Zucker

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Definition

Substantiv
Plural: Zucker
sug·ar, ˈʃʊɡɚ
(1) Jedes Monosaccharid oder Disaccharid, das insbesondere von Organismen zur Speicherung von Energie verwendet wird
(2) Jedes süße, kristalline feste Disaccharid, das als Süßstoff oder Konservierungsmittel verwendet wird

Details

Terminologie

Der Begriff Zucker ist der Oberbegriff für alle Disaccharide und Monosaccharide. Zucker sind ein wesentlicher struktureller Bestandteil lebender Zellen und eine Energiequelle in vielen Organismen. Zucker werden anhand der Anzahl der vorhandenen Monomereinheiten klassifiziert. Der Begriff einfache Zucker bezeichnet die Monosaccharide. Der Begriff Tafelzucker oder Kristallzucker bezieht sich tatsächlich auf Saccharose, ein Disaccharid aus zwei Monosacchariden: Glucose und Fructose. Saccharose ist die Form von Zucker, mit der viele Menschen vertraut sind. Es wird bei der Zubereitung von Speisen wie Kuchen, Gebäck und Desserts verwendet. Es wird auch als Zutat in verschiedenen Getränken wie Limonaden, Kaffee und Säften verwendet.

Übersicht

Kohlenhydrate, insbesondere Polysaccharide, sind eine der vier Hauptgruppen von Biomolekülen. Die anderen sind Proteine, Aminosäuren und Nukleinsäuren. Ein Kohlenhydrat bezieht sich auf eine der Gruppen organischer Verbindungen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen, üblicherweise im Verhältnis 1: 2: 1, daher die allgemeine Formel: Cn (H2O) n. Kohlenhydrate sind die am häufigsten vorkommenden unter den Hauptklassen von Biomolekülen. Sie sind einer der Hauptnährstoffe und liefern Energie, die verschiedene Stoffwechselprozesse antreibt.Als Nährstoff können Kohlenhydrate aufgrund ihrer strukturellen Komplexität klassifiziert werden: einfach und komplex. Einfache Kohlenhydrate, manchmal einfach als Zucker bezeichnet, sind solche, die leicht verdaulich sind und als schnelle Energiequelle dienen. Komplexe Kohlenhydrate (wie Cellulose, Stärke und Glykogen) benötigen mehr Zeit, um verdaut und metabolisiert zu werden. Sie sind oft reich an Ballaststoffen und verursachen im Gegensatz zu einfachen Kohlenhydraten weniger Blutzuckerspitzen.

Eigenschaften von Zucker

Zucker sind, genau wie die anderen Kohlenhydrate, organische Verbindungen. Eine organische Verbindung ist eine Verbindung, die im Allgemeinen Kohlenstoff enthält, der kovalent an andere Atome gebunden ist, insbesondere Kohlenstoff-Kohlenstoff (C-C) und Kohlenstoff-Wasserstoff (C-H). Die vier Hauptelemente, aus denen Zucker und andere Kohlenhydrate bestehen, sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Die allgemeine chemische Formel von Zucker ist Cn (H2O) n (oder Cn H2nOn), wobei n von 3 bis 7 reichen kann. Das Verhältnis von Wasserstoffatomen zu Sauerstoffatomen beträgt häufig 2:1. (NB: Eine Ausnahme von dieser Regel ist Desoxyribose.) Aufgrund dieser chemischen Formelregel werden Zucker und die meisten Kohlenhydrate als Hydrate von Kohlenstoff bezeichnet. Die meisten Zucker haben einen Namen, der normalerweise auf –ose endet. Sie können sowohl Aldehyd- als auch Ketongruppen enthalten.
Das Saccharid ist die strukturelle (monomere) Einheit von Kohlenhydraten. Monomere von Kohlenhydraten (d. H. Monosaccharid) können sich zu längeren Ketten verbinden. Die Monosaccharide sind durch eine glykosidische Bindung (auch glykosidische Bindung genannt), eine Art kovalente Bindung, miteinander (oder mit einer anderen Nichtkohlenhydratgruppe) verbunden.

Klassifizierung von Zuckern

Saccharid ist die strukturelle (monomere) Einheit von Kohlenhydraten, und Kohlenhydrate können basierend auf der Anzahl der Saccharideinheiten in Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide eingeteilt werden.

Der grundlegendste Typ sind die einfachen Zucker, die Monosaccharide genannt werden. Monosaccharide umfassen Fructose, Galactose und Glucose. Fruktose wird auch Fruchtzucker genannt. Es kommt natürlich in Früchten, Rohrzucker und Honig vor. Es ist das süßeste unter den Zuckern. Galactose ist ein weiterer einfacher Zucker, wird aber oft an ein anderes Molekül gebunden. Glukose ist die häufigste Form von Einfachzucker im Körper, da sie für verschiedene zelluläre Aktivitäten wie die Zellatmung essentiell ist. In Pflanzen ist Glukose das Hauptprodukt der Photosynthese. Diese Monosaccharide sind die einfachsten Formen von Kohlenhydraten. Sie dienen als Monomere, die sich zu einem ziemlich komplexen Kohlenhydrat verbinden, z. B. Disaccharide, Oligosaccharide und Polysaccharide.

