HEXOSE: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, DERIVATE - GEOGRAFÍA - 2024

Eine Hexose ist ein Kohlenhydrat mit sechs Kohlenstoffatomen und der Summenformel C ₆ H ₁₂ O ₆ . Kohlenhydrate oder Saccharide (aus dem Griechischen Sakcharon = Zucker) sind Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone.

In der Natur ist Glukose, ein Zucker mit sechs Kohlenstoffatomen, auch Dextrose genannt, das am häufigsten vorkommende Monosaccharid. Die Glukosebiosynthese erfolgt durch Photosynthese aus Kohlendioxid und Wasser.

Quelle: NEUROtiker

In Pflanzen findet aus Glucose die Synthese von Cellulose, einem Strukturpolysaccharid, und von Stärke, einem Reservepolysaccharid, statt. In heterotrophen Organismen ist die Glukoseoxidation der zentrale Stoffwechselweg für die Energieerzeugung.

Eigenschaften

Es gibt zwei Arten von Hexosen: 1) Aldosen (oder Aldohexosen), bei denen Kohlenstoff 1 (C-1) eine Aldehydfunktion ist; oder 2) Ketosen (oder Aldocetosen), bei denen Kohlenstoff 2 (C-2) eine Ketofunktion ist. Der Rest der Kohlenstoffe sind sekundäre oder primäre Alkohole.

Bei Aldohexosen sind alle Kohlenstoffe chiral, mit Ausnahme von Kohlenstoff 1 (C-1) und Kohlenstoff 6 (C-6), dh sie haben vier asymmetrische Zentren. Bei Ketohexosen gibt es drei asymmetrische Zentren, nämlich C-3, C-4 und C-5.

In der Natur sind Zucker wie Hexosen mit der L-Konfiguration weniger häufig als Zucker mit der D-Konfiguration.

Die Aldehydfunktion oder die Ketofunktion von Hexosen reagieren mit einer sekundären Hydroxylgruppe in einer intramolekularen Reaktion unter Bildung von cyclischen Halbacetalen oder Hemiketalen. Die sechsgliedrigen cyclischen Zucker sind pyranisch und die fünfgliedrigen Zucker sind Furanose.

In cyclischem Zucker wird der Carbonylkohlenstoff der Aldehyd- und Ketogruppen zu einem neuen chiralen Zentrum, dem anomeren Kohlenstoff. Die Konfiguration dieses Kohlenstoffs kann Alpha oder Beta sein, dh es werden zwei Anomere erzeugt.

Hexosen haben unterschiedliche Konformationen

Die sechs Atome, aus denen Pyranosen bestehen, sind nicht planar, sondern weisen zwei stuhlartige Konformationen auf, in denen die sperrigen Substituenten einnehmen: a) äquatoriale Positionen oder b) axiale Positionen. Diese Konformationen können untereinander umgewandelt werden, ohne die kovalenten Bindungen aufzubrechen.

Stereochemische Wechselwirkungen zwischen Ringsubstituenten beeinflussen die relative Stabilität dieser Konformationen. Somit ist die stabilste Konformation diejenige, in der die größte Gruppe eine äquatoriale Position einnimmt.

Die chemische Reaktivität einer bestimmten Gruppe wird durch ihren Konformationsort beeinflusst. Ein Beispiel ist die Hydroxylgruppe (-OH), die beim Einnehmen der Äquatorposition leichter verestert wird als beim Einnehmen der Axialposition.

Β-D-Glucose, eine Aldohexose, hat alle Substituenten in äquatorialer Position, wodurch sie anfälliger für Veresterung sind. Diese Reaktion ist wichtig für die Bildung kovalenter Bindungen zwischen Zuckern. Dies könnte erklären, warum β-D-Glucose der am häufigsten vorkommende Zucker in der Natur ist.

Hexosen können glykosidische Bindungen bilden

Monosaccharideinheiten wie Hexosen können über O-glycosidische Bindungen kovalent verknüpft werden, wenn der anomere Kohlenstoff eines Zuckermoleküls mit der Hydroxylgruppe eines anderen Zuckermoleküls reagiert. Das Ergebnis dieser Reaktion ist die Bildung eines Acetals aus einem Halbacetal.

Ein Beispiel ist die Reaktion des anomeren C-1-Kohlenstoffs von α-D-Glucopyranose mit der Hydroxylgruppe von C-4 einer anderen β-D-Glucopyranose. Daraus wird α-D-Glucopyranosyl- (1®4) -D-Glucopyranose gebildet.

Die glykosidische Bindungsreaktion beinhaltet die Entfernung eines Wassermoleküls, das als Kondensationsreaktion bezeichnet wird. Die Umkehrreaktion ist Hydrolyse und Aufbrechen der glykosidischen Bindung.

