Hauptunterschied – Stärke vs. Cellulose vs. Glykogen
Stärke, Cellulose und Glykogen sind drei Arten von polymeren Kohlenhydraten, die in lebenden Zellen vorkommen. Autotrophe Organismen produzieren Glukose als Einfachzucker während der Photosynthese. Alle diese Kohlenhydratpolymere, Stärke, Zellulose und Glykogen, bestehen aus Glukosemonomereinheiten, die durch verschiedene Arten von glykosidischen Bindungen miteinander verbunden sind. Sie dienen sowohl als chemische Energiequellen als auch als strukturelle Bestandteile der Zelle. Der Hauptunterschied zwischen Stärke, Zellulose und Glykogen besteht darin, dass Stärke die wichtigste Speicherkohlenhydratquelle in Pflanzen ist, während Zellulose die wichtigste Strukturkomponente der Zellwand von Pflanzen ist und Glykogen die wichtigste Speicherkohlenhydrat-Energiequelle von Pilzen und Tieren.
Dieser Artikel erforscht,
1. Was ist Stärke
– Struktur, Eigenschaften, Quelle, Funktion
2. Was ist Zellulose
– Struktur, Eigenschaften, Quelle, Funktion
3. Was ist Glykogen
– Struktur, Eigenschaften, Quelle, Funktion
4. Was ist der Unterschied zwischen Stärke, Zellulose und Glykogen
Was ist Stärke
Stärke ist das Polysaccharid, das von grünen Pflanzen als ihr Hauptenergiespeicher synthetisiert wird. Glukose wird von photosynthetischen Organismen als einfache organische Verbindung produziert. Sie wird zur Speicherung in unlösliche Stoffe wie Öle, Fette und Stärke umgewandelt. Unlösliche Speicherstoffe wie Stärke haben keinen Einfluss auf das Wasserpotenzial in der Zelle. Sie können sich nicht von den Speicherbereichen wegbewegen. In Pflanzen werden Glukose und Stärke in Strukturbestandteile wie Zellulose umgewandelt. Sie werden auch in Proteine umgewandelt, die für das Wachstum und die Reparatur der zellulären Strukturen benötigt werden.
Pflanzen speichern Glukose in Grundnahrungsmitteln wie Obst, Knollen wie Kartoffeln, Samen wie Reis, Weizen, Mais und Maniok. Stärke kommt in Körnchen vor, die Amyloplasten genannt werden und in halbkristallinen Strukturen angeordnet sind. Stärke besteht aus zwei Arten von Polymeren: Amylose und Amylopektin. Amylose ist eine lineare und spiralförmige Kette, während Amylopektin eine verzweigte Kette ist. Etwa 25 % der Stärke in Pflanzen sind Amylose, der Rest ist Amylopektin. Glucose-1-Phosphat wird zunächst in ADP-Glucose umgewandelt. Anschließend wird ADP-Glucose durch das Enzym Stärkesynthase über eine 1,4-alpha-Glykosidbindung polymerisiert. Durch diese Polymerisation entsteht das lineare Polymer, die Amylose. Die 1,6-Alpha-Glykosidbindungen werden durch das Stärkeverzweigungsenzym in die Kette eingeführt, wodurch Amylopektin entsteht. Die Stärkekörner von Reis sind in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1: Stärkekörner in Reis
Was ist Cellulose
Cellulose ist ein Polysaccharid, das aus Hunderten bis Tausenden von Glukoseeinheiten besteht. Es ist der Hauptbestandteil der Zellwand von Pflanzen. Auch viele Algen und Oomyceten verwenden Cellulose zur Bildung ihrer Zellwand. Cellulose ist ein geradkettiges Polymer, in dem 1,4-beta-glykosidische Bindungen zwischen Glukosemolekülen gebildet werden. Zwischen mehreren Hydroxylgruppen einer Kette und benachbarten Ketten werden Wasserstoffbrücken gebildet. Dadurch können die beiden Ketten fest zusammengehalten werden. Ebenso sind mehrere Celluloseketten an der Bildung von Cellulosefasern beteiligt. Eine Cellulosefaser, die aus drei Celluloseketten besteht, ist in Abbildung 2 dargestellt. Wasserstoffbrücken zwischen den Zelluloseketten sind in cyanfarbenen Linien dargestellt.
