Triasyyliglyseridi/fosfolipidien stereokemia

Glyseroli on akiraalinen molekyyli, koska C2:lla on kaksi identtistä substituenttia, -CH2OH. Glyseroli voi elimistössä muuttua kemiallisesti triasyyliglyserideiksi ja fosfolipideiksi (PL), jotka ovat kiraalisia ja joita esiintyy yhdessä enantiomeerisessä muodossa. Miten tämä on mahdollista, jos glyserolin kaksi CH2OH-ryhmää ovat identtisiä? Kävi ilmi, että vaikka nämä ryhmät ovat stereokemiallisesti ekvivalentteja, voimme erottaa ne toisistaan seuraavasti. Suuntaa glyseroli siten, että C2:n OH-ryhmä osoittaa vasemmalle. Korvaa sitten C1:n OH:n tilalle OD, jossa D on deuterium. Nyt C1:n ja C3:n kaksi alkoholisubstituenttia eivät ole identtisiä, ja tuloksena oleva molekyyli on kiraalinen. Kääntämällä molekyyliä siten, että C2:n H osoittaa taaksepäin, ja asettamalla C2:n muut substituentit tärkeysjärjestykseen seuraavasti: OH = 1, DOCH2 = 2 ja CH2OH = 3, voidaan nähdä, että molekyyli on S-konfiguraatiossa. Näin ollen sanomme, että C1 on proS-hiili. Vastaavasti, jos korvaamme C3:n OH:n OD:llä, muodostuu R-enantiomeeri. C3 on siis proR-hiili. Tämä osoittaa, että todellisuudessa voimme erottaa toisistaan kaksi identtistä CH2OH-substituenttia. Sanomme, että glyseroli ei ole kiraalinen vaan prokiraalinen. (Ajattele tätä niin, että glyserolista voi tulla kiraalinen muuttamalla yhtä kahdesta identtisestä substituentista.)

Kuva: Glyseroli – prokiraalinen molekyyli

Voidaan suhteuttaa yllä oleva glyserolin konfiguraatio (kun C2:n OH osoittaa vasemmalle) yksinkertaisen sokerin (polyhydroksialdehydi tai ketoni) L-glyseraldehydin absoluuttiseen konfiguraatioon, joka on toinen 3C-glyserolijohdannainen. Tämä molekyyli on kiraalinen, kun C2:n OH (ainoa kiraalinen hiili) osoittaa vasemmalle. On helppo muistaa, että minkä tahansa L-sokerin viimeisen kiraalisen hiilen OH osoittaa vasemmalle. L-glyseraldehydin enantiomeeri (peilikuvallinen isomeeri) on D-glyseraldehydi, jossa C2:n OH osoittaa oikealle. Biokemistit käyttävät lipidien, sokerien ja aminohappojen stereokemiassa L- ja D-nimikkeitä orgaanisessa kemiassa käytetyn R,S-nimikkeistön sijaan. Kaikkien sokerien, aminohappojen ja glyserolipidien stereokemiallinen nimitys voidaan määrittää L- ja D-glyseraldehydin absoluuttisen konfiguraation perusteella.

Kiraalisten johdannaisten synteesin ensimmäinen vaihe in vivo (elimistössä) akiraalisesta glyserolista käsittää C3:n OH:n fosforyloinnin ATP:llä (fosforianhydridi, joka on rakenteeltaan samanlainen kuin etikkahappoanhydridi, joka on erinomainen asetyloiva aine), jolloin syntyy kiraalinen molekyyli glyserolifosfaatti. L-glyseraldehydin absoluuttisen konfiguraation perusteella ja käyttämällä sitä glyserolin piirtämiseen (C2:n OH:n osoittaessa vasemmalle) voimme nähdä, että fosforyloitua molekyyliä voidaan kutsua L-glyseroli-3-fosfaatiksi. Kääntämällä tätä molekyyliä 180 astetta muuttamatta molekyylin stereokemiaa emme kuitenkaan muuta molekyyliä lainkaan, vaan käyttämällä edellä esitettyä D/L-nimikkeistöä nimeäisimme käännetyn molekyylin D-glyseroli-1-fosfaatiksi. Emme voi antaa samalle molekyylille kahta eri nimeä. Siksi biokemistit ovat kehittäneet stereospesifisen numerointijärjestelmän (sn), jossa prokiraalisen molekyylin 1-asento osoitetaan proS-asemassa olevalle ryhmälle. Tätä nimikkeistöä käyttäen voidaan todeta, että edellä kuvattu kiraalinen molekyyli, glyserolifosfaatti, voidaan yksiselitteisesti nimetä sn-glyseroli-3-fosfaatiksi. ProR-hiilen hydroksyylisubstituentti fosforyloitiin.

Kuva: Triasyyliglyseridien ja fosfatidihapon biologinen synteesi prokiraalisesta glyserolista

Prokiraalisen glyserolin entsymaattinen fosforylointi proR-hiilen OH:n kohdalla sn-glyseroli-3-fosfaatin muodostamiseksi on havainnollistettu alla olevassa linkissä. Koska pystyimme erottamaan 2 identtistä CH2OH-substituenttia joko proS- tai proR-hiiliä sisältäviksi, niin myös entsyymi pystyy. Entsyymi pystyy erottamaan samanlaiset substituentit prokiraalisessa molekyylissä, jos prokiraalinen molekyyli on vuorovaikutuksessa entsyymin kanssa kolmessa kohdassa. Toinen esimerkki prokiraalisesta reaktantti/entsyymijärjestelmästä on prokiraalisen molekyylin etanolin hapettaminen alkoholidehydrogenaasientsyymillä, jossa C2:n kahdesta H:sta poistetaan vain proR-H. (Tästä keskustellaan myöhemmin.)

Kuva: Miten entsyymi (glyserolikinaasi) siirtää PO4:n ATP:stä glyserolin proR CH2OH:n glyserolin proR CH2OH:iin muodostettaessa kiraalisia triasyyliglyseroleja ja fosfatidihappoa.