Hexosen und Oxidations-Reduktions-Reaktionen

Zucker, deren anomeres Kohlenstoffatom keine glykosidischen Bindungen gebildet hat, werden als reduzierende Zucker bezeichnet. Alle Monosaccharide wie die Hexosen Glucose, Mannose und Galactose sind reduzierende Zucker. Dies liegt daran, dass Aldosen oder Ketosen Elektronen an ein Oxidationsmittel abgeben oder dieses reduzieren können.

Ein klassischer Test zur Zuckerreduzierung wird mit Fehling- (oder Benedict-) und Tollens-Reagenzien durchgeführt. Beispielsweise kann ein reduzierender Zucker das in einer Ammoniumlösung (Tollens-Reagenz) vorhandene Ag ⁺ reduzieren . Diese Reaktion erzeugt metallisches Silber am Boden des Gefäßes, in dem die Reaktion stattgefunden hat.

Durch eine durch das Enzym Glucoseoxidase katalysierte Reaktion wird der anomere Kohlenstoff von D-Glucose durch Verlust eines Elektronenpaars oxidiert und Sauerstoff durch Empfang eines Elektronenpaares reduziert. Diese Reaktion hat zwei Produkte: D-Glucono-d-Lacton und Wasserstoffperoxid.

Derzeit wird die Glukosekonzentration im Blut durch einen Test bestimmt, der Glukoseoxidase und Peroxidase verwendet. Dieses letzte Enzym katalysiert eine Oxidations-Reduktions-Reaktion.

Die Substrate der Peroxidase sind Wasserstoffperoxid und eine chromogene Substanz, die oxidiert wird. Diese Reaktion kann mit einem Spektrophotometer quantifiziert werden.

Derivate von Hexosen

Es gibt viele Derivate von Hexosen, deren Hydroxylgruppe durch einen anderen Substituenten ersetzt ist. Beispielsweise wird die C-2-Hydroxylgruppe von Glucose, Galactose und Mannose durch eine Aminogruppe ersetzt, die Glucosamin, Galactosamin bzw. Mannosamin bildet.

Häufig kondensiert die Aminogruppe mit Essigsäure und bildet N-Acetylglucosamin. Dieses Derivat von Glucosamin befindet sich in der Zellwand von Bakterien.

Ein Derivat von N-Acetylmannosamin ist N-Acetylneuraminsäure, bekannt als Sialinsäure. Letzteres ist in Glykoproteinen und Glykolipiden auf der Oberfläche von Zellen vorhanden und spielt eine Rolle bei der Erkennung durch andere Zellen.

Die spezifische Oxidation der primären Alkoholgruppe C-6 der Aldohexosen Glucose, Galactose und Mannose erzeugt Uronsäuren. Diese Produkte sind D-Glucuronsäure, D-Galacturonsäure und D-Mannuronsäure, die Teil vieler Polysaccharide sind.

Uronsäuren können eine intramolekulare Veresterung erfahren. Es bildet Lactone mit fünf oder sechs Atomen. Beispielsweise wird Ascorbinsäure (Vitamin C) von Pflanzen synthetisiert.

Die Substitution der Hydroxylgruppe (-OH) durch ein Wasserstoffatom an C-6 von L-Galactose oder L-Mannose erzeugt L-Fucose bzw. L-Rhamnose. L-Fucose kommt in Glykoproteinen und Glykolipiden vor. L-Rhamnose kommt in Polysacchariden in Pflanzen vor.

In der Natur am häufigsten vorkommende Hexosen und ihre Funktionen

Glucose

Symbol: Glc. Es ist eine Aldohexose oder Glucohexose. Das D-Glucose-Enantiomer (Symbol D-Glu) ist häufiger als das L-Glc-Enantiomer. D-Glc kommt in Pflanzen, Honig, Trauben und im Blut von Tieren vor. Es ist eine Energiequelle für Lebewesen. Es dient als Vorstufe für die Synthese von Glykogen, Cellulose, Stärke und Lactose.

Fruktose

Symbol: Fru. Es ist eine Ketohexose oder Fructohexose. Das D-Fructose-Enantiomer ist allgemein als Fructose bekannt. Dieser Zucker kommt beispielsweise in Früchten, Honig und Sperma vor.

Galactose

Gal Symbol. Es ist eine Aldohexose oder Galatohexose. D-Galactose ist häufiger als L-Galactose. D-Galactose ist der Gehirnzucker. Es ist selten frei. Es kommt im Allgemeinen in Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen in Form von Oligosacchariden und Polysacchariden vor.

Mannose

Symbol: Mensch. Es ist eine Aldohexose oder Mannohexose. Die D-Mannose-Form ist in Manna und Hemicellulose weit verbreitet. Es wird als N-gebundenes Oligosaccharid an Glykoproteine ​​gefunden und bildet Verzweigungen.

Ramnosa

Symbol: Rha. Es ist eine Aldohexose, die in den Glykosiden von Pflanzen, in den Polysacchariden von Zahnfleisch und Schleim sowie in der Zellwand von Pflanzen und in Flavonoiden vorkommt.

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