Stereochimia triacilgliceridelor/fosfolipidelor

Glicerolul este o moleculă achirală, deoarece C2 are doi substituenți identici, -CH2OH. Glicerolul din organism poate fi transformat chimic în triacilgliceride și fosfolipide (PL), care sunt chirale și care există într-o singură formă enantiomerică. Cum poate fi posibil acest lucru dacă cele două grupări CH2OH de pe glicerol sunt identice? Se pare că, deși aceste grupări sunt echivalente din punct de vedere stereochimic, le putem diferenția după cum urmează. Orientați glicerolul cu OH de pe C2 îndreptat spre stânga. Apoi, înlocuiți OH din C1 cu OD, unde D este deuteriu. Acum, cei doi substituenți alcoolici de pe C1 și C3 nu sunt identici, iar molecula rezultată este chirală. Prin rotirea moleculei astfel încât H de pe C2 să fie îndreptat spre spate și prin atribuirea de priorități celorlalți substituenți de pe C2 după cum urmează: OH =1, DOCH2 =2 și CH2OH = 3, se poate observa că molecula rezultată se află în configurația S. Prin urmare, se spune că C1 este carbonul proS. La fel, dacă am înlocuit OH de pe C3 cu OD, vom forma enantiomerul R. Prin urmare, C3 este carbonul proR. Acest lucru arată că, în realitate, putem face diferența între cei doi substituenți CH2OH identici. Spunem că glicerolul nu este chiral, ci prochiral. (Gândiți-vă că glicerolul are potențialul de a deveni chiral prin modificarea unuia dintre cei doi substituenți identici.)

Figura: Glicerolul – O moleculă prochirală

Potem să corelăm configurația glicerolului de mai sus, (când OH de pe C2 este îndreptat spre stânga) cu configurația absolută a L-gliceraldehidei, un zahăr simplu (o polihidroxialdehidă sau cetonă), un alt derivat 3C al glicerolului. Această moleculă este chirală, OH de pe C2 (singurul carbon chiral) fiind îndreptat spre stânga. Este ușor de reținut că orice zahăr L are OH-ul de pe ultimul carbon chiral îndreptat spre stânga. Enantiomerul (izomerul în oglindă) al L-gliceraldehidei este D-gliceraldehida, în care OH de pe C2 este îndreptat spre dreapta. Biochimiștii folosesc L și D pentru stereochimia lipidelor, zaharurilor și aminoacizilor, în locul nomenclaturii R,S pe care o foloseați în chimia organică. Denumirea stereochimică a tuturor zaharurilor, aminoacizilor și glicerolipidelor poate fi determinată din configurația absolută a L- și D-gliceraldehidei.

Prima etapă în sinteza in vivo (în organism) a derivaților chirali din glicerolul achiral implică fosforilarea OH de pe C3 de către ATP (o fosfoanhidridă similară ca structură cu anhidrida acetică, un excelent agent acetilant) pentru a produce molecula chirală fosfat de glicerol. Bazându-ne pe configurația absolută a L-gliceraldehidei și folosind-o pentru a desena glicerolul (cu OH de pe C2 îndreptat spre stânga), putem vedea că molecula fosforilată poate fi numită L-glicerol-3-fosfat. Cu toate acestea, prin rotirea la 180 de grade a acestei molecule, fără a schimba stereochimia moleculei, nu schimbăm deloc molecula, dar folosind nomenclatura D/L de mai sus, am numi molecula rotită D-glicerol-1-fosfat. Nu putem da aceleiași molecule două nume diferite. De aceea, biochimiștii au dezvoltat sistemul de numerotare stereospecifică (sn), care atribuie poziția 1 a unei molecule prochirale grupului care ocupă poziția proS. Folosind această nomenclatură, putem vedea că molecula chirală descrisă mai sus, glicerol-fosfat, poate fi numită fără ambiguitate sn-glicerol-3-fosfat. Substituentul hidroxil de pe carbonul proR a fost fosforilat.

Figură: Sinteza biologică a triacilgliceridelor și a acidului fosfatidic din glicerol prochiral

Fosforilarea enzimatică a glicerolului prochiral pe OH al carbonului proR pentru a forma sn-glicerol-3-fosfat este ilustrată în link-ul de mai jos. Așa cum am reușit să diferențiem cei 2 substituenți CH2OH identici ca conținând fie carbonul proS, fie carbonul proR, la fel poate face și enzima. Enzima poate diferenția substituenții identici de pe o moleculă prochirală dacă molecula prochirală interacționează cu enzima în trei puncte. Un alt exemplu de sistem reactanți prochirali/enzimă implică oxidarea etanolului, moleculă prochirală, de către enzima alcool dehidrogenază, în care doar H proR din cei 2 H de pe C2 este eliminat. (Vom discuta acest aspect mai târziu.)

Figura: Modul în care o enzimă (glicerol kinaza) transferă un PO4 de la ATP la proR CH2OH al glicerolului la formarea triacilglicerolilor chirali și a acidului fosfatidic.

.