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Kohlenhydrate sind Polyhydroxyaldehyde oder -ketone, die als Mono-, Di- und Polysaccharide klassifiziert werden und im Körper primär als Energielieferanten sowie als Strukturelemente dienen.
Kohlenhydrate, auch Saccharide genannt, bestehen chemisch gesehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Ihre Grundbausteine sind die Monosaccharide (Einfachzucker), die als Polyhydroxyaldehyde (Aldosen) oder Polyhydroxyketone (Ketosen) vorliegen. Das bedeutet, sie besitzen mehrere Hydroxygruppen (-OH) und eine Carbonylgruppe (C=O). Ein bekanntes Beispiel für eine Aldose ist die Glucose (Traubenzucker), während die Fructose (Fruchtzucker) eine Ketose darstellt.
Monosaccharide werden nach der Anzahl ihrer Kohlenstoffatome eingeteilt. Zucker mit fünf C-Atomen heißen Pentosen (z.B. Ribose in der RNA), solche mit sechs C-Atomen Hexosen (z.B. Glucose, Fructose, Galactose). In wässriger Lösung liegen diese Moleküle meist nicht linear, sondern in einer Ringform vor. Dabei reagiert die Carbonylgruppe mit einer Hydroxygruppe desselben Moleküls zu einem sogenannten Halbacetal.
Durch die Ringbildung entsteht am ehemaligen Carbonyl-Kohlenstoff ein neues Chiralitätszentrum, das anomere Kohlenstoffatom. Je nach Stellung der Hydroxygruppe an diesem Atom unterscheidet man zwischen der Alpha-Form und der Beta-Form. Diese winzige strukturelle Änderung hat massive Auswirkungen auf die Verknüpfbarkeit und die physikalischen Eigenschaften der daraus resultierenden längeren Ketten.
Verbinden sich zwei Monosaccharide unter Abspaltung von Wasser (Kondensationsreaktion), entsteht ein Disaccharid (Zweifachzucker). Die Bindung zwischen ihnen nennt man glykosidische Bindung. Wichtige Vertreter sind die Saccharose (Haushaltszucker aus Glucose + Fructose), die Lactose (Milchzucker aus Glucose + Galactose) und die Maltose (Malzzucker aus Glucose + Glucose).
Polysaccharide (Vielfachzucker) bestehen aus hunderten bis tausenden Monosaccharid-Einheiten. Sie dienen entweder als Energiespeicher oder als Gerüstsubstanz. Stärke ist der wichtigste Energiespeicher der Pflanzen, während Glykogen die Speicherform im menschlichen Körper (vor allem in Leber und Muskeln) darstellt. Beide bestehen aus Alpha-Glucose-Einheiten und sind für den Menschen verdaubar.
Die Cellulose hingegen ist ein strukturelles Polysaccharid der pflanzlichen Zellwand. Sie besteht aus Beta-Glucose-Einheiten, die lange, gestreckte Ketten bilden. Da dem menschlichen Verdauungstrakt das Enzym zum Aufbrechen dieser spezifischen Beta-1,4-glykosidischen Bindung fehlt, dient Cellulose uns lediglich als unverdaulicher Ballaststoff.
