¿Cómo se sabe lo que constituye ‘arriba’ y ‘debajo’ del plano de un anillo de azúcar? (Para enlaces glucosídicos alfa y beta).

Respuesta corta: tiene razón: la regla del anillo arriba / abajo es ambigua.

Los bioquímicos a menudo dicen “vinculado alfa” o “vinculado a beta”, y si bien estos términos distinguen con precisión los enlaces glucosídicos particulares, los términos son un poco engañosos gramaticalmente. alfa y beta son adjetivos que describen la configuración de una parte del producto resultante de la formación del enlace glicosídico. No son adjetivos para el vínculo en sí mismo. Veamos lo que realmente está pasando:

Los enlaces glucosídicos se forman mediante la reacción entre el extremo reductor de un sacárido, A , y el grupo OH de otra molécula, B (a menudo él mismo otro sacárido, pero no necesariamente). En condiciones biológicas, A cambia rápidamente entre muchos isómeros. La D-glucosa, por ejemplo, existe como una mezcla interconversión entre alfa-D-glucosa (36%), beta-D-glucosa (64%) y algunas otras configuraciones mucho menos estables. Una vez que se forma el enlace glicosídico, sin embargo, A se bloquea en una sola configuración. El símbolo “alfa” o “beta” especifica el anómero de A que está bloqueado en su lugar.

Entonces tu pregunta es realmente sobre nombrar anomers. Tiene razón en que la regla “arriba o debajo del anillo” es ambigua. Creo que las personas usualmente dibujan azúcares comunes de la misma manera, siempre orientando arbitrariamente a ciertos grupos en una conformación particular, lo que les permite utilizar el atajo mental “por encima o por debajo del anillo”. Pero este atajo puede conducir a errores, como muestra el último ejemplo con un azúcar-L, al final de esta respuesta.

La regla real para determinar alfa vs beta se proporciona a continuación, de acuerdo con estas reglas técnicas:
2-Carb-6 y 2-Carb-7

Para azúcares típicos de cadena corta, el protocolo es:
1. Dibuje la proyección de Fischer del azúcar en forma lineal con un lápiz. En este punto, el azúcar no es ni alfa ni beta porque aún no es un anillo.
2. Identifique el carbono que determina si el azúcar es D o L. Este es el “carbono de referencia”.
Ahora haz el anillo:
3. Borre el O = del extremo reductor (grupo aldehído o cetona).
4. Dibuje el nuevo grupo -OH anomérico a la derecha o a la izquierda mirando su posición relativa a otros grupos -OH en la imagen de Haworth o de la silla de la que está basando su proyección de Fischer.
5. Dibuje el nuevo enlace formador de anillo entre el carbono anomérico y el anillo-oxígeno como un bucle.
Ahora identifica el anomero que acabas de dibujar:
6. Resalte el grupo -OH en el carbono anomérico (el átomo de oxígeno unido a él que no está formando el anillo).
7. Resalte el grupo -OH en el carbono de referencia o, si ya no hay ningún grupo OH, porque el carbono de referencia está ahora unido al oxígeno que forma el anillo, circule el oxígeno que forma el anillo.
8. ¿Están los dos grupos resaltados en el mismo lado (izquierdo o derecho) de la proyección de Fischer? Entonces el anómero es el anómero alfa. Lados diferentes? beta anomero

Ejemplos, modificados desde el sitio web vinculado anteriormente:

Los grupos resaltados están en lados diferentes de la proyección de Fischer, por lo que se trata de beta-D-glucosa.

Los grupos resaltados están en el mismo lado, por lo que esto es alfa-D-glucosa.

Aquí hay un ejemplo donde falla la regla “arriba o abajo del anillo” que mencionas:

Los grupos resaltados están en el mismo lado, así que esto es alfa-L-arabinosa, aunque el OH anomérico está “por encima del anillo”.