Estrska vez je opredeljena kot vez med alkoholno skupino (-OH) in kislinsko skupino karboksilne (-COOH), tvorjena z odstranitvijo molekule vode (H 2 O) (Futura znanosti ,, SF).
Struktura etil acetata je prikazana na sliki 1. Estrska vez je tista enojna vez, ki tvori med kisikom karboksilne kisline in ogljikom etanolom.
Slika 1: struktura etil acetata.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
Na sliki modri del ustreza delu spojine, ki izhaja iz etanola, rumeni pa ustreza ocetni kislini. Estrska vez je označena v rdečem krogu.
Hidroliza esterske vezi
Da bi bolje razumeli naravo esterskih vezi, je razložen reakcijski mehanizem hidrolize teh spojin. Esterska vez je razmeroma šibka. V kislem ali bazičnem mediju hidrolizira, da tvori alkohol oziroma karboksilno kislino. Reakcijski mehanizem hidrolize estrov je dobro raziskan.
V bazičnem mediju nukleofilni hidroksidi najprej napadejo na elektrofilni C estra C = O, pretrgajo π vez in ustvarijo tetraedrski intermediat.
Nato se vmesni zruši, reformira C = O, kar ima za posledico izgubo opustitve skupine, alkoksida, RO-, kar vodi do karboksilne kisline.
Končno je kislinsko-bazna reakcija zelo hitro ravnovesje, kjer alkoksid, RO- deluje kot baza, ki deprotonira karboksilno kislino RCO2H (kislinsko zdravljenje bi omogočilo pridobitev karboksilne kisline iz reakcije).
Slika 2: hidroliza esterske vezi v osnovnem mediju.
Mehanizem hidrolize estrske vezi v kislem mediju je nekoliko bolj zapleten. Najprej se pojavi reakcija kislina / baza, saj imate le šibek nukleofil in slabo elektrofilo, ki jo morate aktivirati.
Protonacija karbonil estra jo naredi bolj elektrofilno. V drugem koraku kisik v vodi deluje kot nukleofil z napadom elektrofilnega C pri C = O, pri čemer se elektroni premikajo proti hidronijevemu ionu in ustvarjajo tetraedrski vmesni spoj.
V tretjem koraku pride do kislinsko-bazične reakcije, ki odstrani kisik, ki je prišel iz molekule vode, da nevtralizira naboj.
V četrtem koraku se pojavi še ena kislinsko-bazna reakcija. Izločiti morate -OCH3, vendar ga morate s protonalizacijo narediti dobro zapustitveno skupino.
V petem koraku uporabljajo elektrone iz sosednjega kisika, da pomagajo "izgnati" odhajajočo skupino, pri čemer nastajajo nevtralne molekule alkohola.
V zadnjem koraku pride do kislinsko / bazične reakcije. Deprotoniranje hidronijevega iona razkrije C = O karbonil v produktu karboksilne kisline in regenerira kislinski katalizator (dr. Ian Hunt, SF).
Tipi estrov
Karbonski ester
Ogljikovi estri so najpogostejši pri tej vrsti spojin. Prvi karbonski ester je bil etil acetat ali imenovan tudi etil etanoat. Prej je bila ta spojina znana kot eter kis, katerega nemško ime je Essig-Äther, katerega krčenje je izhajalo iz imena te vrste spojine.
Estre najdemo v naravi in se široko uporabljajo v industriji. Številni estri imajo značilne vonjave po sadju, mnogi pa so naravno prisotni v eteričnih oljih rastlin. To je tudi privedlo do njegove običajne uporabe v umetnih vonjih in dišavah, kadar poskušajo posnemati vonjave.
Vsako leto se industrijsko proizvede več milijard kilogramov poliestrov, pomembni proizvodi, kakršni so; polietilen tereftalat, akrilatni estri in celulozni acetat.
Estrska vez karboksilnih estrov je odgovorna za tvorbo trigliceridov v živih organizmih.
Trigliceridi najdemo v vseh celicah, predvsem pa v maščobnem tkivu, so glavna energetska rezerva, ki jo ima telo. Triacilgliceridi (TAG) so molekule glicerola, povezane s tremi maščobnimi kislinami, preko esterske vezi. Maščobne kisline, prisotne v TAG, so pretežno nasičene (Wilkosz, 2013).
Slika 3: trigliceridi, ki jih tvori glicerol in tri maščobne kisline, povezane z estrsko vezjo.
Triacilgliceridi (trigliceridi) se sintetizirajo v praktično vseh celicah. Glavna tkiva za sintezo TAG so tanko črevo, jetra in adipociti. Razen črevesja in adipocitov se sinteza TAG začne z glicerolom.
Glicerol najprej fosforilira z glicerol kinazo, nato aktivirane maščobne kisline (maščobni acil-CoAs) služijo kot substrati za dodajanje maščobnih kislin, ki tvorijo fosfatidno kislino. Fosfatna skupina se odstrani in doda se zadnja maščobna kislina.
Slika 4: esterifikacija fosfata glicerola 3, da nastane fosfatidna kislina.
V tankem črevesju se prehranske TAG hidrolizirajo, da sprostijo maščobne kisline in monoacilgliceride (MAG), preden jih enterociti prevzamejo. Enterocitni MAG služijo kot substrati za acilacijo v dvostopenjskem postopku, ki povzroči TAG.
Znotraj maščobnega tkiva ni izražanja glicerol kinaze, zato je gradnik TAG v tem tkivu glikolitični vmesni spoj, dihidroksiaceton fosfat, DHAP.
