Durch den Ringschluss zu den Pyranoseformen oder Furanoseformen wird das Kohlenstoffatom, das die Carbonylgruppe trug, asymmetrisch substituiert. Es ergibt sich dadurch die Möglichkeit des Auftretens von zwei Isomeren, die man Alpha- und Beta-Form nennt.

Studieren Sie diese Isomerie mithilfe von Ihren selbstgebauten Modellen. Man bezeichnet die Form der Glucose, in der die OH-Gruppe an C-Atom I nach dem Ringschluss in der Sesselkonformation in die equatoriale Richtung weist, als Beta-Isomeris.

Beim Alpha-Isomerin weist die Gruppe in die axiale Richtung. Für die genaue Bezeichnung suchen wir die C-C-Bindung, die von dem Kohlenstoffatom ausgeht,

das für die Einweisung in die Zuckerreihe maßgeblich ist. Bei der Glucose ist das Kohlenstoffatom V und die Bindung zu Kohlenstoffatom VI.

Steht die OH-Gruppe am Kohlenstoffatom, das ehemals Träger der Carbonylfunktion war, in Cis-Stellung, also auf der gleichen Seite der Ringebene wie hier, dann liegt Beta-Isomerie vor.

Bei den Furanose-Systemen gilt das Gleiche. Wir suchen das für die Reihenzuweisung zuständige Kohlenstoffatom mit der ausgehenden C-C-Bindung. Steht die OH-Gruppe am C-Atom, das früher den Carbonylsauerstoff trug,

auf der gleichen Seite des Rings, dann liegt Cis-Ständigkeit und damit Beta-Isomerie vor. Zucker sind zu Karbonsäuren oxidierbar.

Dabei kann die Oxidation entweder am C-Atom I oder am C-Atom VI bei Hexosen beziehungsweise am C-Atom V bei Pentosen erfolgen.

Bei Oxidation an C-Atom I entstehen Säuren, deren Namen auf ON endet. Im Fall der Oxidation der hier gezeigten Glucose bildet sich Glukonsäure.

Durch Oxidation am C-Atom VI entstehen Uronsäuren, also hier die Glucuronsäure.

Wir wollen das Modell einmal vervollständigen, um den stark polaren Charakter der Glucuronsäure zu markieren.

Glucuronsäure kann an der OH-Gruppe am Kohlenstoffatom I weiter reagieren. Hier kann eine Vielzahl von Stoffen angekoppelt werden. Die Kopplungsprodukte zeigen erhöhte Wasserlöslichkeit, weil der Molekülteil der Glucuronsäure mit den vielen OH-Gruppen und der CO-OH-Gruppe stark polar ist.

So werden zum Beispiel Phenole, die sehr giftig sind und die durch unvollständigen Abbau

aromatischer Systeme im Körper anfallen, an Glucuronsäure gekoppelt, wasserlöslicher gemacht und damit ausscheidungsfähig durch die Nieren gemacht. Solche Kopplungsprozesse an Glucuronsäure unter Bildung sogenannter Glucuronide

haben große biochemische Bedeutung. Im Stoffwechsel sind zwei Aminozucker von erheblicher Bedeutung,

nämlich zwei Aminoglucose und zwei Aminogalaktose. Durch Ersatz der OH-Gruppe an Kohlenstoffatom II durch eine Aminogruppe entsteht Glucosamin, dessen Modell Sie sich natürlich noch durch die fehlenden Gruppen vervollständigt denken müssen.

Aus Galaktose entsteht analog durch Ersatz der OH-Gruppe an C-Atom II durch eine Aminogruppierung das Galaktosamin, das wir hier mal als vollständiges Modell zeigen.

Beide Aminozucker kommen in Form azillierter Verbindungen etwa im Bindegewebe vor. Zur Azillierung muss eine Karbonsäure, wie hier die Essigsäure,

an der Aminogruppe unter Wasser austritt und Amitbildung reagieren. Durch Esterbildung mit Phosphorsäure entstehen phosphorylierte Zucker.

Wir besprechen den Prozess wieder am wichtigsten Beispiel der Glucose. Durch Veresterung der Glucose an der OH-Gruppe am C-Atom I entsteht Glucose I-Phosphorsäure

beziehungsweise Anion, das Glucose I-Phosphat. Man erkennt, dass die Größe des Zuckermoleküls durch die Einführung der Phosphorsäuregruppierung fast verdoppelt wird.

Außerdem ist die Polarität angewachsen. Wie würde sich das auf die Membranpassagefähigkeit auswirken?

