Egy észter-kötést úgy definiáljuk, mint a kötés között egy alkohol-csoport (-OH) és egy karbonsav-csoport (-COOH), által alkotott megszüntetése egy vízmolekula (H 2 O) (Futura-Sciences,, SF).
Az etil-acetát szerkezetét az 1. ábra szemlélteti. Az észterkötés az az egyszeres kötés, amely a karbonsav oxigénje és az etanol szénatomja között képződik.
1. ábra: az etil-acetát szerkezete.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R „+ H 2 O
Az ábrán a kék rész a vegyületnek az etanolból származó részének felel meg, a sárga rész pedig az ecetsavnak. Az észterkötést a piros kör jelöli.
Az észterkötés hidrolízise
Az észterkötések természetének kissé jobb megértése érdekében ismertetjük ezen vegyületek hidrolízisének reakciómechanizmusát. Az észterkötés viszonylag gyenge. Savas vagy bázikus közegben hidrolizál, így alkoholt és karbonsavat képez. Az észterek hidrolízisének reakciómechanizmusát jól megvizsgálták.
Bázikus közegben a nukleofil hidroxidok először a C = O-észter elektrofil C hőmérsékleten támadnak, megsemmisítik a π-kötést és létrehozzák a tetraéder köztiterméket.
Ezután a közbenső termék összeomlik és megváltoztatja a C = O értéket, és így a kilépő csoport, az alkoxid, a RO- veszteség veszít, amely karbonsavhoz vezet.
Végül, a sav / bázis reakció nagyon gyors egyensúly, ahol a RO-alkoxid olyan bázisként funkcionál, amely deprotonálja a karbonsavat, az RCO2H-t (egy savkezelés lehetővé tenné a karbonsav előállítását a reakcióból).
2. ábra: Az észterkötés hidrolízise egy bázikus közegben.
Az észterkötés savas közegben történő hidrolízisének mechanizmusa egy kicsit bonyolultabb. Először egy sav / bázis reakció alakul ki, mivel csak gyenge nukleofilja és gyenge elektrofilja van, az észter aktiválásához szüksége van.
A karbonil-észter protonálása elektrofilébbé teszi. A második lépésben az oxigén a vízben nukleofilként funkcionál, amikor megtámadja az elektrofil C-t C = O-nál, miközben az elektronok a hidrónium-ion felé mozognak, és így létrehozzák a tetraéder intermediert.
A harmadik lépésben sav / bázis reakció alakul ki, amely a vízmolekulából származó oxigént eltávolítja a töltés semlegesítése céljából.
A negyedik lépésben újabb sav / bázis reakció zajlik. Ki kell hoznod az -OCH3-t, de protonálás útján jó távozó csoportnak kell lennie.
Az ötödik lépésben a szomszédos oxigénből származó elektronokat használják, hogy segítsék "kilépni" a kilépő csoportból, és semleges alkoholmolekulát állítsanak elő.
Az utolsó lépésben sav / bázis reakció alakul ki. A hidróniumion deprotonálásával kiderül a C = O karbonil a karbonsav termékben, és regenerálja a savas katalizátort (Dr. Ian Hunt, SF).
Ester típusok
Szén-észter
A szén-észterek a leggyakoribbak az ilyen típusú vegyületekben. Az első szénészter etil-acetát volt, vagy etil-etanoát. Ezt a vegyületet korábban eceter-éter néven ismerték, amelynek német neve Essig-Äther, amelynek összehúzódása az ilyen típusú vegyület nevéből származik.
Az észtereket a természetben találják, és az iparban széles körben használják. Számos észter jellegzetes gyümölcsszagú, és sokan természetesen jelen vannak a növények illóolajában. Ez ahhoz vezetett, hogy a mesterséges illatokban és illatanyagokban általánosan használják, amikor a szagokat utánozni próbálják.