DHAP reduciramo na glicerol-3-fosfat s citosolno glicerol-3-fosfat dehidrogenazo, preostala reakcija sinteze TAG pa je enaka kot pri vseh drugih tkivih.
Fosforjev ester
Fosforni estri nastanejo s tvorbo estrske vezi med alkoholom in fosforno kislino. Glede na strukturo kisline so ti estri lahko mono, di in trisubstituirani.
Slika 5: struktura poskuševalca fosforne kisline.
Te vrste estrskih vezi najdemo v spojinah, kot so fosfolipidi, ATP, DNK in RNA.
Fosfolipidi se sintetizirajo s tvorbo esterske vezi med alkoholom in fosfatidinsko kislino fosfat (1,2-diacilglicerol 3-fosfat). Večina fosfolipidov ima nasičeno maščobno kislino na C-1 in nenasičeno maščobno kislino na C-2 hrbtenice glicerola.
Najpogosteje dodani alkoholi (serin, etanolamin in holin) vsebujejo tudi dušik, ki ga je mogoče pozitivno nabiti, glicerol in inozitol pa ne (King, 2017).
Slika 6: struktura fosfolipida. Estrska vez je označena v rdečem krogu.
Adenozin trifosfat (ATP) je molekula, ki se uporablja kot valuta energije v celici. Ta molekula je sestavljena iz molekule adenina, povezane z molekulo riboze s tremi fosfatnimi skupinami (slika 8).
Slika 7: molekula ATP. Esterska vez je označena v rdečem krogu.
Tri fosfatne skupine molekule imenujemo gama (γ), beta (β) in Alpha (α), ki zadnja esterificirata C-5 hidroksilno skupino riboze.
Vez med ribozo in α-fosforilno skupino je fosfoesterska vez, ker vključuje ogljikov atom in atom fosforja, medtem ko sta β- in-fosforilna skupina v ATP povezani s fosfoanhidridnimi vezmi, ki ne vključujejo ogljikovih atomov. .
Vsi fosfoanhidro imajo precejšnjo kemično potencialno energijo in ATP ni izjema. To potencialno energijo lahko uporabimo neposredno pri biokemijskih reakcijah (ATP, 2011).
Fosfodiesterska vez je kovalentna vez, v kateri je fosfatna skupina povezana s sosednjimi ogljiki prek estrskih vezi. Vez je posledica kondenzacijske reakcije med hidroksilno skupino dveh sladkornih skupin in fosfatno skupino.
Diesterska vez med fosforno kislino in dvema molekulama sladkorja v DNK in hrbtenični RNA povezuje dva nukleotida skupaj, da tvorita oligonukleotidne polimere. Fosfodiesterska vez povezuje 3 'ogljik s 5' ogljikom v DNK in RNK.
(baza 1) - (riboza) -OH + HO-P (O) 2-O- (riboza) - (baza 2)
(baza 1) - (riboza) - O - P (O) 2 - O- (riboza) - (baza 2) + H 2 O
Med reakcijo dveh hidroksilnih skupin v fosforjevi kislini s hidroksilno skupino v dveh drugih molekulah nastaneta dve esterski vezi v fosfodiesterski skupini. Kondenzacijska reakcija, v kateri se izgubi molekula vode, ustvari vsako estersko vez.
Med polimerizacijo nukleotidov, da tvorijo nukleinske kisline, se hidroksilna skupina fosfatne skupine veže na 3 'ogljik sladkorja enega nukleotida in tvori estersko vez s fosfatom drugega nukleotida.
Reakcija tvori fosfodiestersko vez in odstrani molekulo vode (tvorba fosfodiester vez, SF).
Žveplovi ester
Žveplovi estri ali tioesteri so spojine s funkcionalno skupino RS-CO-R '. So produkt esterifikacije med karboksilno kislino in tiolom ali z žveplovo kislino (Block, 2016).
Slika 8: generična struktura tioestera. Estrska vez je označena v rdečem krogu.
V biokemiji so najbolj znani tioesteri derivati koencima A, na primer acetil-CoA.
Acetil koencim A ali acetil-CoA (slika 8) je molekula, ki sodeluje v številnih biokemičnih reakcijah. Je osrednja molekula v presnovi lipidov, beljakovin in ogljikovih hidratov.
Njegova glavna funkcija je oddaja acetilne skupine v cikel citronske kisline (Krebsov cikel), ki se oksidira za proizvodnjo energije. Je tudi predhodnica molekule za sintezo maščobnih kislin in je produkt razgradnje nekaterih aminokislin.
Slika 9: struktura acetil CoA.
Zgoraj omenjene maščobne kisline, ki jih aktivirajo CoA, so drugi primeri tioesterjev, ki izvirajo iz mišične celice. Oksidacija maščobnih kislin-CoA tioesterjev se dejansko pojavi v diskretnih vezikularnih telesih, imenovanih mitohondriji (Thompson, 2015).
Reference
- ATP. (2011, 10. avgusta). Pridobljeno iz learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Blok, E. (2016, 22. april). Organo-žveplova spojina. Pridobljeno iz britannica: britannica.com.
- Ian Hunt (SF). Hidroliza estrov. Pridobljeno iz chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Ester vez. Pridobljeno iz spletnega mesta futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16. marec). Sinteza in presnova maščobne kisline, trigliceridov in fosfolipidov. Pridobljeno s temedicalbiochemistrypage.org.
- tvorba fosfodiasture vezi. (SF). Pridobljeno iz biosina: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19. avgusta). Lipid. Pridobljeno iz britannice: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6. novembra). Oblikovanje estrskih vezi v sintezi lipidov. Pridobljeno iz wisc-online.com.