Disaccharide sind Kohlenhydrate, die aus zwei Monosacchariden bestehen. Beispiele sind Lactose, Maltose und Saccharose. Der Haushaltszucker ist Saccharose, ein Disaccharid aus Glucose und Fructose. Es wird häufig als Süßstoff verwendet. Es wird in Getränken und zur Zubereitung von Speisen wie Kuchen und Keksen verwendet. Die häufigsten Zuckerquellen für den kommerziellen Gebrauch sind Zuckerrohr und Zuckerrüben. Diese Pflanzen werden geerntet, um raffinierten Zucker herzustellen.

Nahrungszucker

Nahrungszuckerquellen stammen hauptsächlich aus Pflanzen, insbesondere Zuckerrohr und Zuckerrüben. Einige der häufigsten Nahrungsquellen für Zucker aus Früchten sind Äpfel, Bananen, Trauben, Orangen, Pfirsiche, Birnen, Ananas, Erdbeeren und Pflaumen. In Gemüse sind die häufigsten Quellen Zuckerrohr, Zuckerrüben, Karotten, Yamswurzeln und Süßkartoffeln. Zuckerrohr und Zuckerrüben sind die beiden wichtigsten Zuckerquellen, die auf dem Markt verkauft werden.
Kommerzialisierter Zucker ist in erster Linie Saccharose. Brauner Zucker besteht zu 97% aus Kohlenhydraten. Es enthält Melasse, und als solche ist hell oder dunkel in der Farbe und reicher im Geschmack als weißer Zucker. Weißer Kristallzucker besteht zu 99,9% aus Kohlenhydraten. Es ist der übliche Haushaltszucker, der zu Hause als Süßstoff verwendet wird. Künstliche Süßstoffe bestehen häufig aus synthetischem Polysaccharid Maltodextrin und anderen Süßungsmitteln.Übermäßiger Zuckerkonsum ist mit Diabetes, Fettleibigkeit, Karies und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbunden.

Biologische Bedeutung von Zuckern

Polymerbildung
Einfache Zucker, insbesondere Monosaccharide, können natürliche Polymere bilden. Oligosaccharide sind Polymere, die aus bis zu zehn einfachen Zuckern bestehen. Beispiele sind Raffinose, Maltotriose und Maltotetraose. Polysaccharide sind längere Polymere. Sie bestehen aus mehreren Saccharideinheiten (daher der Name Poly). Beispiele sind Stärke, Cellulose und Glykogen.
Strukturelle Komponente
Zucker sind ein wichtiger struktureller Bestandteil verschiedener biologischer Materialien. Beispielsweise enthalten Nukleinsäuren wie RNA und DNA eine Zuckerkomponente, d. H. Ribose bzw. Desoxyribose. Viele andere biologische Moleküle enthalten Zuckerkomponenten, z. B. Glykoproteine, Glycolipide, Proteoglykane, die wiederum lebenswichtige Rollen übernehmen, z. B. bei der Immunantwort, Entgiftung, Blutgerinnung, Befruchtung, biologischer Erkennung usw.
Quelle der Ernährung und Energie für den Stoffwechsel
Zucker sind ein wichtiger Nährstoff. Sie sind eine der wichtigsten Ernährungsbedürfnisse vieler lebender Organismen, da sie den Körper mit einer chemischen Energiequelle versorgen. Einfache Zucker, da sie in einer leicht und leicht verdaulichen Form vorliegen, liefern Organismen eine Verbindung, aus der Energieträger leicht und leicht abgeleitet werden können. Komplexe Kohlenhydrate hingegen benötigen längere Zeit, um verdaut und metabolisiert zu werden.
ATP ist chemische Energie, die durch eine Reihe von Stoffwechselprozessen in der Zellatmung erzeugt wird. In Kürze wird Glukose (ein Monosaccharid) „aufgewühlt“, um Energie zu gewinnen, hauptsächlich in Form von ATP. Erstens führt eine Reihe von Reaktionen zur Umwandlung von Glucose in Pyruvat. Dann verwendet es Pyruvat und wandelt es über eine enzymgesteuerte zyklische Reaktion namens Krebs-Zyklus in Acetyl-Coenzym A zur Oxidation um. Schließlich führt eine Kaskade von Reaktionen (Redoxreaktionen) unter Beteiligung der Elektronentransportkette zur Produktion von mehr ATPs (über Chemiosmose).1 Glucosemoleküle, die bei der Glykolyse verwendet werden, stammen aus einer kohlenhydrathaltigen Diät. Komplexe Kohlenhydrate werden durch Verdauung in einfachere Monosaccharide wie Glukose zerlegt.
Energiespeicher
Monosaccharide können, wenn sie noch nicht benötigt werden, zur späteren Verwendung gespeichert werden. Sie können in energiereiche Polysaccharide umgewandelt werden, insbesondere Stärke in Pflanzen und Glykogen in Tieren. In Pflanzen ist Stärke reich an Amyloplasten in den Zellen verschiedener Pflanzenorgane, z. B. Früchte, Samen, Rhizome und Knollen. Bei Tieren wird Glykogen in der Leber und in den Muskelzellen gespeichert.

