vorming van Glycosidebinding
laten we nu de vorming van acetalen in een biochemische context bekijken. Een zeer belangrijk voorbeeld van de acetaal/ketal-groep in de biochemie is de glycosidebindingen die individuele suikermonomeren verbinden tot polysachariden (zie Paragraaf 1.3 Voor een kort overzicht)., Kijk naar de glycosidebinding tussen twee glucosemonomeren in een cellulaseketen:
als je goed kijkt, zou je moeten herkennen dat koolstof #1, het abnormale koolstof aan de linkerkant van het glucosemonomeer, de centrale koolstof is van een acetaalgroep. Biochemici verwijzen naar dit als een B-1,4 koppeling, omdat de stereochemie bij koolstof # 1 b is in het gespecialiseerde koolhydraatnomenclatuur systeem, en het is gekoppeld aan koolstof #4 van de volgende glucose op de keten., De enorme structurele diversiteit aan koolhydraten komt voor een groot deel voort uit de verschillende verbanden die mogelijk zijn – zowel in termen waarvan twee koolstofverbindingen zijn gekoppeld, als ook de stereochemie van de koppeling. Je zult veel meer variaties van glycoside binding linkage patronen zien als je koolhydraten biochemie dieper bestudeert.,
reacties waarbij nieuwe glycosidebindingen worden gevormd, worden gekatalyseerd door enzymen die glycosyltransferasen worden genoemd, en in organische scheikundige termen vertegenwoordigen deze reacties de omzetting van een hemiacetaal in een acetaal (onthoud dat suikermonomeren in hun cyclische vorm hemiacetalen en hemiketalen zijn)., Het mechanisme voor de vorming van glycosidebinding in een levende cel loopt parallel met het zuur gekatalyseerde (niet-biologische) acetaalvormingsmechanisme, met een belangrijk verschil: in plaats van geprotoneerd te worden, wordt de \(OH\) groep van het hemiacetaal door fosforylering omgezet in een goede verlaat groep (dit is een patroon dat we kennen uit hoofdstukken 9 en 10). De specifieke identiteit van de activerende fosfaatgroep varieert voor verschillende reacties, dus het wordt gegeneraliseerd in de onderstaande figuur.,
mechanisme voor (biochemische) acetaalvorming:
- stap A (Activeringsfase): deze fase van de reactie varieert afhankelijk van het specifieke geval, maar omvat altijd fosfaat groep overdracht stappen die bekend zijn uit hoofdstuk 9. Het belangrijkste voor onze huidige discussie is echter dat de hydroxylgroep op het hemiacetaal is geactiveerd – dat wil zeggen. gemaakt in een goede leaving group – door fosforylatie.,
- Stap 1: nu de leaving group is geactiveerd, doet hij zijn werk en vertrekt, wat resulteert in een resonantie gestabiliseerde carbocatie.
- Stap 2: een nucleofiele alcohol op de groeiende celluloseketen valt de sterk elektrofiele carbocatie aan om een acetaal te vormen. Hier wordt de stereochemie van de nieuwe glycosidebinding bepaald: afhankelijk van de reactie kan het alcoholnucleofiel van beide kanten van de vlakke carbocatie benaderen.,
om te herhalen: het is belangrijk om het bekende \(S_N1\) mechanistische patroon in het spel te herkennen: in stap A wordt een slechte verlatingsgroep omgezet in een goede verlatingsgroep, in Stap 1 verlaat de verlatingsgroep en blijft een gestabiliseerde carbocatie achter, en in Stap 2 valt een nucleofiel aan om een nieuwe binding te vormen en het substitutieproces te voltooien. Kijk terug naar de \(S_N1\) reacties die we zagen in hoofdstuk 8 als je problemen hebt met het maken van deze mechanistische verbinding.,
laten we nu specifiek kijken naar het glycosyltransferase-reactiemechanisme waarin een nieuwe glycosidebinding wordt gevormd op een groeiende celluloseketen. Glucose (een hemiacetaal) wordt eerst geactiveerd door middel van twee enzymatische fosfaat transfer stappen: Stap A1, een fosfaat isomerisatie reactie met een mechanisme vergelijkbaar met de reactie in probleem P9.13, gevolgd door een UTP-afhankelijke stap A2, waarvoor u werd uitgenodigd om een mechanisme voor te stellen in probleem P9.12.,
de UDP-groep op glucose-UDP verlaat vervolgens (stap 1 hieronder) en vormt een resonantiestabiliserend carbocatie-intermediair. Aanval door de alcoholgroep op de groeiende celluloseketen in Stap 2 vormt de glycoside (acetaal) binding. Let op de inversie van stereochemie.
