Wo kommt Glucose vor

Wie entsteht Glukose?

Nur D-Glukose kommt in der Natur vor. Nur D-Glukose kommt in der Natur vor. ((Stärke, Glykogen) und ist in den meisten Früchten und Honig enthalten. Leptin" und es wird kein Insulin freigesetzt. Fruktose kommt z.

B. in Obst und Honig vor, Galaktose in vielen süßen Lebensmitteln.

Biologische Biochemie

Wie Glukose haben viele (aber nicht alle) der einfacheren Kohlenhydrateinheiten die generelle Formeln Cn(H2O)n. Als einfachste Kohlehydrate gelten Einfachzucker, z.B. Glucose und Fruktose, die nicht in kleine Mengen umgeschlagen werden. Bei Monosacchariden kann zwischen Aldose und Ketose unterschieden werden. Zuckern mit einer Aldehyd-Gruppe werden die so genannten Aldehydgruppen, solche mit einer Keto-Gruppe die so genannten Ketos.

Wegen ihrer Länge wird die Zuckerkette in Triosen (3 Kohlenstoffatome), Tetrosen (4 Kohlenstoffatome), Parentosen, Sektosen usw. unterteilt. Mit Ausnahmen von 1,3-Dihydroxypropanon enthält jeder bisher betrachtete Zucker ein chirales Kohlenstoffatom. Am einfachsten ist der Chiralzucker Glyceraldehyd mit einem unsymmetrischen Aktivkohle. Glyceraldehyd hat einen unsymmetrischen C-Atom und kommt daher in zwei Enantiomerformen vor, die als R und S aus der Cahn-Ingold-Prelog-Nomenklatur beschrieben werden müssen (Regeln s: Kap. 7. 3):

Doch nur ein einziges Enantiomeres kommt in der freien Wildbahn vor, das R-Isomer, das auch das dextrorotatorische Enantiomere ist. Aus den bereits genannten Gründen wird ( (R)-(+)-Glyceraldehyd auch als D-Glyceraldehyd bezeichnet (Kapitel 7. 4). Aufgrund ihrer natürlichen biosynthetischen Bahnen haben Glucose, Fruktose, Rippe und die meisten anderen natürlich auftretenden Einfachzucker, das von der Aldehyd- oder Ketongruppe am entferntesten liegende Zentrum der Chiralität die gleiche Absolutkonfiguration wie D-Glyceraldehyd: Bei der Fischer-Projektion eines Monosaccharids ist das von der Gruppe der Carbonylgruppen am entferntesten liegende Zentrum der Chiralität sichtbar.

Diejenigen, die an dieser Position die umgekehrte Anordnung haben, werden L-Monosaccharide genannt: In D- und L-Glukose (Enantiomere !) sind alle Chiralitäts-Zentren natürlich umgedreht. Beide Erythrosen und Threosen kommen als Paar von Enantiomeren vor, von denen eines zur D- und das andere zur L-Serie gehört: Eine Adopentose hat drei Chiralitätzentren und tritt in 8 Stereoisomere auf.

Im Bereich der Aldohexose sind bereits 16 solcher Isomere möglich: Nahezu alle natürlich auftretenden Zuckersorten zählen zur D-Serie. Wir haben in Kap. 10.4. 2 festgestellt, dass Aldehyde und Ketone zunächst mit Alkohole reagiert und zunächst Halb-Acetale / Halb-Ketale und dann Acetale / Ketale erzeugen können: Bei Monosacchariden handelt es sich um Hydroxycarbonyl-Verbindungen, die im Grunde genommen intermolekulare Halb-Acetale darstellen sollten.

In der Tat befinden sich Glukose und die anderen Sechskant- und Pentoseformen im Gleichgewichtszustand, die zweite ist stärker ausgeprägt: Obwohl im Prinzip jede der fünf Hydroxylgruppen die Carbonylgruppen des Aldehydes ergänzen könnte, wird in diesem Falle die Ausbildung eines 6-Rings vorgezogen, obwohl in einigen Fällen auch 5-Ringe mitgebildet werden.

Anders als Glukose, die nahezu ausschließlich in Pyranose-Form vorkommt, enthält Fruktose eine Ausgleichsmischung zwischen Fruktopyranose und Fruktofuranose im Mischungsverhältnis 70:30: Wenn man sich die Struktur von Furanose und Pyranose näher ansieht, kann man sehen, dass Carbonyl-C während der Zyklisierung in ein neuartiges Chiralitäts-Zentrum überführt wird. So bilden sich bei der Bildung von Semi-Acetal zwei neue Substanzen, zwei Diastereomeren, die sich in der Zusammensetzung der Semi-Acetalgruppe unterscheiden: Befindet sich die anatomische Hydroxygruppe am Ende dieser Haworth-Projektion, wird der Kristallzucker als ? genannt.

Glukose präzipitiert aus konzentrierter Flüssigkeit bei Raumtemperatur und formt bei 146oC schmelzende Kristallisation. Wird kristalline ?-D- (+)-Glucopyranose in Wässern gelöst und der optische Rotationswert unmittelbar gemessen, ergibt sich ein Messwert: Merkwürdigerweise sinkt dieser auf + 52,7o und ist danach gleich. Dabei ist die gezielte Rotation der ß-Form viel kleiner ( = achtzehn, 7o) als die des Anomers ?: die zu beobachtende Rotation der Flüssigkeit sinkt.

Dementsprechend nimmt die gezielte Rotation einer wässrigen ß-Anomerlösung [Schmp. 150°C, die durch die Kristallbildung von Glukose aus Acetessigsäure gewonnen werden kann] kontinuierlich von +18,7°C auf den endgültigen Wert +52,7°C zu. Der Wechsel der Rotation beim Einstellen des Gleichgewichtes zwischen einem monosacchariden und seinem Anomeren wird als Mutation verstanden (mutare, lateinisch: change, transform).