Abbildung 2: Eine Zellulosefaser
Was ist Glykogen
Glykogen ist das Speicherpolysaccharid von Tieren und Pilzen. Es ist das Analogon zur Stärke bei Tieren. Glykogen ähnelt strukturell dem Amylopektin, ist aber stärker verzweigt als letzteres. Die lineare Kette wird über 1,4-alpha-glykosidische Bindungen gebildet, die Verzweigung erfolgt über 1,6-alpha-glykosidische Bindungen. Verzweigungen treten alle 8 bis 12 Glukosemoleküle in der Kette auf. Seine Granula befinden sich im Zytosol der Zellen. Die Leberzellen sowie die Muskelzellen des Menschen speichern Glykogen. Sobald es benötigt wird, wird Glykogen durch Glykogenphosphorylase in Glukose zerlegt. Dieser Vorgang wird als Glykogenolyse bezeichnet. Glucogon ist das Hormon, das die Glykogenolyse anregt. Die 1,4-alpha-glykosidischen und 1,6-alpha-glykosidischen Bindungen des Glykogens sind in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3: Bindungen im Glykogen
Unterschied zwischen Stärke, Cellulose und Glykogen
Definition
Stärke: Stärke ist die wichtigste Speicherkohlenhydratquelle in Pflanzen.
Zellulose: Zellulose ist die Hauptstrukturkomponente der Zellwand von Pflanzen.
Glykogen: Glykogen ist die wichtigste Speicher-Kohlenhydrat-Energiequelle von Pilzen und Tieren.
Monomer
Stärke: Das Monomer von Stärke ist Alpha-Glukose.
Cellulose: Das Monomer der Zellulose ist Beta-Glukose.
Glykogen: Das Monomer von Glykogen ist Alpha-Glukose.
Bindung zwischen Monomeren
Stärke: Die 1,4 glykosidischen Bindungen in Amylose und die 1,4 und 1,6 glykosidischen Bindungen in Amylopektin treten zwischen den Monomeren der Stärke auf.
Cellulose: 1,4 glykosidische Bindungen treten zwischen den Monomeren von Cellulose auf.
Glykogen: 1,4 und 1,6 glykosidische Bindungen treten zwischen den Monomeren von Glykogen auf.
Natur der Kette
Stärke: Amylose ist eine unverzweigte, gewundene Kette und Amylopektin ist eine lange verzweigte Kette, von der einige gewunden sind.
Cellulose: Zellulose ist eine gerade, lange, unverzweigte Kette, die H-Bindungen mit benachbarten Ketten bildet.
Glykogen: Glykogen ist eine kurze, viel verzweigte Kette, von der einige Ketten gewunden sind.
Molekulare Formel
Stärke: Die Molekularformel von Stärke ist (C6H10O5)n
Zellulose: Die Summenformel von Cellulose ist (C6H10O5)n.
Glykogen: Die Summenformel von Glykogen ist C24H42O21.
Molare Masse
Stärke: Die molare Masse von Stärke ist variabel.
Cellulose: Die molare Masse von Cellulose beträgt 162,1406 g/mol.
Glykogen: Die molare Masse von Glykogen beträgt 666,5777 g/mol.
Gefunden in
Stärke: Stärke kommt in Pflanzen vor.
Cellulose: Zellulose kommt in Pflanzen vor.
Glykogen: Glykogen kommt in Tieren und Pilzen vor.
Funktion
Stärke: Stärke dient als Kohlenhydrat-Energiespeicher.
Cellulose: Zellulose ist am Aufbau von Zellstrukturen wie Zellwänden beteiligt.
Glykogen: Glykogen dient als Kohlenhydrat-Energiespeicher.
Vorkommen
Stärke: Stärke kommt in Körnern vor.
Zellulose: Zellulose kommt in Fasern vor.
Glykogen: Glykogen kommt in kleinen Körnchen vor.
Abschluss
Stärke, Zellulose und Glykogen sind Polysaccharide, die in Organismen vorkommen. Stärke kommt in Pflanzen als wichtigste Speicherform von Kohlenhydraten vor. Lineare Stärkeketten werden als Amylose bezeichnet, verzweigte Ketten als Amylopektin. Glykogen ähnelt dem Amylopektin, ist aber stark verzweigt. Es ist die wichtigste Form der Kohlenhydratspeicherung in Tieren und Pilzen. Cellulose ist ein lineares Polysaccharid, das Wasserstoffbrückenbindungen zwischen mehreren Celluloseketten bildet, um eine faserige Struktur zu erhalten. Sie ist der Hauptbestandteil der Zellwand von Pflanzen, einigen Algen und Pilzen. Der Hauptunterschied zwischen Stärke, Zellulose und Glykogen besteht also in ihrer Rolle im jeweiligen Organismus.
Referenz:
1. Berg, Jeremy M. „Komplexe Kohlenhydrate werden durch die Verknüpfung von Monosacchariden gebildet.“ Biochemistry. 5. Auflage. U.S. National Library of Medicine, 01 Jan. 1970. Web. 17 May 2017. <https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22396/>.
Image Courtesy:
1. „Rice starch – microscopy“ By MKD – Own work (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. „Cellulose spacefilling model „By CeresVesta (talk) (Uploads) – Own work (Public Domain) via Commons Wikimedia
3. „Glycogen“ (Public Domain) via Commons Wikimedia
