En esterbinding er defineret som bindingen mellem en alkohol (-OH) og en carboxylsyregruppe (-COOH), dannet ved eliminering af et vandmolekyle (H 2 O) (Futura-Sciences,, SF).
Strukturen af ethylacetat er vist i figur 1. Esterbindingen er den enkeltbinding, der dannes mellem ilt i carboxylsyren og carbonet i ethanolen.
Figur 1: Etylacetatstruktur.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
I figuren svarer den blå del til den del af forbindelsen, der kommer fra ethanol, og den gule del svarer til eddikesyre. Esterbindingen er markeret i den røde cirkel.
Hydrolyse af esterbindingen
For at forstå lidt bedre beskaffenheden af esterbindinger forklares reaktionsmekanismen for hydrolysen af disse forbindelser. Esterbindingen er relativt svag. I et surt eller basisk medium hydrolyseres det til dannelse af henholdsvis alkohol og carboxylsyre. Reaktionsmekanismen ved hydrolyse af estere er godt undersøgt.
I basisk medium angriber først nukleofile hydroxider ved den elektrofile C i C = O-esteren, bryder n-bindingen og skaber det tetrahedrale mellemprodukt.
Derefter kollapser mellemproduktet og reformerer C = O, hvilket resulterer i tabet af den fraspaltende gruppe, alkoxidet, RO-, som fører til carboxylsyren.
Endelig er en syre / base-reaktion en meget hurtig ligevægt, hvor alkoxidet, RO-fungerer som en base, der deprotonerer carboxylsyren, RCO2H, (en syrebehandling tillader, at carboxylsyren opnås fra reaktionen).
Figur 2: hydrolyse af esterbindingen i et basisk medium.
Mekanismen til hydrolyse af esterbindingen i et syremedium er lidt mere kompliceret. En syre / base-reaktion opstår først, da du kun har en svag nukleofil og en dårlig elektrofil, du har brug for for at aktivere esteren.
Protonationen af carbonylesteren gør den mere elektrofil. I det andet trin fungerer iltet i vandet som nukleofilen ved at angribe det elektrofile C ved C = O, idet elektronerne bevæger sig mod hydroniumionen og skaber det tetrahedrale mellemprodukt.
I det tredje trin forekommer en syre / base-reaktion, der beskytter det ilt, der kom fra vandmolekylet for at neutralisere ladningen.
I det fjerde trin forekommer en anden syre / base-reaktion. Du er nødt til at få -OCH3 ud, men du er nødt til at gøre det til en god forlader gruppe ved protonering.
I det femte trin bruger de elektroner fra et tilstødende ilt for at hjælpe med at "skubbe" ud af den forladende gruppe og fremstille et neutralt alkoholmolekyle.
I det sidste trin optræder en syre / base-reaktion. Afbeskyttelse af hydroniumion afslører C = O-carbonyl i carboxylsyreproduktet og regenererer syrekatalysatoren (Dr. Ian Hunt, SF).
Æstertyper
Kulsyreester
Kulstofestere er de mest almindelige af denne type forbindelser. Den første carbonhydridester var ethylacetat eller også kaldet ethylacetanoat. Tidligere blev denne forbindelse kendt som eddikeether, hvis navn på tysk er Essig-Äther, hvis sammentrækning blev afledt af navnet på denne type forbindelse.
Ester findes i naturen og er vidt brugt i industrien. Mange estere har karakteristisk frugtlugt, og mange findes naturligt i de essentielle olier fra planter. Dette har også ført til dets almindelige brug i kunstige dufte og duftstoffer, når lugte prøver at blive efterlignet.
Flere milliarder kilogram polyestere produceres årligt industrielt, vigtige produkter som de er; polyethylenterephthalat, acrylatestere og celluloseacetat.
Esterbindelsen af carboxyliske estere er ansvarlig for dannelsen af triglycerider i levende organismer.
Triglycerider findes i alle celler, men hovedsageligt i fedtvæv er de den vigtigste energireserve, som kroppen har. Triacylglycerider (TAG) er glycerolmolekyler bundet til tre fedtsyrer gennem en esterbinding. Fedtsyrerne, der findes i TAG'er, er overvejende mættede (Wilkosz, 2013).
Figur 3: triglycerid dannet af glycerol og tre fedtsyrer bundet af en esterbinding.
Triacylglycerider (triglycerider) syntetiseres i praktisk talt alle celler. De vigtigste væv til syntese af TAG er tyndtarmen, leveren og adipocytter. Bortset fra tarmen og adipocytterne begynder TAG-syntese med glycerol.
Glycerol fosforyleres først med glycerolkinase og derefter aktiveres aktiverede fedtsyrer (fedt acyl-CoA'er) som substrater til tilsætning af phosphatidinsyre-genererende fedtsyrer. Fosfatgruppen fjernes, og den sidste fedtsyre tilsættes.
Figur 4: esterificering af glycerol 3-phosphat til dannelse af phosphatidinsyre.
I tyndtarmen hydrolyseres diætiske TAG'er for at frigive fedtsyrer og monoacylglycerider (MAG), inden enterocytter optages. Enterocyt MAG'er tjener som underlag til acylering i en totrinsproces, der producerer en TAG.
Inden i fedtvæv er der ingen ekspression af glycerolkinase, så byggesten for TAG i dette væv er det glycolytiske mellemprodukt, dihydroxyacetonphosphat, DHAP.
