Triacylglycerid/Fosfolipid Stereokemi
Glycerol er et achiralt molekyle, da C2 har to identiske substituenter, -CH2OH. Glycerol i kroppen kan kemisk omdannes til triacylglycerider og fosfolipider (PL), som er chirale, og som findes i én enantiomerisk form. Hvordan kan dette være muligt, hvis de to CH2OH-grupper på glycerol er identiske? Det viser sig, at selv om disse grupper er stereokemisk ækvivalente, kan vi differentiere dem på følgende måde. Orienter glycerol med OH-gruppen på C2 til venstre. Derefter erstattes OH på C1 med OD, hvor D er deuterium. Nu er de to alkoholsubstituenter på C1 og C3 ikke identiske, og det resulterende molekyle er chiralt. Ved at dreje molekylet således, at H på C2 peger bagud, og ved at prioritere de andre substituenter på C2 på følgende måde: OH =1, DOCH2 =2 og CH2OH = 3, kan det ses, at det resulterende molekyle er i S-konfiguration. Vi siger derfor, at C1 er proS-kulstof. På samme måde, hvis vi erstattede OH på C3 med OD, vil vi danne R-enantiomeren. Derfor er C3 proR-kulstoffet. Dette viser, at vi i virkeligheden kan skelne mellem de to identiske CH2OH-substituenter. Vi siger, at glycerol ikke er chiral, men prochiral. (Tænk på dette som at glycerol har potentialet til at blive chiralt ved at ændre en af to identiske substituenter.)
Figur: Glycerol – et prochiralt molekyle
Vi kan relatere konfiguration af glycerol ovenfor, (når OH på C2 peger til venstre) til den absolutte konfiguration af L-glyceraldehyd, et simpelt sukker (et polyhydroxyaldehyd eller keton), et andet 3C-glycerolderivat. Dette molekyle er chiralt med OH på C2 (det eneste chirale kulstof) pegende mod venstre. Det er let at huske, at ethvert L-sukker har OH på det sidste chirale kulstof, der peger til venstre. Enantiomeren (spejlvendt isomer) af L-glyceraldehyd er D-glyeraldehyd, hvor OH på C2 peger mod højre. Biokemikere bruger L og D til stereokemi af lipider, sukker og aminosyrer i stedet for den R,S-nomenklatur, som du brugte i organisk kemi. Den stereokemiske betegnelse for alle sukkerarter, aminosyrer og glycerolipider kan bestemmes ud fra den absolutte konfiguration af L- og D-glyceraldehyd.
Det første trin i in vivo-syntesen (i kroppen) af chirale derivater fra den achirale glycerol indebærer fosforylering af OH på C3 med ATP (et fosfoanhydrid, der i struktur ligner eddikesyreanhydrid, et fremragende acetyleringsmiddel) for at fremstille det chirale molekyle glycerolphosphat. På grundlag af den absolutte konfiguration af L-glyceraldehyd og ved at bruge denne til at tegne glycerol (med OH på C2 pegende mod venstre) kan vi se, at det fosforylerede molekyle kan kaldes L-glycerol-3-fosfat. Ved at dreje dette molekyle 180 grader uden at ændre molekylets stereokemi ændrer vi imidlertid ikke molekylet overhovedet, men ved at bruge D/L-nomenklaturen ovenfor ville vi benævne det drejede molekyle som D-glycerol-1-fosfat. Vi kan ikke give det samme molekyle to forskellige navne. Derfor har biokemikere udviklet det stereospecifikke nummereringssystem (sn), som tildeler 1-positionen i et prochiralt molekyle til den gruppe, der besætter proSpositionen. Ved hjælp af denne nomenklatur kan vi se, at det ovenfor beskrevne chirale molekyle, glycerolphosphat, entydigt kan navngives som sn-glycerol-3-fosfat. Hydroxylsubstituenten på proR-kulstoffet blev fosforyleret.
Figur: Den biologiske syntese af triacylglycerider og fosfatidinsyre fra prochiral glycerol
Den enzymatiske fosforylering af prochiral glycerol på OH på proR-kulstoffet for at danne sn-glycerol-3-fosfat er illustreret i nedenstående link. Da vi var i stand til at skelne de 2 identiske CH2OH-substituenter som indeholdende enten proS eller proR-kulstofstofferne, kan enzymet det også. Enzymet kan skelne mellem identiske substituenter på et prochiralt molekyle, hvis det prochirale molekyle interagerer med enzymet på tre punkter. Et andet eksempel på et prochiralt reaktant/enzym-system er oxidationen af det prochirale molekyle ethanol ved hjælp af enzymet alkoholdehydrogenase, hvor kun proR H af de 2 H’er på C2 fjernes. (Vi vil diskutere dette senere.)
Figur: Hvordan et enzym (glycerolkinase) overfører et PO4 fra ATP til proR CH2OH af glycerol ved dannelse af chirale triacylglyceroler og fosfatidinsyre.
