Saccharose

Saccharose ist für die menschliche Ernährung sicherlich der wichtigste Zucker, handelt es sich doch um den Haushaltszucker, den "Industriezucker" oder "Rübenzucker". Auf die enorme Bedeutung des Zuckers Saccharose für die menschliche Ernährung kann aus Platzgründen an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden. Gewonnen wird Saccharose großtechnisch aus Zuckerrüben und Zuckerrohr.

Zuckerrüben
Quelle: Wikipedia, Artikel "Zuckerrübe". Autor und Lizenz: This image is in the public domain because it contains materials that originally came from the Agricultural Research Service, the research agency of the United States Department of Agriculture.

Zuckerrohr
Quelle: Wikipedia, Artikel "Zuckerrohr", Autor: Carl Davies, CSIRO, Lizenz: Creative Commons Attribution 3.0 Unported license.

Struktur

Das Saccharose-Molekül besteht aus zwei Monosaccharid-Bausteinen, nämlich aus α-Glucose und β-Fructose:

Das Saccharose-Molekül
Autor: Ulrich Helmich 2021, Lizenz: siehe Seitenende

Links sehen wir ein α-Glucose-Molekül, recht ein β-Fructose-Molekül. Beide Bausteine sind durch ein Sauerstoff-Atom miteinander verbunden. Diese Art der chemischen Bindung - im Prinzip eine Ether-Bindung, wird als glycosidische Bindung bezeichnet. Bei der Saccharose kann man dies sogar noch genauer angeben: Es handelt sich um eine α-β-1,2-glycosidische Bindung, denn die Bindung wird von der OH-Gruppe am C1-Atom der Glucose und der OH-Gruppe am C2-Atom der Fructose gebildet. Beide OH-Gruppen vereinigen sich unter Abgabe von Wasser, und ein Sauerstoff-Atom bleibt als Brücke übrige.

Bedeutung

Saccharose stellt für die Pflanze die Transportform der Glucose dar. Glucose ist bekanntlich das Primärprodukt der pflanzlichen Photosynthese. Allerdings ist Glucose eine Aldohexose, hat also - zumindest in der Kettenstruktur - eine Aldehydgruppe, die relativ leicht oxidiert werden kann. Sauerstoff ist überall, und mit oxidierter Glucose, der Gluconsäure, kann die Pflanze nicht viel anfangen.

In der Ringstruktur ist die Glucose zwar kein Aldehyd mehr, sondern ein Halbacetal, aber das will nichts heißen. Denn die Umwandlung der Kettenstruktur in die beiden Ringstrukturen ist ja eine Gleichgewichts-Reaktion, das heißt, sie ist reversibel. Im Gleichgewicht liegen zwar nur weniger als 1% der Moleküle in der Kettenstruktur vor, aber wenn diese Moleküle oxidiert sind, verschwinden sie aus dem Gleichgewicht, und nach dem Prinzip des kleinsten Zwangs (Chemie-Unterricht!) sorgt das dafür, dass weitere Ringstrukturen zu Kettenstrukturen werden und dann erneut oxidiert werden.

In dem Saccharose-Molekül ist die Aldehydgruppe der Glucose dagegen effektiv geschützt, sie hat ja eine glykosidische Bindung zu einem Fructose-Molekül aufgebaut. Eine Rückreaktion ist hier zwar auch möglich, erfordert aber einen deutlichen Aufwand, läuft also nicht spontan und von selbst ab.

Da Saccharose also keine reaktive Aldehyd-Gruppe mehr hat, ist sie chemisch stabiler als Glucose und außerdem wesentlich besser wasserlöslich, wegen der vielen OH-Gruppen. Daher wandelt die grüne Pflanzenzelle nach erfolgter Dunkelreaktion einen Teil der Glucose in Fructose um und bildet dann aus je einem Glucose- und einem Fructose-Molekül ein Molekül Saccharose. Die Saccharose wird dann in den Leitgeweben der Pflanze zu den Speicherorganen transportiert (zum Beispiel in die Zuckerrüben) oder auch direkt zu den Blatt-, Wurzel-, Blüten oder Stängelzellen, wo sie gebraucht wird. In den Zielzellen angekommen, wird die Saccharose wieder in Glucose und Fructose gespalten, die Fructose wird in Glucose überführt und dann in der Glycolyse verwertet.

Für die langfristige Speicherung, zum Beispiel über den Winter hinaus, wird die Glucose in wasserunlösliche Stärke umgewandelt. Aber das ist ja nicht Thema dieser Seite.