Formazione del legame glicosidico
Ora, consideriamo la formazione acetale in un contesto biochimico. Un esempio molto importante del gruppo acetale/chetale in biochimica sono i legami glicosidici che collegano i singoli monomeri di zucchero per formare polisaccaridi (vedere paragrafo 1.3 per una rapida revisione)., Guarda il legame glicosidico tra due monomeri di glucosio in una catena di cellulasi:
Se guardi attentamente, dovresti riconoscere che il carbonio #1, il carbonio anomerico sul monomero di glucosio sul lato sinistro, è il carbonio centrale di un gruppo acetale. I biochimici si riferiscono a questo come un legame b-1,4, perché la stereochimica al carbonio #1 è b nel sistema di nomenclatura dei carboidrati specializzati, ed è legata al carbonio #4 del successivo glucosio sulla catena., La grande diversità strutturale dei carboidrati deriva in gran parte dai diversi legami che sono possibili – sia in termini di collegamento di due atomi di carbonio, sia dalla stereochimica del legame. Vedrai molte più variazioni dei modelli di legame glicosidico se studi la biochimica dei carboidrati in modo più approfondito.,
Le reazioni in cui si formano nuovi legami glicosidici sono catalizzate da enzimi chiamati glicosiltransferasi, e in termini di chimica organica queste reazioni rappresentano la conversione di un emiacetale in un acetale (ricorda che i monomeri di zucchero nella loro forma ciclica sono emiacetali ed emicetali)., Il meccanismo per la formazione del legame glicosidico in una cellula vivente è parallelo al meccanismo di formazione acetale catalizzato acido (non biologico), con una differenza importante: piuttosto che essere protonato, il gruppo \(OH\) dell’emiacetale viene convertito in un buon gruppo di partenza mediante fosforilazione (questo è un modello che conosciamo dai capitoli 9 e 10). L’identità specifica del gruppo fosfato attivante varia per diverse reazioni, quindi è generalizzata nella figura seguente.,
Meccanismo di (biochimica) acetalica formazione:
- Punto A (in fase di Attivazione): Questa fase della reazione varia a seconda del caso particolare, ma comporta sempre un gruppo fosfato trasferimento passi che sono familiari per il capitolo 9. Ciò che è più importante per la nostra discussione attuale, tuttavia, è semplicemente che il gruppo idrossilico sull’emiacetale è stato attivato – cioè. trasformato in un buon gruppo di partenza – per fosforilazione.,
- Passo 1: Ora che il gruppo di partenza è stato attivato, fa il suo lavoro e se ne va, con conseguente carbocation stabilizzato risonanza.
- Punto 2: Un alcool nucleofilo sulla catena crescente della cellulosa attacca il carbocation altamente elettrofilo per formare un acetale. Qui è dove viene determinata la stereochimica del nuovo legame glicosidico: a seconda della reazione, il nucleofilo alcolico potrebbe avvicinarsi da entrambi i lati del carbocation planare.,
Per ribadire: è importante riconoscere il modello meccanicistico familiare \(S_N1\) in gioco qui: nella fase A, un gruppo di partenza povero viene convertito in un gruppo di partenza buono, nella fase 1 il gruppo di partenza lascia e una carbocation stabilizzata viene lasciata indietro, e nella fase 2 un nucleofilo attacca per formare un nuovo legame e completare il processo di sostituzione. Guarda indietro le reazioni \(S_N1\) che abbiamo visto nel capitolo 8 se hai problemi a creare questa connessione meccanicistica.,
Ora, diamo un’occhiata in particolare al meccanismo di reazione della glicosil transferasi in cui un nuovo legame glicosidico si forma su una catena di cellulosa in crescita. Il glucosio (un emiacetale) viene prima attivato attraverso due fasi di trasferimento enzimatico del fosfato: passo A1, una reazione di isomerizzazione del fosfato con un meccanismo simile alla reazione nel problema P9.13, seguita da un passo UTP-dipendente A2, per il quale sei stato invitato a proporre un meccanismo nel problema P9.12.,
Il gruppo UDP su glucosio-UDP lascia quindi (passaggio 1 sotto), formando un intermedio di carbocation stabilizzato dalla risonanza. L’attacco del gruppo alcolico sulla catena di cellulosa in crescita nella fase 2 forma il legame glicosidico (acetale). Nota l’inversione della stereochimica.
