Weitere Monosaccharide

Triosen

Die wichtigsten Triosen, also Monosaccharide mit nur drei C-Atomen, sind Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton.

Die Oxidation von Glycerin
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Beide Triosen hatten wir schon auf der Einführungsseite zu den Kohlenhydraten kennengelernt. Sie sind Oxidationsprodukte des Glycerins. Glycerinaldehyd entsteht, wenn ein primäres C-Atom des Glycerins oxidiert wird, und Dihydroxyaceton bildet sich bei der Oxidation des sekundären C-Atoms von Glycerin.

Bedeutung

Im Fach Biologie und Ernährungslehre sind die beiden Triosen von sehr großer Bedeutung, denn es sind die direkten Spaltprodukte der Glucose im Laufe der Glycolyse.

Spaltung von Fructose-1,6-bisphosphat in Glycerinaldehydphosphat und Dihydroxyacetonphosphat
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Allerdings wird in diesem Schritt der Glycolyse nicht die Glucose selbst gespalten, sondern diese muss erst aktiviert werden. Das geschieht durch das Anhängen von zwei Phosphatgruppen an die C-Atome Nr. 1 und 6. Bei der Spaltung des Fructose-1,6-bisphosphats entstehen dann Glycerinaldehydphosphat und Dihydroxyacetonphosphat, also die Triosen mit einer zusätzlichen Phosphatgruppe.

Tetrosen

Die wichtigsten Tetrosen, die hier zu nennen wären, sind Erythrose und Threose. Theoretisch gibt es wegen der zwei chiralen Zentren vier Tetrosen, aber nur Erythrose und Threose kommen in nennenswerten Mengen in der Natur vor.

Das Erythrose-4-phosphat ist ein Zwischenprodukt beim Calvin-Zyklus, aus als Dunkelreaktion der Photosynthese bekannt. Beim Calvin-Zyklus wird aus sechs aufgenommenen CO₂-Molekülen ein Glucose-Molekül gebaut. Allerdings geht das über ganz viele Zwischenschritte. Bei einem dieser Zwischenschritte entsteht dann das Erythrose-4-phosphat.

Zur Threose gibt es nur sehr wenige Informationen im Internet oder in der "normalen" Fachliteratur. In der Wikipedia wird erwähnt, dass man aus Threose durch Oxidation Weinsäure herstellen kann. Im Römpp kann man lesen, dass die kettenförmige Threose im Gleichgewicht mit einem Fünferring steht (1 O und 4 C-Atome), und dass die Verbindung kristallin, farblos und gut wasserlöslich ist sowie einen Schmelzpunkt von 126 bis 132 ºC hat. Auch in bestimmten Haarfärbemitteln soll Threose eingesetzt werden ^[1].

Die folgenden Ausführungen sind eigentlich nur für Chemie-Profis interessant. Biologen und Ernährungslehre-Schüler(innen) können den Kasten gern ignorieren (oder noch nicht mal das).

Für Chemie-Profis

Stereochemie von Erythrose und Threose
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Links im Bild sehen Sie die sogenannten Projektionsformeln der beiden Tetrosen. Die beiden Verbindungen unterscheiden sich nur durch die Ausrichtung der OH-Gruppen am C2-Atom. Bei der Erythrose ist die OH-Gruppe nach rechts ausgerichtet, bei der Threose nach links.

Wenn man sich die beiden Strukturformeln anschaut, könnte man auf den Gedanken kommen, dass man doch das C2-Atom bei der Threose einfach um 180 Grad drehen kann, dann wäre die OH-Gruppe am C2 ebenfalls nach rechts ausgerichtet. Wegen der freien Drehbarkeit der C-C-Einfachbindung sollte das möglich sein. Und dann wären die beiden Moleküle doch identisch!

Wenn man solche - durchaus nachvollziehbaren - Ideen hat, ist es immer gut, wenn man einen Molekülbaukasten zur Hand hat. Das linke Modell in dem Photo zeigt das Erythrose-Modell mit den beiden OH-Gruppen nach rechts ausgerichtet. Achten Sie auf den roten Pfeil. Er zeigt auf die OH-Gruppe des C4-Atoms.

Das rechte Modell auf dem Photo zeigt ein Threose-Modell. Das C2-Atom wurde jetzt so gedreht, dass die C2-OH-Gruppe ebenfalls nach rechts zeigt. Dies hat dann aber Auswirkungen auf die Lage und Ausrichtung des C4-Atoms. Der rote Pfeil soll andeuten, dass die C4-OH-Gruppe jetzt eine andere Ausrichtung hat.

Die beiden Moleküle sind also durch einfache Drehungen um die C-C-Einfachbindungen nicht ineinander überführbar, es handelt sich tatsächlich um zwei verschiedene Strukturen.

