tworzenie wiązań glikozydowych
teraz rozważmy tworzenie acetali w kontekście biochemicznym. Bardzo ważnym przykładem grupy acetal / ketal w biochemii są wiązania glikozydowe, które łączą poszczególne monomery cukru tworząc polisacharydy (patrz punkt 1.3 Dla szybkiego przeglądu)., Spójrz na Wiązanie glikozydowe między dwoma monomerami glukozy w łańcuchu celulazy:
jeśli przyjrzysz się uważnie, powinieneś rozpoznać, że węgiel #1, węgiel anomeryczny po lewej stronie monomeru glukozy, jest centralnym węglem grupy acetalnej. Biochemicy nazywają to wiązaniem b-1,4, ponieważ stereochemia w węglu #1 jest b w wyspecjalizowanym systemie nazewnictwa węglowodanów i jest związana z węglem #4 następnej glukozy w łańcuchu., Ogromna różnorodność strukturalna węglowodanów wynika w dużej mierze z różnych połączeń, które są możliwe – zarówno pod względem, w którym dwa węglany są połączone, jak i stereochemii połączenia. Zobaczysz o wiele więcej odmian glikozydowych połączeń wiązań, jeśli studiujesz biochemię węglowodanów w większej głębi.,
reakcje, w których powstają nowe wiązania glikozydowe, są katalizowane przez enzymy zwane glikozylotransferazami, a w chemii organicznej reakcje te reprezentują konwersję hemiacetalu do acetalu (pamiętaj, że monomery cukru w ich cyklicznej formie to hemiacetale i hemiketale)., Mechanizm tworzenia wiązań glikozydowych w żywej komórce jest równoległy do katalizowanego kwasem(niebiologicznego) mechanizmu formowania acetalu, z ważną różnicą: zamiast protonowania, grupa \(OH\) hemiacetalu jest przekształcana w dobrą grupę opuszczającą przez fosforylację (jest to wzór, który znamy z rozdziałów 9 i 10). Specyficzna tożsamość aktywującej grupy fosforanowej jest różna dla różnych reakcji, więc jest uogólniona na poniższym rysunku.,
mechanizm powstawania (biochemicznego) acetalu:
- krok A (faza aktywacji): ta faza reakcji zmienia się w zależności od konkretnego przypadku, ale zawsze obejmuje etapy transferu grupy fosforanów, które są znane z rozdziału 9. Najważniejsze dla naszej obecnej dyskusji jest jednak po prostu to, że grupa hydroksylowa na hemiacetalu została aktywowana – tj. przekształcony w dobrą grupę opuszczającą-przez fosforylację.,
- Krok 1: Teraz, gdy grupa opuszczająca została aktywowana, wykonuje swoją pracę i odchodzi, powodując karbokację stabilizowaną rezonansem.
- Krok 2: alkohol nukleofilowy na rosnącym łańcuchu celulozy atakuje wysoce elektrofilowe karbokację, tworząc acetal. Tutaj określa się stereochemię nowego wiązania glikozydowego: w zależności od reakcji nukleofil alkoholowy może zbliżyć się z obu stron karbokationu planarnego.,
aby powtórzyć: ważne jest, aby rozpoznać znany \(S_N1\) wzór mechanistyczny w grze tutaj: w kroku a, słaba Grupa opuszczająca jest przekształcana w dobrą grupę opuszczającą, w kroku 1 grupa opuszczająca odchodzi i stabilizowana karbokacja jest pozostawiona, a w Kroku 2 nukleofil atakuje, aby utworzyć nowe wiązanie i zakończyć proces substytucji. Spójrz wstecz na reakcje \(S_N1\), które widzieliśmy w rozdziale 8, Jeśli masz problemy z nawiązaniem tego mechanicznego połączenia.,
przyjrzyjmy się teraz dokładniej mechanizmowi reakcji transferazy glikozylowej, w którym na rosnącym łańcuchu celulozy powstaje nowe Wiązanie glikozydowe. Glukoza (hemiacetal) jest najpierw aktywowana przez dwa etapy enzymatycznego transferu fosforanów: etap A1, reakcja izomeryzacji fosforanów z mechanizmem podobnym do reakcji w problemie P9. 13, a następnie zależny od UTP etap A2, dla którego zaproszono Cię do zaproponowania mechanizmu w problemie P9.12.,
Grupa UDP na glukozo-UDP opuszcza następnie (krok 1 poniżej), tworząc stabilizowany rezonansowo carbokation intermediate. Atak grupy alkoholowej na rosnący łańcuch celulozy w etapie 2 tworzy wiązanie glikozydowe (acetalowe). Zwróć uwagę na inwersję stereochemii.