Glucose 6-Phosphat sieht natürlich ganz anders aus als Glucose 1-Phosphat. In der Sexstellung wurde eine klassische Alkoholfunktion verästert. Bei der OH-Gruppe an C-Atom I handelt es sich um die wesentlich reactionsfreudigere halbacetalische OH-Gruppe.

Gleichen Sie bitte die Modelle beider Moleküle. Außerdem wollen wir Fructose 1-6-Diphosphat demonstrieren, eine im Stoffwechsel gleichfalls sehr wichtige Substanz.

Schließlich sei das Rebose 5-Phosphat gezeigt, das in vielen Naturstoffen auftritt. Die Größenveränderung durch Einführung der Phosphorsäuregruppe ist ziemlich drastisch.

Rebose kann auch mit der OH-Gruppe am C-Atom III verästert werden. Das spielt bei Nukleinsäuren eine ausschlaggebende Rolle, von denen wir hier einen Ausschnitt zeigen, ohne auf Einzelheit einzugehen.

Das Rückgrat dieses Makromoleküls wird durch Deoxy-Rebosemoleküle gebildet, die über Phosphorsäurebrücken ästerartig miteinander verknüpft sind. Es reagiert dabei immer die OH-Gruppe V mit der OH-Gruppe III der benachbarten Rebose.

Die nach der Halbacetal- bzw. Halbketalbildung entstandene OH-Gruppe ist sehr reaktionsfähig.

Sie kann mit anderen Gruppen, etwa den OH-Gruppen von Alkoholen oder Phenolen, reagieren. Die entstehenden Verbindungen nennt man Glycoside. Als Beispiel seien hier Alpha- und Beta-Methylglucosid vorgestellt.

Wenn der Pyranose-Ring sich öffnen würde, dann wäre die CO-Gruppe trotzdem nicht frei zur Verfügung. Sie wäre durch die glycosidische Bindung blockiert. Ein solches Derivat kann also nicht an der Aldehyd-Gruppe, etwa durch phelingsche Lösung, oxidiert werden.

Vergleichen Sie auch noch einmal, wie beim Alpha-Glucosid die Methylgruppe senkrecht aus dem Ring herausragt, während sie beim Beta-Glucosid in der Ringebene liegt.

Ein sehr wichtiger Fall der Ausbildung einer glycosidischen Bindung tritt ein,

wenn die zweite OH-Gruppe von einem anderen Zuckermolekül stammt. Man erhält so Verknüpfungen von zwei Zuckereinheiten zu die Sacchariden. Malthose ist aus zwei Glucoseeinheiten aufgebaut.

Sie sind natürlich unter Beteiligung einer OH-Gruppe an Ceatom 1 hier in Alpha-Stellung verknüpft. Das zweite Glucosemolekül ist über die OH-Gruppe am Ceatom 4 verbunden. Das fertige Gebilde zeigt einen abgeknickten Bau, der je nach Konformation der glycosidischen Bindung mehr oder weniger ausgeprägt ist.

Die Zellobiose ist mit der Malthose eng verwandt. Die Verknüpfungsstellen sind die gleichen.

Der Unterschied besteht nur darin, dass die Glucose in der Beta-Form an C1 konfiguriert ist.

Die starken Unterschiede dieses winzigen Details werden beim Vergleich am besten sichtbar. Zellobiose hat einen mehr gestreckten Bau, während die Malthose stärker gewinkelt ist. Es gibt natürlich theoretisch eine Fülle von Konformären dieser beiden Saccharide,

die durch freie Drehbarkeit an der glycosidischen Bindung entstehen.

Legen wir identische Konformäre übereinander und vergleichen den Molekülbau von der Seite her, dann sehen wir die Unterschiede der alpha- und beta-glucosidischen Verknüpfung deutlich,

die sich auch in biochemischen Differenzen ausprägen. Die Saccharose oder der Rohrzucker ist der Zucker des Alltags.

Er ist aus Glucose und Fructose aufgebaut. Die Fructose liegt in der Phuranoseform, die Glucose in der Pyranoseform vor.

Die Verknüpfung geht von der Glucose an Ceatum I in Alpha-Stellung aus. Verknüpfungsstelle ist die OH-Gruppe an Ceatum II der Fructose, die aus der Halbketalbildung resultiert.

Beide Gruppen, die eventuell leicht oxidiert werden könnten, sind damit glycosidisch blockiert. Rohrzucker reduziert daher fehlingsche Lösung nicht. Die Fructose liegt in der Beta-Konfiguration vor.

Vergleichen Sie bitte auch Ihr Modell mit dem hier im Film gezeigten.