Häufige biologische Reaktionen

Pflanzen und andere Photoautotrophe produzieren Glukose durch Photosynthese. Verwendung von Kohlendioxid, Wasser, anorganischen Salzen und Lichtenergie (aus Sonnenlicht), die von lichtabsorbierenden Pigmenten wie Chlorophyll und anderen Zusatzpigmenten eingefangen werden, um Kohlenhydrate (z. B. Glukose), Wasser und Sauerstoffmoleküle herzustellen.

Monosaccharide bilden Disaccharide und andere Polymere, indem sie sich über glykosidische Bindungen miteinander verbinden. Der Prozess ist Dehydratisierung, weil die Verbindung von Monosacchariden zur Freisetzung von Wasser als Nebenprodukt führt.Der Prozess, bei dem komplexe Kohlenhydrate in einfachere Formen wie Glukose abgebaut werden, wird als Verzuckerung bezeichnet. Es beinhaltet Hydrolyse. Bei Menschen und anderen höheren Tieren beinhaltet dies eine enzymatische Wirkung. Im Mund werden glucosehaltige komplexe Kohlenhydrate durch die Wirkung von Speichelamylase in einfachere Formen zerlegt. Im Dünndarm wird die Verdauung komplexer Kohlenhydrate fortgesetzt. Enzyme wie Maltase, Lactase und Sucrase zerlegen Disaccharide in Monosaccharidbestandteile. Glucosidasen sind eine weitere Gruppe von Enzymen, die die Entfernung der terminalen Glucose aus einem Polysaccharid katalysieren, das hauptsächlich aus langen Glucoseketten besteht.

Monosaccharide aus den verdauten Kohlenhydraten werden von den Epithelzellen des Dünndarms absorbiert. Die Zellen nehmen sie aus dem Darmlumen durch Natriumionen-Glukose-Symport-System (über Glukosetransporter oder GluT) auf. GluTs sind Proteine, die den Transport von Monosacchariden wie Glucose in die Zelle erleichtern. Als nächstes werden sie durch erleichterte Diffusion in die Kapillaren freigesetzt. Gewebezellen nehmen sie über GluTs wieder aus dem Blutkreislauf auf. In der Zelle wird Glukose phosphoryliert, um sie in der Zelle einzufangen. Als Effekt kann Glucose-6-phosphat in einem der folgenden Stoffwechselwege verwendet werden: (1) Glykolyse zur Synthese chemischer Energie, (2) Glykogenese, bei der Glukose über die Vena portae in die Leber gebracht wird, um als zelluläres Glykogen gespeichert zu werden, oder (3) Pentosephosphatweg zur Bildung von NADPH für die Lipidsynthese und Pentosen für die Nukleinsäuresynthese.

Glykolyse ist der anfängliche Prozess der aeroben Atmung, der im Zytosol stattfindet. In diesem Stoffwechselweg führt eine Reihe von Reaktionen im Cytosol zur Umwandlung eines Monosaccharids, häufig Glucose, in Pyruvat und zur gleichzeitigen Produktion einer relativ geringen Menge hochenergetischer Biomoleküle wie ATPs. NADH, elektronentragendes Molekül, wird ebenfalls produziert. In Gegenwart von Sauerstoff kann der Prozess zum Krebszyklus und zur oxidativen Phosphorylierung übergehen, wodurch mehr ATPs erzeugt werden. In Abwesenheit von Sauerstoff findet eine anaerobe Atmung statt.

Die Glukoneogenese scheint das Gegenteil der Glykolyse zu sein, so dass Glukose in Pyruvat umgewandelt wird, während bei der Glukoneogenese Pyruvat in Glukose umgewandelt wird. Glucose wird aus Nicht-Kohlenhydrat-Vorläufern (z. B. Pyruvat, Lactat, Glycerin, glucogenen Aminosäuren) gebildet. Glucose wird aus der Hydrolyse von Glucose-6-phosphat durch das Enzym Glucose-6-phosphatase gebildet. Es wird dann vom endoplasmatischen Retikulum in das Zytoplasma transportiert.