Pentosen

Die wichtigsten Pentosen sind mit Sicherheit die Ribose und die Desoxyribose. Diese beiden Pentosen (Desoxyribose ist strenggenommen keine Pentose, sondern das Reduktionsprodukt einer Pentose) wurden aber bereits auf einer eigenen Seite besprochen.

Was gibt es sonst noch an wichtigen Pentosen? Die Aldopentosen besitzen drei chirale C-Atome, demnach müsste es acht verschiedene Aldopentosen geben, vier L-Pentosen und vier D-Pentosen. In der Natur spielen nur die D-Pentosen eine wichtige Rolle. Wenn hier also von Pentosen die Rede ist, sind immer die D-Formen gemeint.

Die Ketopentosen haben zwei CH₂OH-Gruppen an den Enden ihrer Moleküle und eine C=O-Gruppe am C2-Atom, daher können nur die C-Atome Nr. 3 und 4 chiral sein. Es gibt also nur vier verschiedene Ketopentosen.

Aldopentosen

Die beiden wichtigsten Aldopentosen neben der Ribose sind die Arabinose und die Xylose. Es gibt zwar auch noch eine Lyxose, aber die spielt in der Natur so gut wie keine Rolle ^[2].

Ribose, Xylose und Arabinose in den Kettenformen
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Xylose ist nach Glucose das zweithäufigste Monosaccharid ^[2]. Wer hätte das gedacht? Wahrscheinlich hätten Sie auf Fructose als zweithäufigstes Monosaccharid getippt. Aber tatsächlich ist Xylose nach der beta-Glucose das häufigste Monosaccharid auf der Welt. Und das liegt an den vielen grünen Pflanzen, die unseren Planeten besiedeln. Jede grüne Pflanze hat Zellen mit einer Zellwand, und neben Cellulose sind Pektine und andere Makromoleküle Hauptbestandteil dieser Zellwände. Und die Xylose ist ein wichtiger Baustein dieser Makromoleküle.

Hexosen

Die wichtigsten Hexosen haben wir bereits auf eigenen Seiten besprochen, nämlich Glucose, Fructose und Galactose, auch als Traubenzucker, Fruchtzucker und Schleimzucker bekannt.

Alle acht D-Aldohexosen
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Fructose ist in der Abbildung der acht L-Aldohexosen nicht mit aufgeführt, denn es ist eine der vier L-Ketohexosen:

Alle vier D-Ketohexosen
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Am Beispiel der Tagatose soll hier einmal der Unterschied zwischen der D- und der L-Form der Hexosen verdeutlicht werden: Die L-Form ist nichts anderes als das Spiegelbild der D-Form. Die C=O-Gruppe und die CH₂OH-Gruppe bei der L-Tagatose wurden jetzt aber nicht gespiegelt. Hier wird auch deutlich, wieso es nur vier Isomere der D-Ketohexosen (und vier Isomere der L-Ketohexosen) gibt: Nur drei der sechs C-Atome spielen überhaupt eine Rolle, nämlich C3, C4 und C5. Am C1 sitzen zwei H-Atome, daher gleicht das Spiegelbild dem Original. Das Gleiche gilt für das C6-Atom. Auch bei dem C2-Atom mit der C=O-Gruppe ist es egal, ob sie nach rechts oder nach links schaut; Bild und Spiegelbild gleichen sich auch hier.

Heptosen

Auch bei den Heptosen, den Monosacchariden mit sieben C-Atomen, unterscheidet man Aldosen und Ketosen, also Aldoheptosen und Ketoheptosen. Heptosen sind eigentlich nicht so wichtig wie Hexosen und Pentosen, aber einige Heptosen sollen hier zumindest kurz erwähnt werden.

Eine Ketoheptose und eine Aldoheptose
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Sedoheptulose, eine Ketoheptose, ist als Sedoheptulose-7-phosphat ein Zwischenprodukt des Pentosephosphatwegs und der Regenerationsphase des Calvin-Zyklus, also der Dunkelreaktion der Photosynthese.

Mannoheptulose, ebenfalls eine Ketoheptose, kommt in der Avocadofrucht vor. Der Zucker wird teils als Medikament eingesetzt, um die Insulin-Ausschüttung zu hemmen und so ein zu schnelles Absinken des Blutzuckerspiegels zu verhindern.

Aus der Avocadofrucht können außerdem die Ketoheptosen Taloheptulose und die Alloheptulose gewonnen werden.

Bei den Aldoheptosen werden in der Fachliteratur und im Internet so gut wie keine erwähnt, außer gelegentlich mal Glucoheptose und Mannoheptose.

Alle Heptosen sind weiße Pulver, die gut wasserlöslich sind. Den niedrigsten Schmelzpunkt hat die Sedoheptulose mit ca. 101 ºC, den höchsten Schmelzpunkt hat die Glucoheptose mit 180 ºC ^[3].