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2026-03-07T08:06:32Z

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[[Datei:D-Glucosamin.svg|mini|Strukturformel von α-D-Glucosamin, dem ersten entdeckten Aminozucker]]
'''Aminozucker''' sind [[Monosaccharide]] (''Einfachzucker''), bei denen eine oder mehrere [[Hydroxygruppe]]n (–OH) formal durch eine [[Aminogruppe]] (–NH2) ersetzt sind. Freie Aminozucker sind stark [[Basen (Chemie)|basisch]] und kommen in der Natur nicht vor; die Monosaccharide sind immer Bestandteile von [[Glycoside]]n und [[Polymer|polymeren]] Stoffen. Als Bausteine verschiedener, häufig essentieller [[Biomolekül]]e sind sie für viele zentrale chemische Vorgänge und molekulare Strukturen in der Natur grundlegend.

Ist der [[Stickstoff]] an das [[Kohlenstoff]]atom des [[Anomeres Zentrum|anomeren Zentrums]] eines Monosaccharids gebunden, so heißt der betreffende Aminozucker ''Glycosylamin'', andernfalls wird er ''Aminodesoxyzucker'' genannt.<ref name="Peter,Vollhardt">Peter, Vollhardt: ''Organische Chemie'', Wiley-VCH, Weinheim 1990. ISBN 3-527-26912-6, S. 1102.</ref>

Entdeckt wurde diese Stoffgruppe 1875 von dem jungen Mediziner [[Georg Ledderhose]], als er Scheren und Panzer eines jüngst verzehrten [[Hummer]]s in Salzsäure einkochte und daraufhin glitzernde Kristalle ([[Glucosamin|D-Glucosamin]]-[[Hydrochloride|Hydrochlorid]]) entdeckte. Im Jahr darauf folgte die Erstbeschreibung, 1903 die erste [[Synthese (Chemie)|Synthese]] (durch [[Emil Fischer|Fischer]] und [[Hermann Leuchs|Leuchs]]), 1914 entdeckten [[Phoebus Levene]] und F. B. La Forge [[Galactosamin|D-Galactosamin]]. Der Nachweis von Aminozuckern im [[Influenzavirus]] erfolgte 1947 (durch C. A. Knight).<ref>Kuhn et al.: ''Aminozucker''. In: Angewandte Chemie, Jahrgang 69 (1957), Ausgaben 1–2, S. 23–33, insb. S. 26.</ref>

== Funktion und Bedeutung ==
=== In der Natur ===
[[Datei:N-Acetyl-neuraminsäure2.svg|mini|[[N-Acetylneuraminsäure]] ''(Sialinsäure)'': Ein Aminozucker, der Bestandteil der [[Glykokalix]] und für den Abbau von [[Glycoproteine]]n aus dem Blut mitverantwortlich ist]]
Aminozucker sind in verschiedensten Organismen als Bestandteil ihrer [[Zelle (Biologie)#Struktur der Zelle|Zellstruktur]] von Bedeutung: so festigen sie etwa bei [[Bakterien]] mit [[Peptidoglycan|Murein]] die [[Zellwand]], fungieren bei [[Gliedertiere]]n und [[Pilze]]n als Baustein des [[Chitin]]s und stellen bei vielen höheren Lebewesen die Gruppe der [[Glycosaminoglycane]], die als Faserstoffe, Bestandteile von [[Zellmembran]]en und der [[Extrazelluläre Matrix#Grundsubstanz|Grundsubstanz der extrazellulären Matrix]], zudem auch in [[Blut]] und [[Frauenmilch]]<ref name="Ternes">Ternes, Täufel, Tunger, Zobel: ''Lexikon der Lebensmittel und der Lebensmittelchemie.'' S. 74–79. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2007. ISBN 978-3-8047-2275-0.</ref> vorhanden sind.<ref>{{RömppOnline|ID=RD-01-02104|Name=Aminozucker|Abruf=2014-06-13}}</ref> Allgemein gelten 2-Desoxy-2-Amino-Aldosen wie [[Glucosamin|D-Glucosamin]] oder [[Galactosamin|D-Galactosamin]] als die wichtigsten Aminozucker.<ref name="Ternes"/> Doch auch bei [[Nukleotide]]n, den [[Genetischer Code|codierenden]] Grundbausteinen der [[Desoxyribonukleinsäure|DNA]], handelt es sich um [[Substitutionsreaktion|substituierte]] Glycosylamine.<ref name="Peter,Vollhardt"/>