Glykogenese ist der metabolische Prozess der Produktion von Glykogen aus Glukose zur Speicherung. Es findet hauptsächlich in Leber- und Muskelzellen statt. Es tritt als Reaktion auf einen hohen Glukosespiegel im Blutkreislauf auf. Exogene Glucosemoleküle werden beispielsweise in lange Polymere umgewandelt, die in den Zellen gespeichert werden. Wenn der Körper metabolische Energie benötigt, wird Glykogen durch den Prozess der Glykogenolyse in Glucose-Untereinheiten zerlegt. Somit ist die Glykogenese der entgegengesetzte Prozess der Glykogenolyse.

Glykogenolyse ist der Prozess des Abbaus von gespeichertem Glykogen in der Leber. Dadurch entsteht Glukose, die im Energiestoffwechsel verwendet werden könnte. Ein einzelnes Glucosemolekül wird vom gespeicherten Glykogen abgeschnitten. Es wird als nächstes in Glucose-1-Phosphat umgewandelt. Letzteres wiederum wird in Glucose-6-Phosphat umgewandelt, das in die Glykolyse eintreten kann.

Es ist ein Glucosestoffwechselweg, bei dem Pentosen und NADPH im Cytosol synthetisiert werden. Der Pentosephosphatweg dient als alternativer Stoffwechselweg beim Abbau von Glukose. Bei Tieren kommt es in der Leber, der Nebennierenrinde, im Fettgewebe, im Hoden usw. vor. Dieser Weg ist der wichtigste Stoffwechselweg bei Neutrophilen. Daher erzeugt ein angeborener Mangel im Weg eine Empfindlichkeit gegenüber Infektionen. In Pflanzen funktioniert ein Teil des Weges bei der Bildung von Hexosen aus Kohlendioxid bei der Photosynthese.

In diesem Stoffwechselweg tritt Fructose anstelle von Glucose in die Glykolyse ein. Fruktose muss jedoch bestimmte Schritte durchlaufen, bevor sie in die Glykolyse eintreten kann. Bei Tieren findet der Fruktosestoffwechsel in den Muskeln, im Fettgewebe und in der Niere statt.

Galactose wird aus Lactose (Milchzucker, bestehend aus einem Glucosemolekül und einem Galactosemolekül) gewonnen. In diesem Stoffwechselweg tritt Galactose in die Glykolyse ein, indem sie zuerst über das Enzym Galactokinase phosphoryliert und dann in Glucose-6-phosphat umgewandelt wird.

Es sollte eine angemessene Assimilation und Katabolismus von Zucker geben, um einen ordnungsgemäßen Stoffwechsel zu gewährleisten. Der Glukosespiegel sollte beispielsweise reguliert und auf einem stabilen Niveau gehalten werden. Beim Menschen erfolgt die Regulierung des Glukosespiegels im Blut durch die Wirkung der Hormone Insulin und Glucagon. Diese Hormone werden von den Pankreaszellen produziert und freigesetzt. Wenn der Glukosespiegel im Blut niedrig ist, neigt die Bauchspeicheldrüse dazu, Glucagon freizusetzen. Aber wenn der Glukosespiegel im Blut hoch ist, setzt die Bauchspeicheldrüse Insulin frei. Dies liegt daran, dass Glucagon die Produktion von Zucker stimuliert. Es stimuliert die Umwandlung von gespeichertem Glykogen in der Leber in Glukose, die in den Blutkreislauf freigesetzt wird. Insulin hingegen fördert die Aufnahme von Glukose aus dem Blutkreislauf durch die Skelettmuskelzellen und das Fettgewebe, so dass Glukose durch den Prozess der Glykogenolyse in Glykogen umgewandelt und gespeichert werden kann.

Ergänzend

Etymologie

  • Arabisch und Persisch „shaker“

Abgeleitete Begriffe

  • Buchenholz Zucker
  • Rübenzucker
  • Gehirnzucker
  • Desoxyzucker
  • Traubenzucker
  • Invertzucker
  • Malzzucker
  • Ölzucker
  • Einfachzucker
  • Zuckeralkohol
  • Holzzucker

Weiterführende Literatur

Siehe auch

  • Biomolekül
  • nutrition
  • photosynthesis
  • monosaccharide
  • disaccharide
  • carbohydrate

Reference

  1. Gonzaga, M. V. Mitochondrial DNA – hallmark of psychological stress – Biology Blog & Dictionary Online. (2018, September 29). Retrieved from ://www.biologyonline.com/mitochondrial-dna-hallmark-of-psychological-stress/ Link

Anmerkungen

Weitere Informationen zu Kohlenhydraten und ihrer Rolle in unserer Ernährung finden Sie im Tutorial zur Entwicklungsbiologie Untersuchung einer ausgewogenen Ernährung. https://www.biologyonline.com/7/8-balanced-diet.htm

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