Im Falle von Glukose heißt das, dass in der ?-Formulierung vier der fünf Substitute gleichwertig sind, in der ß-Formulierung sind alle Substitute gleichwertig. Bei den anderen sieben D-Alkohexosen muss zumindest ein Vertreter in axialer Richtung sein: Einfachzucker können in verschiedenen Formen auftreten: als offene Carbonyl-Verbindungen und als ? und ? Anomere von Ring-Verbindungen verschiedener Größe.

Man kann die Reaktion des Zuckers in zwei Kategorien einteilen: diejenigen, in denen der aus der offenen Kette stammende Kristallzucker wirkt und diejenigen, die auf einer der beiden Formen stattfinden. Als Polyhydroxy-Verbindungen können sie in verschiedene Alkohol-Derivate umgewandelt werden. Wir haben in Kap. 10 erlebt, wie die Entstehung eines Acetals, eines Aldehyds und von Alkohole mit einem Semiacetal beginnt: Durch die Aufbereitung eines Monosaccharids mit einem Alkohol und einem sauren Katalysator wird ein neuer Azetal gebildet, in dem die Anomer-OH-Gruppe durch eine neue Alkoxygruppe abgelöst wird: Zuckeralcetale heißen Glykoside, Glukose bilden Glukoside.

Wie andere Azetale sind auch Glykoside in Gewässern beständig. Bei offener Kette gibt es kein Ausgleich, und auch bei Glykosiden kommt es zu keiner Mutation. Nur wenn eine wäßrige Lösung vorhanden ist, werden auch Azetale hydrolysiert und liefern den[semi-acetal = offener Aldehyd] Rest + den Spiritus wieder zurück: Glykoside sind in der freien Natur sehr häufig anzutreffen.

Die Aldose und Ketose können durch die gleichen reduzierenden Mittel reduziert werden, die Aldehyde und Ketone umwandeln. Diese Polyhydroxy-Verbindungen werden als so genannte Aldehyde bekannt. Der Hydridwirkstoff (NaBH4 in Alkoholen) erfasst die Gleichgewichtsmenge der offenen Kettenform des Zucker, indem er beispielsweise das Gleichgewichtsverhältnis von der zyklischen Semi-Acetalform auf das Füllgut verschiebt:

Bei den offen kettigen Monosacchariden handelt es sich um polyfunktionale Compounds. Beispielsweise beinhalten sie die leicht oxydierbare Aldehydgruppe und reagieren daher gut mit herkömmlichen Oxydationstests wie Fehlings' Solution oder Tollens Reagenz: Bei diesen Umsetzungen werden die Aldehyde in Aldonsäure umgewandelt. Zuckersorten, für die diese Untersuchungen erfolgreich sind, werden als reduzierender Kristallzucker bezeichne.

Man kann alle Arten von Aldehyden als reduzierend bezeichnen, da sie eine kostenlose Aldehyd-Gruppe haben. Glykoside sind nicht reduzierend, da sie keine freien Aldehydgruppen haben. Ist der Alkoholanteil ein anderer Kristallzucker, ist das Erzeugnis ein Disaccharid: das Disaccharid enthält zwei durch eine Acetal-Brücke zwischen einem anonymen C-Atom und einer Hydroxygruppe des anderen Zucker gebundene Einzeller.

Die Glykosidbindung zwischen C1 des ersten Zucker und (zum Beispiel) R4 des zweiten wird als 1,4'-Bindung bezeichne. Zucker, der übliche Hauszucker, ist ebenfalls ein Disaccharid mit den nachfolgenden Merkmalen -- nach der Säurehydrolyse werden Glucose und Fruktose gewonnen. Bei den beiden letztgenannten Befunden handelt es sich um das Fehlen von Halbacetalen, d.h. beide müssen Glykoside sein.

Dies kann nur der Fall sein, wenn Glukose und Fruktose über ihre Anomerzentren simultan verbunden sind: Die spezielle Rotation der Saccharose beträgt +66,5o. Der Rotationswert sinkt bei Verdünnung mit Säuren stetig auf einen Wert von -20o. Diese Erscheinung wird als Rohzuckerinversion und das Hydrolysat-Produkt als Invertzucker bekannt.

Nun übernimmt das Ferment die Funktion des Katalysator (anstelle von H3O+) für die Abspaltung in Glucose und Fruktose. Weil der spezielle Rotationswert von Fruktose (-92o) größer ist als der Rotationswert von Glukose (+52. 7o), ist die Rotation der resultierenden Mischung in Summe eher ungünstig. Bei Polysacchariden handelt es sich um die Polymerisate der Einzeller. Alle drei gebräuchlichsten Naturpolysaccharide, Cellulose, Speisestärke und Glykogen, stammen aus demselben Monomer, der Glukose.

Die meisten der natürlich auftretenden Zuckersorten haben eine veränderte Zusammensetzung oder sind an ein anderes Organmolekül gebunden: Bindet man einen Kristallzucker über seinen anorganischen Kohlenwasserstoffrest an die Hydroxylgruppe eines anderen Organismus, spricht man von Glykon, der verbleibende Anteil des Moleküles (oder das durch die hydrolytische Spaltung des Zuckerrestes entstandene Produkt) von Aglykon.

Glykoproteine sind aus einem Eiweiß und einer oder mehreren Kohlenhydrat-Gruppen bestehende Makros. Strukturelle Formeln von Zuckern in Glycoproteinen (nur die Anomere von ? sind dargestellt): Auf der Oberfläche von Zellen befindet sich eine Glycopeptidschicht (Peptidoglykan), die für die Stärkung der Zellmembran von Bedeutung ist.

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