Évente több milliárd kilogramm poliésztert állítanak elő iparilag fontos termékekként; polietilén-tereftalát, akrilát-észterek és cellulóz-acetát.
A karboxil-észterek észterkötése felelős az élő szervezetekben a trigliceridek képződéséért.
A triglicerideket minden sejtben megtalálják, de elsősorban a zsírszövetben ők a test fő energiatartalékai. A triacilgliceridek (TAG-k) olyan glicerinmolekulák, amelyek egy észterkötéssel három zsírsavhoz kapcsolódnak. A TAG-kban jelen levő zsírsavak túlnyomórészt telítettek (Wilkosz, 2013).
3. ábra: triglicerid, amelyet glicerin és három zsírsav képez, észterkötéssel összekapcsolva.
A triacilglicerideket (triglicerideket) szintetizálják gyakorlatilag minden sejtben. A TAG szintézisének fő szövete a vékonybél, a máj és az adipociták. A bél és az adipociták kivételével a TAG szintézis glicerinnel kezdődik.
A glicerint először glicerin-kinázzal foszforilálják, majd az aktivált zsírsavak (zsírsav-acil-CoA-k) szolgálnak szubsztrátként a foszfatidsavat előállító zsírsavak hozzáadására. A foszfátcsoportot eltávolítjuk és hozzáadjuk az utolsó zsírsavat.
4. ábra: A glicerin-3-foszfát észterezése foszfatidsavvá.
A vékonybélben az étrendi TAG-kat hidrolizálják, hogy felszabadítsák a zsírsavakat és a monoacil-glicerideket (MAG), mielőtt az enterociták felveszik azokat. Az enterocita MAG-k szubsztrátként szolgálnak az acilezéshez egy kétlépéses folyamatban, amely TAG-t eredményez.
A zsírszövetben a glicerin-kináz nem expresszálódik, így a TAG építőköve ebben a szövetben a glikolitikus közbenső termék, a dihidroxi-aceton-foszfát, a DHAP.
A DHAP redukálódik glicerin-3-foszfáttá citoszolos glicerin-3-foszfát dehidrogenáz segítségével, és a fennmaradó TAG szintézis reakció ugyanaz, mint az összes többi szövet esetében.
Foszfor-észter
A foszforsav-észtereket észterkötés kialakításával állítják elő az alkohol és a foszforsav között. A sav szerkezetére tekintettel ezek az észterek lehetnek mono-, di- és triszubsztituáltak.
5. ábra: a foszforsav-teszter szerkezete.
Az észterkötések ilyen típusai olyan vegyületekben találhatók, mint például a foszfolipidek, az ATP, a DNS és az RNS.
A foszfolipideket egy alkohol és foszfatidsav-foszfát (1,2-diacil-glicerin-3-foszfát) észterkötésének képzésével szintetizálják. A legtöbb foszfolipid telített zsírsavval rendelkezik a C-1-en és telítetlen zsírsavval a glicerin gerincének C-2-jén.
A leggyakrabban hozzáadott alkoholok (szerin, etanol-amin és kolin) tartalmaznak nitrogént is, amely pozitív töltésű, míg a glicerin és az inozit nem (King, 2017).
6. ábra: egy foszfolipid szerkezete. Az észterkötést a piros kör jelöli.
Az adenozin-trifoszfát (ATP) egy olyan molekula, amelyet a sejtben az energia pénznemeként használnak. Ez a molekula egy adenin-molekulából áll, amely három foszfátcsoporttal kapcsolódik a ribóz-molekulához (8. ábra).
7. ábra: ATP molekula. Az észterkötést a piros kör jelöli.
A molekula három foszfátcsoportját gamma (γ), béta (β) és Alpha (α) -nak nevezzük, ez utóbbi észterezi a ribóz C-5 hidroxilcsoportját.
A ribóz és az α-foszforilcsoport közötti kötés foszfoészter kötés, mivel tartalmaz szénatomot és foszforatomot, míg az ATP β- és γ-foszforilcsoportjai foszfoanhidrid kötésekkel kapcsolódnak, amelyek nem tartalmaznak szénatomokat..