DHAP reduceres til glycerol-3-phosphat med cytosolisk glycerol-3-phosphatdehydrogenase, og den resterende TAG-syntesereaktion er den samme som for alle andre væv.
Phosforester
Fosforsyreestere produceres ved dannelse af en esterbinding mellem en alkohol og fosforsyre. I betragtning af syrens struktur kan disse estere være mono, di og trisubstitueret.
Figur 5: strukturen af phosphorsyretriesteren.
Disse typer af esterbindelser findes i forbindelser, såsom phospholipider, ATP, DNA og RNA.
Phospholipider syntetiseres ved dannelse af en esterbinding mellem en alkohol og phosphatidinsyrephosphat (1,2-diacylglycerol 3-phosphat). De fleste phospholipider har en mættet fedtsyre på C-1 og en umættet fedtsyre på C-2 af glycerolskelettet.
De mest almindeligt tilsatte alkoholer (serin, ethanolamin og cholin) indeholder også nitrogen, der kan lades positivt, mens glycerol og inositol ikke gør det (King, 2017).
Figur 6: struktur af et phospholipid. Esterbindingen er markeret i den røde cirkel.
Adenosintrifosfat (ATP) er et molekyle, der bruges som energivaluta i cellen. Dette molekyle er sammensat af et adeninmolekyle bundet til ribosemolekylet med tre fosfatgrupper (figur 8).
Figur 7: ATP-molekyle. Esterbindingen er markeret i den røde cirkel.
De tre phosphatgrupper i molekylet kaldes gamma (y), beta (β) og Alpha (α), hvor sidstnævnte forestrer C-5-hydroxylgruppen af ribose.
Bindingen mellem ribose og a-phosphorylgruppen er en phosphoesterbinding, fordi den inkluderer et carbonatom og et phosphoratom, mens β- og y-phosphorylgrupperne i ATP er forbundet med phosphoanhydridbindinger, der ikke involverer carbonatomer..
Alle phosphoanhydro har betydelig kemisk potentiel energi, og ATP er ingen undtagelse. Denne potentielle energi kan bruges direkte i biokemiske reaktioner (ATP, 2011).
En phosphodiesterbinding er en kovalent binding, i hvilken en phosphatgruppe er bundet til tilstødende kulstof gennem esterbindinger. Bindingen er resultatet af en kondensationsreaktion mellem en hydroxylgruppe på to sukkergrupper og en phosphatgruppe.
Diesterbindingen mellem phosphorsyre og to sukkermolekyler i DNA og rygrad RNA forbinder to nukleotider sammen for at danne oligonukleotidpolymerer. Fosfodiesterbindingen forbinder et 3 'carbonatomer med et 5' carbonatomer i DNA og RNA.
(base1) - (ribose) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribose) - (base 2)
(BASE1) - (ribose) - O - P (O) 2 - O- (ribose) - (base 2) + H 2 O
Under omsætningen af to af hydroxylgrupperne i phosphorsyre med en hydroxylgruppe i to andre molekyler dannes to esterbindinger i en phosphodiester-gruppe. En kondensationsreaktion, hvor et molekyle vand går tabt, genererer hver esterbinding.
Under polymerisationen af nukleotider til dannelse af nukleinsyrer bindes hydroxylgruppen i fosfatgruppen til 3 '-kulstofet i et sukker fra et nukleotid for at danne en esterbinding til phosphatet af et andet nukleotid.
Reaktionen danner en phosphodiesterbinding og fjerner et vandmolekyle (dannelse af phosphodiestherbinding, SF).
Svovlsyreester
Svovlsyreestere eller thioestere er forbindelser med den funktionelle gruppe RS-CO-R '. De er produktet af esterificeringen mellem en carboxylsyre og en thiol eller med svovlsyre (Block, 2016).
Figur 8: generisk struktur af en thioester. Esterbindingen er markeret i den røde cirkel.
I biokemi er de bedst kendte thioestere derivater af coenzym A, for eksempel acetyl-CoA.
Acetyl-coenzym A eller acetyl-CoA (figur 8) er et molekyle, der deltager i mange biokemiske reaktioner. Det er et centralt molekyle i metabolismen af lipider, proteiner og kulhydrater.
Dets hovedfunktion er at levere acetylgruppen til citronsyrecyklus (Krebs-cyklus), der skal oxideres til energiproduktion. Det er også forstadiemolekylet til syntese af fedtsyrer og er et produkt af nedbrydningen af nogle aminosyrer.
Figur 9: opbygning af acetyl CoA.
De CoA-aktiverede fedtsyrer, der er nævnt ovenfor, er andre eksempler på thioestere med oprindelse i muskelcellen. Oxidationen af fedtsyre-CoA-tioestere forekommer faktisk i diskrete vesikulære organer kaldet mitokondrier (Thompson, 2015).
Referencer
- ATP. (2011, 10. august). Gendannet fra learbiochemistry.wordpress: learningbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22. april). Organosulfur forbindelse. Hentet fra britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hydrolyse af estere. Gendannes fra chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Ester bond. Gendannes fra futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16. marts). Fedtsyre, triglycerider og phospholipidsyntese og stofskifte. Gendannes fra themedicalbiochemistrypage.org.
- dannelse af fosfodiestherbindinger. (SF). Gendannes fra biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19. august). Lipid. Gendannes fra britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6. november). Dannelsen af esterbinding i syntese af lipider. Gendannes fra wisc-online.com.