Aufgrund ihrer Aminogruppen stellen Aminozucker außerdem einen relevanten Faktor für den [[Stickstoff#Stickstoff im Boden|Stickstoffgehalt von Böden]] dar: schätzungsweise 5–10 % des Bodenstickstoffs gehen auf sie zurück, davon entstammt der Großteil abgestorbenen [[Mikroorganismus|Mikroorganismen]], wogegen Pflanzen Aminozucker nicht in signifikanten Mengen produzieren.<ref>Roberts et al.: ''Free amino sugar reactions in soil in relation to soil carbon and nitrogen cycling''. In: Soil Biology and Biochemistry, 39 (2007), S. 3081–3092.</ref> In intensiv bewirtschafteten Böden ist der Aminozuckeranteil messbar verringert, da die bakterielle Synthese als Folge der industriellen Landnutzung deutlich abnimmt; zudem treten zwischen unterschiedlich stark kultivierten Böden Differenzen innerhalb des Anteils bestimmter Aminozucker (zwischen denen bakteriellen Ursprungs, deren Konzentration infolge Ackernutzung stärker absinkt, und jenen dem Chitin entstammenden) auf, wodurch sich die Relation zwischen den beiden Gruppen als Indikator für Landnutzungseinflüsse anwenden lässt.<ref>Zhang et al.: ''Amino sugars in soils of the North American cultivated prairie''. In: Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Jahrgang 160 (1997), Ausgabe 5, S. 533–538.</ref>

=== Verwendung ===
[[Datei:Kanamycin A.svg|mini|[[Kanamycin]]: Ein von ''Streptomyces kanamyceticus'' gebildetes Antibiotikum, das in Therapie und Forschung angewandt wird. Wie auch z. B. bei den [[Gentamicine]]n ist in der mittleren Untereinheit kein Ringsauerstoff vorhanden, wodurch das Gesamtmolekül streng genommen kein Zucker mehr ist.<ref>Bruice: ''Organische Chemie''. S. 1150. Pearson Studium, München 2007. ISBN 978-3-8273-7190-4.</ref>]]
Eine Reihe von glycosidisch gebundenen Aminozuckern sind charakteristisch für [[Aminoglycoside]], welche als [[Antibiotika]] so auf die [[Proteinbiosynthese]] von Bakterien einwirken, dass anschließend [[Proteine]] unsinniger Zusammensetzung gebildet werden. Zudem werden [[Sialinsäuren|Sialinsäureanaloga]] als [[Neuraminidase-Hemmer|Neuramidasehemmer]] zur Bekämpfung von [[Virusinfektion|Viruserkrankungen]] wie [[Influenza]] eingesetzt, doch sind diese selbst keine [[Kohlenhydrate|Zucker]]. Weiters wird der physiologisch in den [[Mastzelle]]n gebildete [[Koenzym|Kofaktor]] des gerinnungshemmenden [[Antithrombin III]], [[Heparin]], als [[Antikoagulation|Antikoagulans]] eingesetzt.<ref>Lüllmann, Mohr, Hein: ''Taschenatlas Pharmakologie''. S. 280–281,290,150. Thieme, Stuttgart 2004. ISBN 3-13-707705-2.</ref>

Mit der [[Amadori-Umlagerung]] lassen sich aus [[Aldosen|Aldose]]-''N''-[[Glucoside]]n korrespondierende [[Ketosen|Ketose]]-''N''-Glucoside gewinnen, welche wichtige Zwischenprodukte in der Herstellung von [[Osazone]]n, [[Osone]]n, [[Chinoxaline]]n und den [[Vitamine]]n [[Riboflavin]] (B2) und [[Folsäure]] (B9) sind.<ref>{{RömppOnline|ID=RD-01-01849|Name=Amadori-Umlagerung|Abruf=2014-06-13}}</ref>

Da Aminozucker eine besonders starke [[magnetische Kopplung]] zeigen, wurde ferner vorgeschlagen, sie – anstelle der bisher verwendeten Proteine – als [[Koordinative Bindung|Koordinationspartner]] für die Metallzentren synthetischer [[Katalysator]]en einzusetzen.<ref>Wegner et al.: ''Neue Bausteine zum Design von Mehrkern-Kupferkomplexen auf der Basis von Aminokohlenhydraten''. In: Angewandte Chemie, Jahrgang 112 (2000), Ausgabe 3, S. 608–612.</ref>