Az összes foszfoanhidrogén jelentős kémiai potenciál energiával rendelkezik, és az ATP sem kivétel. Ez a potenciális energia közvetlenül felhasználható a biokémiai reakciókban (ATP, 2011).
A foszfodiészter kötés kovalens kötés, amelyben egy foszfátcsoport észterkötések útján kapcsolódik a szomszédos szénatomokhoz. A kötés a két cukorcsoport hidroxilcsoportja és a foszfátcsoport közötti kondenzációs reakció eredménye.
A diészter kötés a foszforsav és a DNS-ben lévő két cukor-molekula és a gerinc RNS között két nukleotidot összekapcsol oligonukleotid polimerekké. A foszfodiészter kötés összekapcsol egy 3 '-szénet egy 5' -szénhez a DNS-ben és az RNS-ben.
(bázis1) - (ribóz) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribóz) - (bázis 2)
(bázis1) - (riboz) - O - P (O) 2 - O- (riboz) - (bázis 2) + H 2 O
A foszforsavban lévő két hidroxilcsoport és két másik molekula hidroxilcsoportjának reakciója során két észterkötés jön létre egy foszfodiészter-csoportban. Egy kondenzációs reakció, amelyben egy víz molekula elveszik, minden észterkötést létrehoz.
A nukleotidok nukleinsavakké történő polimerizálása során a foszfátcsoport hidroxilcsoportja az egyik nukleotid cukorjának 3′-szénéhez kapcsolódik, hogy észterkötést képezzen egy másik nukleotid foszfátjához.
A reakció foszfodiészter kötést képez és eltávolítja a vízmolekulát (foszfodiészter kötés képződése, SF).
Kén-észter
A kénészterek vagy tioészterek az RS-CO-R 'funkciós csoporttal rendelkező vegyületek. Ezek egy karbonsav és egy tiol közötti vagy kénsavval végzett észterezés termékei (Block, 2016).
8. ábra: A tioészter általános felépítése. Az észterkötést a piros kör jelöli.
A biokémiában a legismertebb tioészterek az A koenzim származékai, például az acetil-CoA.
Az Acetil-koenzim A vagy acetil-CoA (8. ábra) egy molekula, amely számos biokémiai reakcióban részt vesz. Ez egy központi molekula a lipidek, fehérjék és szénhidrátok metabolizmusában.
Fő feladata az acetilcsoport bejuttatása a citromsav-ciklusba (Krebsz-ciklus) az oxidáció céljából az energiatermelés céljából. Ez a zsírsav-szintézis prekurzormolekulája és egyes aminosavak lebomlásának terméke.
9. ábra: az acetil-CoA szerkezete.
A fent említett CoA-aktivált zsírsavak az izomsejtből származó tioészterek más példái. A zsírsav-CoA-tioészterek oxidációja valójában diszkrét vezikuláris testekben, mitokondriumoknak nevezik (Thompson, 2015).
Irodalom
- ATP. (2011, augusztus 10.). Helyreállítva a Learnbiochemistry.wordpress webhelyről: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, április 22.). Szerves kénvegyület. Beolvasva a britannica-ról: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Az észterek hidrolízise. Helyreállítva a chem.ucalgary.ca-ról: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF). Észter kötés. Helyreállítva a futura-sciences.us oldalról.
- King, MW (2017, március 16). Zsírsav, trigliceridek és foszfolipid szintézis és metabolizmus. Helyreállítva a themedicalbiochemistrypage.org oldalról.
- foszfodiészter kötés képződése. (SF). Helyreállítva a biosynből: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, augusztus 19.). Lipid. A britannica helyreállítva: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, november 6). Az észterkötések kialakulása a lipidek szintézisében. Helyreállítva a wisc-online.com webhelyről.