymeren aufgebaut. Sie bestehen aus unzähligen sich wiederholenden Grundeinheiten, die miteinander verknüpft sind. Natürliche Stärke ist ein Gemisch aus den Polysacchariden Amylose und Amylopektin. Amylose besteht aus unverzweigten Makromolekülen von 500-1200 D-Glucosebausteinen, die α-1,4-glykosidisch verbunden sind. Sie bilden eine Spirale, die durch Wasserstoffbrücken stabilisiert wird. In das Innere der Spirale lassen sich Triiodid-Ionen einlagern, welche in Lugol'scher Lösung enthalten sind und womit sich die Stärke blau färbt. Amylose ist in heissem Wasser löslich.
Amylopektin besteht aus verzweigten Ketten von D-Glucosebausteinen. Die Ketten sind ebenfalls α-1,4-glykosidisch verbunden, zusätzlich befindet sich im Abstand von 25 Glucosemolekülen eine Verzweigung über eine α-1,6-glykosidische Bindung am C-6-Atom der Glucose. Amylopektinmoleküle bestehen aus bis zu 1'000'000 Glucosemolekülen. Wegen seiner Grösse ist Amylopektin nicht wasserlöslich, es ist jedoch quellfähig und kann sehr viel Wasser binden. Mit Lugol'scher Lösung färbt es sich braun-violett.

Chemie; Kohlenhydrate; 3. Gymi; Polysaccharide als Energiespeicher & Baustoff — 1. Amylose 2. Amylopektin

Glykogen besteht ebenfalls ausschliesslich aus α-D-Glucosebausteinen. Es ist verzweigt und enthält bis zu 100'000 Glucosebausteine. Alle 8-10 Glucosemoleküle befindet sich eine Verzweigung über eine α-1,6-glykosidische Bindung. Glykogen kommt als Speichermolekül in der Leber und in den Muskeln von Säugetieren vor.
Inulin ist ein Gemisch aus Polysacchariden, die aus bis zu 100 D-Fructosebausteinen bestehen. Sie sind β-1,2-glykosidisch verbunden, mit einem D-Glucosebaustein am Ende. Es kommt als Speicherstoff in Kornblütengewächsen vor und wird aus Zichorienwurzel für die Industrie gewonnen. Es wird unter anderem als Verdickungsmittel in Lebensmittel eingesetzt.

Galactomannane besitzen ein Grundgerüst aus D-Mannosebausteinen die β-1,4-glykosidisch verbunden sind. In unregelmässigen Abständen sind einzelne D-Galactosebausteine α-1,6-glykosidisch als Seitenkette gebunden. Sie haben eine vielfältige Anwendung in der Lebensmittelindustrie und kommen auch bei Fracking oder flüssigem Sprengstoff zum Einsatz.

Polysaccharide als Baustoffe

Die häufigste organische Verbindung auf der Erde ist Cellulose. Sie besteht aus linearen Makromolekülen aus 1000-15'000 β-D-Glucosebausteinen, die α-1,4-glykosidisch verbunden sind. Die Makromoleküle lagern sich parallel zu Fasern zusammen, welche durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Mehrere Fasern ergeben ein Bündel, die netzartig miteinander verflochten sind. In Pflanzen dient Cellulose als Gerüstsubstanz. Im Verbund mit Lignin bildet sich daraus Holz. Um die Cellulose industriell verwenden zu können, muss Lignin aus dem Holz herausgelöst werden.
Mit Hilfe von Salpeter- und Schwefelsäure kann die Cellulose zu dem Ester Cellulosenitrat verarbeitet werden. Dieser Stoff ist auch als Schiessbaumwolle bekannt und aus ihm wurde der erste Kunststoff, das Celluloid, hergestellt. Celluloid ist schmelzbar und leicht formbar, jedoch auch sehr leicht entflammbar. Es wurde früher für die Herstellung von Filmmaterial genutzt.

Für Textilfasern wird der Essigsäureester der Cellulose verwendet. Aus Celluloseacetat können Fasern für weiche und knitterarme Gewebe hergestellt werden.

Chemie; Kohlenhydrate; 3. Gymi; Polysaccharide als Energiespeicher & Baustoff — Cellulose; 1. lineares Makromolekül 2. Wasserstoffbrücken als Querverbindung 3. D-Glucose

Chitin ist ein Polysaccharid, das in seiner Struktur der Cellulose ähnelt. Die Hydroxygruppe am C-2-Atom des Zuckerbausteins ist beim Chitin durch eine Acetamidogruppe ersetzt. Die Monomere sind β-glykosidisch verbunden. Chitin bildet in der Natur die Aussenskelette von Krebsen und Insekten. Es kann für abbaubare Fasern in Wundverbänden genutzt werden. Der Grossteil des Chitins wird durch alkalische Hydrolyse zu Chitosan weiterverarbeitet. Seine Fähigkeit, Schwermetall-Ionen zu binden, wird zum Beispiel in der Abwasserreinigung genutzt.