Triacilglicerid/foszfolipid sztereokémia
A glicerin achirális molekula, mivel a C2 két azonos szubsztituenssel, -CH2OH-val rendelkezik. A glicerin a szervezetben kémiailag átalakulhat triacilgliceridekké és foszfolipidekké (PL), amelyek királisak, és amelyek egy enantiomer formában léteznek. Hogyan lehetséges ez, ha a glicerin két CH2OH csoportja azonos? Kiderül, hogy bár ezek a csoportok sztereokémiailag egyenértékűek, mégis a következőképpen tudjuk megkülönböztetni őket. A glicerint úgy tájoljuk, hogy a C2-csoport OH-csoportja balra mutasson. Ezután cseréljük ki a C1 OH-ját OD-ra, ahol D a deutérium. Most már a C1 és C3 két alkoholszubsztituens nem azonos, és a kapott molekula királis. Ha a molekulát úgy forgatjuk el, hogy a C2-n lévő H hátrafelé mutasson, és a C2 többi szubsztituenséhez a következőképpen rendelünk prioritásokat: OH =1, DOCH2 =2 és CH2OH = 3, látható, hogy a kapott molekula S konfigurációban van. Ezért azt mondjuk, hogy a C1 a proS szénatom. Hasonlóképpen, ha a C3-on lévő OH-t OD-val helyettesítjük, akkor az R enantiomert képezzük. Ezért a C3 a proR szénatom. Ez azt mutatja, hogy a valóságban különbséget tudunk tenni a két azonos CH2OH szubsztituens között. Azt mondjuk, hogy a glicerin nem királis, hanem prokirális. (Gondoljuk ezt úgy, hogy a glicerin potenciálisan királissá válhat a két azonos szubsztituens egyikének módosításával.)
Ábra:
A glicerin fenti konfigurációját (amikor a C2-en lévő OH balra mutat) kapcsolatba hozhatjuk az L-gliceraldehid, egy egyszerű cukor (polihidroxi-aldehid vagy keton), egy másik 3C glicerinszármazék abszolút konfigurációjával. Ez a molekula királis, mivel a C2-n lévő OH (az egyetlen királis szénatom) balra mutat. Könnyű megjegyezni, hogy bármely L-cukor esetében az OH az utolsó királis szénatomon balra mutat. Az L-gliceraldehid enantiomerje (tükörképi izomerje) a D-gliceraldehid, amelyben a C2-en lévő OH jobbra mutat. A biokémikusok a lipidek, cukrok és aminosavak sztereokémiájára az L és D jelölést használják a szerves kémiában használt R,S nómenklatúra helyett. Az összes cukor, aminosav és glicerolipid sztereokémiai megnevezése meghatározható az L- és D-gliceraldehid abszolút konfigurációjából.
A királis származékok in vivo (a szervezetben) szintézisének első lépése az achirális glicerinből a C3-on lévő OH foszforilálása ATP-vel (az ecetsav-anhidridhez hasonló szerkezetű foszforanhidrid, amely kiváló acetiláló szer) a királis molekula, a glicerin-foszfát előállításához. Az L-gliceraldehid abszolút konfigurációja alapján, és ezt felhasználva a glicerin rajzolásához (a C2-n lévő OH balra mutat), láthatjuk, hogy a foszforilált molekulát L-glicerin-3-foszfátnak nevezhetjük. Ha azonban ezt a molekulát 180 fokkal elforgatjuk, anélkül, hogy a molekula sztereokémiáját megváltoztatnánk, egyáltalán nem változtatjuk meg a molekulát, hanem a fenti D/L nómenklatúrát alkalmazva a forgatott molekulát D-glicerin-1-foszfátnak neveznénk el. Nem adhatunk ugyanannak a molekulának két különböző nevet. Ezért a biokémikusok kifejlesztették a sztereospecifikus számozási rendszert (sn), amely egy prokirális molekula 1-es pozícióját a proS pozíciót elfoglaló csoporthoz rendeli. Ezt a nómenklatúrát használva láthatjuk, hogy a fent leírt királis molekula, a glicerin-foszfát, egyértelműen sn-glicerin-3-foszfátnak nevezhető. A proR szénatomon lévő hidroxil-szubsztituens foszforilálódott.
Ábra: A triacilgliceridek és a foszfatidsav biológiai szintézise prokirális glicerinből
A prokirális glicerin enzimatikus foszforilálását a proR szén OH-ján, sn-glicerin-3-foszfát képződése érdekében az alábbi link mutatja be. Mivel a 2 azonos CH2OH szubsztituenst meg tudtuk különböztetni, hogy a proS vagy a proR szénatomot tartalmazzák, így az enzim is. Az enzim képes megkülönböztetni az azonos szubsztituenseket egy prokirális molekulán, ha a prokirális molekula három ponton lép kölcsönhatásba az enzimmel. Egy másik példa a prokirális reaktánsok/enzim rendszerre a prokirális molekula etanol oxidációja az alkohol-dehidrogenáz enzim által, amelyben a C2-en lévő 2 H-ból csak a proR H-t távolítják el. (Ezt később tárgyaljuk.)
Ábra: Hogyan visz át egy enzim (glicerin kináz) egy PO4-et az ATP-ből a glicerin proR CH2OH-jára a királis triacilglicerin és a foszfatidsav képződésekor.
