En esterbinding er definert som bindingen mellom en alkoholgruppe (OH) og en karboksylsyregruppe (-COOH), er dannet ved eliminering av et vannmolekyl (H 2 O) (Futura-Sciences ,, SF).
Strukturen til etylacetat er vist på figur 1. Esterbindingen er den enkeltbindingen som dannes mellom oksygenet i karboksylsyren og karbonet i etanolen.
Figur 1: struktur av etylacetat.
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
På figuren tilsvarer den blå delen den delen av forbindelsen som kommer fra etanol og den gule delen tilsvarer eddiksyre. Esterbindingen er markert i den røde sirkelen.
Hydrolyse av esterbindingen
For å forstå litt bedre arten av esterbindene forklares reaksjonsmekanismen for hydrolysen av disse forbindelsene. Esterbindingen er relativt svak. I et surt eller basisk medium hydrolyseres det for å danne henholdsvis alkohol og karboksylsyre. Reaksjonsmekanismen for hydrolyse av estere er godt studert.
I basisk medium angriper først nukleofile hydroksider ved den elektrofile C til C = O-esteren, og bryter π-bindingen og skaper det tetraedriske mellomprodukt.
Så kollapser mellomproduktet, reformerer C = O, noe som resulterer i tap av den forlate gruppen, alkoxidet, RO-, som fører til karboksylsyren.
Til slutt er en syre / base-reaksjon en veldig rask likevekt der alkoksydet, RO-fungerer som en base som deprotonerer karboksylsyren, RCO2H, (en syrebehandling vil tillate karboksylsyren å oppnås fra reaksjonen).
Figur 2: hydrolyse av esterbindingen i et basisk medium.
Mekanismen for hydrolyse av esterbindingen i et surt medium er litt mer komplisert. En syre / basereaksjon oppstår først, siden du bare har en svak nukleofil og en dårlig elektrofil du trenger for å aktivere esteren.
Protonasjonen av karbonylesteren gjør den mer elektrofil. I det andre trinnet fungerer oksygenet i vannet som nukleofilen ved å angripe det elektrofile C ved C = O, med elektronene som beveger seg mot hydroniumionet, og skaper det tetraedriske mellomproduktet.
I det tredje trinnet oppstår en syre / base-reaksjon, som beskytter oksygenet som kom fra vannmolekylet for å nøytralisere ladningen.
I det fjerde trinnet oppstår en annen syre / base-reaksjon. Du må få ut -OCH3, men du må gjøre det til en god forlate gruppe ved protonering.
I det femte trinnet bruker de elektroner fra et tilstøtende oksygen for å "skyve ut" den forlate gruppen og produsere et nøytralt alkoholmolekyl.
I det siste trinnet oppstår en syre / base-reaksjon. Deprotonering av hydroniumion avslører C = O-karbonyl i karboksylsyreproduktet og regenererer syrekatalysatoren (Dr. Ian Hunt, SF).
Ester typer
Kullsyreester
Kullestere er de vanligste av denne typen forbindelser. Den første karbonatesteret var etylacetat eller også kalt etyletanoat. Tidligere ble denne forbindelsen kjent som eddiketer, hvis navn på tysk er Essig-Äther, hvis sammentrekning ble avledet fra navnet på denne typen forbindelse.
Estere finnes i naturen og er mye brukt i industrien. Mange estere har karakteristisk fruktlukt, og mange er naturlig til stede i essensielle oljer fra planter. Dette har også ført til vanlig bruk i kunstige dufter og dufter når lukter prøver å bli etterlignet.
Flere milliarder kilo polyestere produseres industrielt årlig, viktige produkter som de er; polyetylentereftalat, akrylatestere og celluloseacetat.
Esterbindingen av karboksylestere er ansvarlig for dannelsen av triglyserider i levende organismer.
Triglyserider finnes i alle celler, men hovedsakelig i fettvev er de den viktigste energireserven som kroppen har. Triacylglycerider (TAG) er glyserolmolekyler knyttet til tre fettsyrer gjennom en esterbinding. Fettsyrene som er til stede i TAG, er overveiende mettede (Wilkosz, 2013).
Figur 3: triglyserid dannet av glyserol og tre fettsyrer bundet av en esterbinding.
Triacylglycerider (triglyserider) syntetiseres i praktisk talt alle celler. De viktigste vevene for syntesen av TAG er tynntarmen, leveren og adipocytter. Bortsett fra tarmen og adipocyttene, begynner TAG-syntesen med glyserol.
Glyserol fosforyleres først med glyserolkinase og deretter aktiveres fettsyrer (fettige acyl-CoAs) som underlag for tilsetning av fosfatidsyregenererende fettsyrer. Fosfatgruppen fjernes og den siste fettsyren tilsettes.
Figur 4: forestring av glyserol 3 fosfat for å danne fosfatidinsyre.
I tynntarmen hydrolyseres kostholds-TAG for å frigjøre fettsyrer og monoacylglyserider (MAG) før opptak av enterocytter. Enterocytt-MAG-er tjener som underlag for acylering i en totrinns prosess som produserer en TAG.
Innenfor fettvev er det ingen uttrykk for glyserolkinase, så byggesteinen for TAG i dette vevet er det glykolytiske mellomproduktet, dihydroxyaceton fosfat, DHAP.