== Chemie ==
Freie Aminozucker reagieren stark basisch, weshalb sie in lebenden Organismen [[Acetylgruppe|acetyliert]] werden. Natürlicherweise sind vor allem Aminozucker aus [[Hexosen]] verbreitet, zu denen [[Mannose]], [[Traubenzucker|Glucose]] ''(Traubenzucker)'' und [[Galaktose|Galactose]] zählen. Da die Hydroxygruppe des C2-Atom bevorzugt ersetzt wird, entstehen vielfach 2-Amino-Hexosen: So bildet sich etwa aus Glucose Glucosamin, aus Mannose Mannosamin und aus der Galactose ein Galactosamin.<ref>Wissenschaft-Online-Lexikon: ''Eintrag zu Aminozucker im Lexikon der Chemie''.</ref>

=== Biosynthese ===
Die Biosynthese der Aminozucker verläuft über eine [[Transaminierung]], wobei die Aminogruppe aus der [[Aminosäure]] [[Glutamin]] stammt. [[Glucose-6-phosphat]] wird beispielsweise durch das [[Enzyme|Enzym]] [[Hexosephosphat-Transaminase]] zu D-Glucosamin-6-phosphat aminiert. Das gebildete Glucosaminphosphat kann mit Hilfe einer Transacetylase in das N-Acetylderivat überführt werden. Nach Umwandlung zum 1-Phosphat wird dieses durch Reaktion mit [[Uridintriphosphat|UTP]] aktiviert und danach in verschiedenste Polymerverbindungen eingebaut.<ref>Löffler, Petrides, Heinrich: ''Biochemie und Pathobiochemie''. S. 544–545. Springer, Heidelberg 2007. ISBN 3-540-32680-4.</ref>

=== Laborsynthese ===
Es gibt verschiedene Wege, Aminozucker herzustellen. Eine Methode ist eine [[Cyclisierung|Ringschlussreaktion]] vom [[Aldolreaktion|Aldoltyp]] zwischen [[Aldehyde|Dialdehyden]] und [[Organische Nitroverbindung|Nitroalkanen]]. So kann etwa [[Saccharose]] zuerst mit [[Blei(IV)-acetat]] und [[Essigsäure]] am Ring der [[Fruchtzucker|Fructofuranose]]-Untereinheit [[Oxidation|oxidativ]] gespalten, jener anschließend wieder über Reaktion mit [[Nitromethan]] unter Präsenz von [[Natriummethanolat]] und [[Methanol]] geschlossen und anschließend die [[Nitrogruppe]] zur Aminogruppe [[Reduktion (Chemie)|reduziert]] werden.<ref>Shing: ''Glycol Cleavage Reactions''. In: Trost, Fleming (Hrsg.): ''Comprehensive organic synthesis: selectivity, strategy and efficiency in modern organic chemistry''. S. 712, Band 7. Pergamon Press, 1991. ISBN 0-08-035929-9.</ref>

{{Formel |datei=[[Datei:Saccharose Aminierung.svg|rahmenlos|hochkant=1.5]]|text=Synthese eines Aminozuckers aus Saccharose durch Ringspaltung mit Blei(IV)-acetat, Umsetzung des resultierenden Dialdehyds mit Nitromethan und abschließender Reduktion der Nitro- zur Aminogruppe}}

Ein jüngerer Syntheseweg für Aminodesoxyzucker ist die von 1-Hydroxy-1,2-benziodoxol-3(1''H'')-on-1-oxid („IBX“) vermittelte Darstellung aus [[Glycale]]n.<ref>Nicolaou et al.: ''Novel IBX-Mediated Processes for the Synthesis of Amino Sugars and Libraries Thereof''. In: Angewandte Chemie, Jahrgang 112 (2000), Ausgabe 14, S. 2625–2629.</ref>

== Analytik ==
2-Acetamidozucker können durch die [[Morgan-Elson-Reaktion]] nachgewiesen werden. Dabei werden unter basischen Bedingungen [[Furane (Stoffgruppe)|Furane]] gebildet, die anschließend mit [[Ehrlichs Reagenz]] umgesetzt werden.<ref name="Sinnott">Michael Sinnott: ''Carbohydrate Chemistry and Biochemistry.'' Royal Society of Chemistry, 2013, ISBN 978-1-78262-632-9. S. 721, 722.</ref>

== Literatur ==
* Debenham et al.: ''Recent Advances in N-Protection for Amino Sugar Synthesis''. In: Liebigs Annalen, Jahrgang 1997, Ausgabe 5, S. 791–802.
* Suzuki et al.: ''Rapid analysis of amino sugars by microchip electrophoresis with laser-induced fluorescence detection''. In: Electrophoresis, Jahrgang 22, Ausgabe 18, S. 4023–4031.

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Aminozucker| ]]
[[Kategorie:Stoffgruppe]]

Aminozucker - Versionsgeschichte

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