EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-8: Chemische Grundlagen des Lebens 259 259 Glycogen – Cellulose Glycogen Glycogen ist ein Polysaccharid mit ähnlichem Aufbau wie Amylopektin. Es ist noch stärker verzweigt und noch höhermolekular, mit bis zu 100000 Glucoseeinheiten im Molekül. Es dient im tierischen und menschlichen Organismus als Reserve- stoff. In den Muskeln ist es eine rasch mobilisierbare Glucosequelle für Muskelar- beit. In der Leber dient es vor allem zum Regulieren des Blutzuckerspiegels. Cellulose Cellulose ist die Fasersubstanz der Pflanzen und bildet den größten Teil der Tro- ckenmasse der meisten Pflanzen. Sie ist mit etwa 50 % am Aufbau des Holzes beteiligt und damit bei weitem das häufigste Biopolymer. Der jährliche Cellulo- seaufbau (und auch -abbau) beträgt etwa 10 12 t. Cellulose besteht aus unverzweigten Molekülketten aus bis über 10000 D-Glu- coseeinheiten mit β -(1,4)-glycosidischer Verknüpfung. Die Molekülketten liegen linear nebeneinander und halten durch Wasserstoffbrücken fest zusammen. Da- durch entstehen lange, extrem reißfeste Fasern (Abb. 259–3). Die Reißfestigkeit einer einzelnen Cellulosefaser ist höher als die eines Stahldrahtes gleicher Stärke. Durch diese Cellulosefasern erhalten Pflanzenstengel und Holz ihre mechanische Festigkeit. Aufgrund ihrer Faserstruktur ist Cellulose ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Papier und Textilfasern (Baumwolle, Leinen, Viscosefasern). Siehe Exkurs Seite 260. Cellulose in der Tierernährung Als Nährstoff hat Cellulose für den Menschen keine Bedeutung, da wir keine En- zyme zur Spaltung der β -glycosidischen Bindungen bilden können. Die Wiederkäuer (Rinder, Schafe, Ziegen, Kamele) ernähren sich hauptsächlich von Cellulose. Sie bilden zwar selbst keine Enzyme zur Spaltung von β -glycosidischen Bindungen, haben aber im Pansen Mikroorganismen, die den Celluloseabbau bewirken. Daher sind Rinder weltweit die wichtigsten Nutztiere. Sie können mit der häufigsten organischen Substanz ernährt werden und sind keine Nahrungs- konkurrenten des Menschen. Pferde und andere Pflanzenfresser verdauen Cel- lulose teilweise in ihrem Blinddarm, der bei Pferden etwa 70 cm lang ist. Auch hier wird Cellulose durch Mikroorganismen abgebaut. Die Celluloseverwertung ist allerdings nicht so vollständig wie bei Wiederkäuern. Ballaststoffe Beim Menschen spielt Cellulose für die Ernährung als unverdaulicher Ballaststoff eine große Rolle zur Anregung der Verdauung. Dabei bleibt Cellulose weitgehend unverdaut, die Wirkung von Darmbakterien im menschlichen Blinddarm spielt (im Vergleich zum Pferd) kaum eine Rolle. Zum Transport des Darminhalts ist aber eine gewisse Menge Material nötig, die bei völlig verdaulicher Nahrung fehlen würde. Extrem ballaststoffarme Ernährung kann daher zu schweren Verdauungsstörun- gen führen. Cellulose findet sich vor allem in Gemüse und in Vollkornprodukten. Abb. 259–1: 1,4- und 1,6-Verknüpfung der Glucose O CH 2 O H 1 2 3 4 5 6 1 2 O CH 2 O H 3 4 5 6 1 2 3 4 O CH 2 O H 5 6 3 4 5 6 O CH 2 O H 1 2 O 1,4-Verknüpfung O CH 2 O H 1 2 3 4 5 6 1 2 O CH 2 O H 3 4 5 6 1 2 3 4 O CH 2 O H 5 6 3 4 5 6 O CH 2 1 O 2 1,6-Verknüpfung O O O O O CH 2 O H CH 2 O H O O H O H 2 C H O H 2 C O Abb. 259–2: Strukturformel (Ausschnitt) der Cellulose O O CH 2 O H CH 2 O H O O O CH 2 O H O O O H O O H H O H O H O H Abb. 259–3: Das Cellulose-Molekül ist zusätzlich durch Wasserstoffbrücken in Längsrichtung stabilisiert. Schüler-Experiment 9.2 Stärke-Abbau und -Nachweis VS Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv