Mutarotazione del glucosio - biochimica

Il glucosio è una molecola a sei atomi di carbonio con quattro centri chirali, la cui catena è aperta. In soluzione acquosa, invece, il glucosio permane per poco tempo nella forma aperta e tende ad assumere una forma ciclica. In altre parole, il glucosio in acqua è maggiormente presente nella sua conformazione chiusa che prende il nome di alpha-D-glucosio oppure, in base alla posizione dell'ossidrile legato al carbonio numero 1, in beta-D-glucosio.

La mutarotazione del glucosio comporta la rotazione, rispetto al piano medio, del gruppo ossidrilico per raggiungere - in soluzione acquosa - un equilibrio tra beta-D-Glucosio e alpha-D-Glucosio.

Forma lineare del glucosio

La forma lineare del glucosio prevede la molecola aperta con nessuna continuità tra gli atomi di carbonio da 1 a 5.  Può essere ottimamente rappresentata mediante la proiezione di Fischer. Osservando l'ossidrile in posizione 5 si può stabilire che il glucosio appartiene alla serie D.

Il carbonio in posizione 1 è un elettrofilo e l'ossidrile in 5 può essere un buon donatore di elettroni. In soluzione avviene la reazione tra ossigeno ossidrilico legato al carbonio 5 e carbonio carbonilico portando alla formazione del glucosio ciclico o glucosio a forma chiusa. Questa è, in genere, una tipica reazione tra composti carbonilici e tra alcoli per formare emiacetali.

Forma chiusa del glucosio

In soluzione acquosa il glucosio subisce un cambio conformazionale e l'ossidrile in posizione 5, durante il ripiegamento, si avvicina al carbonio carbonilico. Per una ragione di ingombro sterico, è possibile un solo tipo di ripiegamento; inoltre, a causa della repulsione elettronica tra il doppietto non condiviso dell'ossidrile in 5 e il doppietto dell'ossigeno carbonilico il ripiegamento è, ancora una volta, obbligatorio in un verso esclusivo.

La prima fase prevede il ripiegamento della molecola del glucosio:

L'attacco del carbonio porta alla formazione di glucosio con catena chiusa ed è caratterizzato dalla reazione tra aldeidi e alcoli che forma i cosiddetti emiacetali. I carboidrati a catena aperta hanno un gruppo aldeidico in posizione 1 e un gruppo alcolico localizzato nell'ultimo carbonio chirale.

Nel glucosio il gruppo alcolico è rappresentato dall'ossidrile in posizione 5.  Sono possibili due ulteriori configurazioni del glucosio chiuso aventi come punto di riferimento la posizione dell'ossidrile formatosi in seguito all'aggiunta di un idrogeno all'ossigeno carbonilico. Se l'ossidrile risiede nel piano inferiore rispetto all'asse centrale della molecola la configurazione sarà detta alpha (alpha-D-Glucosio) se, invece, risiederà nel piano superiore sarà definita beta (beta-D-Glucosio). La freccia rossa tratteggiata indica il piano in cui avviene la mutarotazione.

Mutarotazione del glucosio

La mutarotazione è un fenomeno di spostamento stereoisomero del gruppo ossidrilico in 1 che, in soluzione acquosa, avviene con lo scopo di raggiungere un equilibrio di presenza tra alpha-D-Glucosio e beta-D-Glucosio.