Allgemeines
Unter dem Begriff Konformation versteht man räumliche Anordnung der Atome innerhalb eines Moleküls.
Zwei Konformationen des n-Butans
Autor: Ulrich Helmich 09/2024, Lizenz: Public domain
Am Beispiel des n-Butans soll der Unterschied zwischen den Begriffen Konstitution und Konformation verdeutlicht werden.
Konstitution des n-Butans:
Vier C-Atome sind durch drei C-C-Einfachbindungen verbunden und bilden eine Kette. Die beiden äußeren C-Atome sind mit drei H-Atomen verknüpft, die beiden inneren C-Atome mit jeweils zwei H-Atomen.
Konformation des n-Butans links im Bild:
Die vier C-Atome bilden eine mehr oder weniger langgestreckte Kette.
Konformation des n-Butans rechts im Bild:
Die vier C-Atome bilden eine Art U; das 1. und das 4. C-Atom sind nach oben ausgerichtet, die C-Atome 2 und 3 liegen weiter unten.
Diese zwei Beschreibungen sind natürlich recht ungenau, aber an sich müssten Sie jetzt verstanden haben, was mit dem Begriff Konformation gemeint ist.
Wichtig ist auch noch Folgendes:
Konformationen eines Moleküls entstehen durch simple Drehungen von Atomen oder Atomgruppen um Einfachbindungen. Um eine neue Konformation zu bilden, müssen also keine chemischen Bindungen aufgebrochen und neu geknüpft werden.
Stabilität von Konformeren
Schauen wir uns einmal verschiedene Konformationen des Ethan-Moleküls in einer besonderen Darstellungsweise an, der sogenannten Newman-Projektion:
Konformationen des Ethan-Moleküls
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: Public domain.
Offensichtlich haben die beiden gezeigten Konformationen, die gestaffelte und die verdeckte, eine unterschiedlich hohe innere Energie. Die gestaffelte Konformation ist energetisch günstiger als die verdeckte. Das liegt an der Abstoßung der Elektronenpaarbindungen zwischen den C- und den H-Atomen.
Bei komplexeren Molekülen gibt es viele verschiedene energetisch günstige Konformationen und noch mehr energetisch ungünstige Konformationen.
Konformation von Enzymen
In der Biologie ist der Begriff der Konformation vor allem bei der Enzymatik wichtig. Viele Enzyme können in zwei oder mehreren verschiedenen stabilen (= energetisch günstigen) Konformationen vorliegen. In der einen Konformation kann das Enzym gut arbeiten, in der anderen nicht so gut.
Das liegt an dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, das ja der Enzymwirkung zu Grunde liegt. In der stabilen Konformation A kann das Substrat des Enzyms passgenau aufgenommen werden (der Schlüssel passt), in der stabilen Konformation B passt das Substrat nicht in das aktive Zentrum des Enzyms.
Welche Konformation das Enzym gerade einnimmt, kann von Umweltfaktoren wie Temperatur oder pH-Wert abhängen, aber auch von Effektoren, also kleineren Molekülen, die sich in das allosterische Zentrum des Enzyms setzen und so die Konformation des Enzyms verändern können. Dies ist das Grundprinzip der allosterischen Enzymregulation.