DHAP reduseres til glyserol-3-fosfat av cytosolisk glyserol-3-fosfatdehydrogenase, og den gjenværende TAG-syntesereaksjonen er den samme som for alle andre vev.
Fosforester
Fosforsyreestere produseres ved dannelse av en esterbinding mellom en alkohol og fosforsyre. Gitt strukturen av syren, kan disse esterne være mono, di og trisubstituert.
Figur 5: strukturen til fosforsyretriesteren.
Disse typer esterbindinger finnes i forbindelser som fosfolipider, ATP, DNA og RNA.
Fosfolipider syntetiseres ved dannelse av en esterbinding mellom en alkohol og fosfatidinsyrefosfat (1,2-diacylglycerol 3-fosfat). De fleste fosfolipider har en mettet fettsyre på C-1 og en umettet fettsyre på C-2 av glyserolryggraden.
De mest tilsatte alkoholene (serin, etanolamin og kolin) inneholder også nitrogen som kan lades positivt, mens glyserol og inositol ikke gjør det (King, 2017).
Figur 6: strukturen til et fosfolipid. Esterbindingen er markert i den røde sirkelen.
Adenosintrifosfat (ATP) er et molekyl som brukes som valuta som energi i cellen. Dette molekylet er sammensatt av et adeninmolekyl knyttet til ribosemolekylet med tre fosfatgrupper (figur 8).
Figur 7: ATP-molekyl. Esterbindingen er markert i den røde sirkelen.
De tre fosfatgruppene i molekylet kalles gamma (γ), beta (β) og Alpha (α), sistnevnte forestrer C-5-hydroksylgruppen av ribose.
Bindingen mellom ribose og a-fosforylgruppen er en fosfoesterbinding fordi den inkluderer et karbonatom og et fosforatom, mens β- og y-fosforylgruppene i ATP er forbundet med fosfoanhydridbindinger som ikke involverer karbonatomer. .
All fosfoanhydro har betydelig kjemisk potensiell energi, og ATP er intet unntak. Denne potensielle energien kan brukes direkte i biokjemiske reaksjoner (ATP, 2011).
En fosfodiesterbinding er en kovalent binding der en fosfatgruppe er bundet til tilstøtende karbonhydrater gjennom esterbindinger. Bindingen er resultatet av en kondensasjonsreaksjon mellom en hydroksylgruppe på to sukkergrupper og en fosfatgruppe.
Diesterbindingen mellom fosforsyre og to sukkermolekyler i DNA og ryggrad RNA knytter to nukleotider sammen for å danne oligonukleotidpolymerer. Fosfodiesterbindingen knytter et 3 'karbon til et 5' karbon 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 reaksjonen av to av hydroksylgruppene i fosforsyre med en hydroksylgruppe i to andre molekyler dannes to esterbindinger i en fosfodiester-gruppe. En kondensasjonsreaksjon der ett molekyl med vann går tapt genererer hver esterbinding.
Under polymerisasjonen av nukleotider for å danne nukleinsyrer, fester hydroksylgruppen i fosfatgruppen seg til 3 'karbon i et sukker fra ett nukleotid for å danne en esterbinding til fosfatet til et annet nukleotid.
Reaksjonen danner en fosfodiesterbinding og fjerner et vannmolekyl (fosfodiestherbindingsdannelse, SF).
Svovelester
Svovelsyreestere eller tioestere er forbindelser med den funksjonelle gruppen RS-CO-R '. De er produktet av forestringen mellom en karboksylsyre og en tiol eller med svovelsyre (Block, 2016).
Figur 8: generisk struktur for en tioester. Esterbindingen er markert i den røde sirkelen.
I biokjemi er de mest kjente tioestrene derivater av koenzym A, for eksempel acetyl-CoA.
Acetylkoenzym A eller acetyl-CoA (figur 8) er et molekyl som deltar i mange biokjemiske reaksjoner. Det er et sentralt molekyl i metabolismen av lipider, proteiner og karbohydrater.
Dets viktigste funksjon er å levere acetylgruppen til sitronsyresyklusen (Krebs syklus) som skal oksideres for energiproduksjon. Det er også forløpermolekylet for syntese av fettsyrer og er et produkt av nedbrytningen av noen aminosyrer.
Figur 9: strukturen til acetyl CoA.
De CoA-aktiverte fettsyrene nevnt ovenfor er andre eksempler på tioestere som har sin opprinnelse i muskelcellen. Oksidasjonen av fettsyre-CoA-tioestere skjer faktisk i diskrete vesikulære legemer som kalles mitokondrier (Thompson, 2015).
referanser
- ATP. (2011, 10. august). Gjenopprettet fra learningbiochemistry.wordpress: learningbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22. april). Organosulfur forbindelse. Hentet fra britannica: britannica.com.
- Ian Hunt. (SF). Hydrolyse av estere. Gjenopprettet fra chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences ,. (SF). Ester bond. Gjenopprettet fra futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16. mars). Fettsyre, triglyserider og fosfolipidsyntese og metabolisme. Gjenopprettet fra themedicalbiochemistrypage.org.
- fosfodiestherbindingsdannelse. (SF). Gjenopprettet fra biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19. august). Lipid. Gjenopprettet fra britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6. november). Dannelsen av esterbindinger i syntesen av lipider. Gjenopprettet fra wisc-online.com.