Kohlenhydrate

Kohlenhydrate, große Gruppe von Verbindungen, bei denen Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2:1 mit Kohlenstoff gebunden sind. Ihre Struktur kann man im Allgemeinen mit der Summenformel C_n(H₂O)_n beschreiben. Man muss jedoch beachten, dass sie keine Hydrate des Kohlenstoffes sind, wie man aus der Formel schließen könnte.

Die Kohlenhydrate sind die in der Natur am häufigsten vorkommenden organischen Verbindungen. Sie werden von grünen Pflanzen und Bakterien bei der Photosynthese produziert. Dabei wird das Kohlendioxid der Luft mittels Solarenergie zu Kohlenhydraten und anderen lebensnotwendigen Substanzen umgesetzt.

Kohlenhydrate bestehen hauptsächlich aus Zucker, Stärke, Dextrin, Cellulose und Glykogen, die zu einem großen Teil in der Nahrung für Menschen und für viele Tiere enthalten sind. Die einfachsten Verbindungen sind die Einfachzucker oder Monosaccharide. Sie enthalten entweder eine Aldehyd- oder eine Ketogruppe; ihr wichtigster Vertreter ist Glucose. Sind zwei Moleküle von Monosacchariden durch ein Sauerstoffatom verbunden, so erhält man unter Abspaltung eines Moleküls Wasser ein Disaccharid; die geläufigsten sind Saccharose (Rohrzucker), Lactose (Milchzucker) und Maltose (Malzzucker). Polysaccharide bilden riesige Moleküle, die aus einer oder mehreren Monosaccharideinheiten zusammengesetzt sind. In Glykogen sind circa zehn, in Stärke circa 25 und in Cellulose 100 bis 200 Monosaccharidmoleküle enthalten.

Für lebende Organismen sind die Kohlenhydrate sowohl für lebenserhaltende Prozesse als auch zur Energiespeicherung von entscheidender Bedeutung: Sie sind lebenswichtig. Kohlenhydrate sind maßgeblich beim Körperbau beteiligt. Cellulose und Hemicellulose stellen die wichtigsten Strukturelemente bei Pflanzen dar. Bei wirbellosen Tieren macht das Polysaccharid Chitin den Hauptbestandteil des Ektoskeletts der Gliederfüßer aus. Bei Wirbeltieren enthalten die Zellschichten des Bindegewebes Kohlenhydrate. Die Zellmembranen sind mit Glycoproteinen angereichert. Zur Energiespeicherung verwenden Pflanzen Stärke und Tiere Glykogen: Benötigt der Organismus Energie, so werden die Kohlenhydrate mittels Enzymen aufgespalten.

Kohlenhydrate werden industriell u. a. zur Herstellung von Geweben, photographischen Filmen und Kunststoffen verwendet. Cellulose kann zu Viskoseseide, Acetatseide und Papiererzeugnissen verarbeitet werden. Cellulosenitrat (veraltet: Nitrocellulose) wird für Filmmaterial und einige Kunststoffe eingesetzt. Weiterhin von Bedeutung sind: Stärke als Bestandteil der Nahrung von Mensch und Vieh, Pectin als Geliermittel, Akaziengummi (Gummi arabicum) und Agar, das für die Herstellung von Klebstoffen, Appreturen und Emulsionen benutzt wird. Akaziengummi wird außerdem in Demulzensien angewandt. Agar ist ein Bestandteil einiger Abführmittel und wird auch als Verdickungszusatz in Nahrungsmitteln und als Nährsubstrat für Bakterienkulturen eingesetzt. Hemicellulose dient bei der Papierherstellung zur Modifikation. Das Kohlenhydrat Dextran ist ein Polysaccharid, das in der Medizin als Zusatz zum Verdünnen von Blutplasmaproben eingesetzt wird, um akute Schockzustände zu verhindern. Heparinsulfat wird als Blutantikoagulans (gerinnungshemmendes Mittel) verwendet.