Triacylglyceriden/fosfolipiden Stereochemie
Glycerol is een achiraal molecuul, aangezien C2 twee identieke substituenten heeft, -CH2OH. Glycerol in het lichaam kan chemisch worden omgezet in triacylglyceriden en fosfolipiden (PL) die chiraal zijn, en die in één enantiomere vorm bestaan. Hoe kan dit mogelijk zijn als de twee CH2OH-groepen op glycerol identiek zijn? Het blijkt dat, hoewel deze groepen stereochemisch equivalent zijn, we ze als volgt kunnen differentiëren. Oriënteer glycerol met de OH op C2 naar links. Vervang dan het OH van C1 door OD, waarbij D deuterium is. Nu zijn de twee alcoholsubstituenten op C1 en C3 niet identiek en is het resulterende molecuul chiraal. Door het molecuul zo te draaien dat de H op C2 naar achteren wijst, en aan de andere substituenten op C2 als volgt prioriteiten toe te kennen: OH =1, DOCH2 =2, en CH2OH = 3, is te zien dat het resulterende molecuul in de S-configuratie staat. Vandaar dat we zeggen dat C1 de proS-koolstof is. Op dezelfde manier, als we de OH op C3 vervangen door OD, zullen we de R enantiomeer vormen. Vandaar dat C3 de proR-koolstof is. Hieruit blijkt dat we in werkelijkheid onderscheid kunnen maken tussen de twee identieke CH2OH substituenten. We zeggen dat glycerol niet chiraal is, maar prochiraal. (Zie dit als glycerol heeft de potentie om chiraal te worden door een van de twee identieke substituenten te wijzigen.)
Figuur: Glycerol – Een prochiraal molecuul
We kunnen de configuratie van glycerol hierboven, (wanneer OH op C2 naar links wijst) relateren aan de absolute configuratie van L-glyceraldehyde, een eenvoudige suiker (een polyhydroxyaldehyde of keton), een ander 3C glycerolderivaat. Dit molecuul is chiraal, waarbij het OH op C2 (de enige chirale koolstof) naar links wijst. Het is gemakkelijk te onthouden dat bij elke L-suiker het OH op de laatste chirale koolstof naar links wijst. Het enantiomeer (spiegelbeeldisomeer) van L-glyceraldehyde is D-glyeraldehyde, waarbij het OH op C2 naar rechts wijst. Biochemici gebruiken L en D voor de stereochemie van lipiden, suikers en aminozuren, in plaats van de R,S-nomenclatuur die je in de organische scheikunde gebruikt. De stereochemische aanduiding van alle suikers, aminozuren, en glycerolipiden kan worden bepaald uit de absolute configuratie van L- en D-glyceraldehyde.
De eerste stap in de in vivo (in het lichaam) synthese van chirale derivaten uit het achirale glycerol bestaat uit de fosforylering van het OH op C3 door ATP (een fosforanhydride dat qua structuur lijkt op azijnzuuranhydride, een uitstekend acetyleringsmiddel) om het chirale molecuul glycerolfosfaat te produceren. Uitgaande van de absolute configuratie van L-glyceraldehyde, en aan de hand daarvan glycerol getekend (met de OH op C2 naar links), zien we dat het gefosforyleerde molecuul L-glycerol-3-fosfaat genoemd kan worden. Door dit molecuul echter 180 graden te draaien, zonder de stereochemie van het molecuul te veranderen, veranderen we het molecuul helemaal niet, maar met gebruikmaking van de D/L-nomenclatuur hierboven, zouden we het gedraaide molecuul D-glycerol-1-fosfaat noemen. We kunnen hetzelfde molecuul niet twee verschillende namen geven. Daarom hebben biochemici het stereospecifieke nummeringssysteem (sn) ontwikkeld, dat de 1-positie van een prochiraal molecuul toekent aan de groep die de proS-positie inneemt. Met behulp van deze nomenclatuur kunnen we zien dat het hierboven beschreven chirale molecuul, glycerol-fosfaat, ondubbelzinnig sn-glycerol-3-fosfaat genoemd kan worden. De hydroxylsubstituent op de proR-koolstof werd gefosforyleerd.
Figuur: De biologische synthese van triacylglyceriden en fosfatidezuur uit prochiraal glycerol
De enzymatische fosforylering van prochiraal glycerol op OH van de proR-koolstof tot sn-glycerol-3-fosfaat wordt geïllustreerd in de onderstaande link. Zoals wij in staat waren om de 2 identieke CH2OH substitutenten te onderscheiden als proS of proR bevattende, kan het enzym dat ook. Het enzym kan identieke substituenten op een prochiraal molecuul onderscheiden als het prochirale molecuul op drie punten met het enzym interageert. Een ander voorbeeld van een prochiraal reactant/enzym-systeem is de oxidatie van het prochirale molecuul ethanol door het enzym alcoholdehydrogenase, waarbij alleen de proR H van de 2 H’s op C2 wordt verwijderd. (We zullen dit later bespreken.)
Figuur: Hoe een enzym (glycerol kinase) een PO4 van ATP overbrengt naar de proR CH2OH van glycerol bij de vorming van chirale triacylglycerolen en fosfatidinezuur.
