المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الكيمياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11123 موضوعاً
علم الكيمياء
الكيمياء التحليلية
الكيمياء الحياتية
الكيمياء العضوية
الكيمياء الفيزيائية
الكيمياء اللاعضوية
مواضيع اخرى في الكيمياء
الكيمياء الصناعية

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
غزوة الحديبية والهدنة بين النبي وقريش
2024-11-01
بعد الحديبية افتروا على النبي « صلى الله عليه وآله » أنه سحر
2024-11-01
المستغفرون بالاسحار
2024-11-01
المرابطة في انتظار الفرج
2024-11-01
النضوج الجنسي للماشية sexual maturity
2024-11-01
المخرجون من ديارهم في سبيل الله
2024-11-01


Typical aldolase reactions - three variations on a theme  
  
1407   06:04 مساءً   date: 27-11-2019
Author : ..................
Book or Source : LibreTexts Project
Page and Part : .................

Typical aldolase reactions - three variations on a theme

The first step in an aldolase reaction is the deprotonation of an alpha-carbon to generate a nucleophilic carbanion. Nature has evolved several distinct strategies to stabilize the intermediate that results. Some aldolases use a metal ion to stabilize the negative charge on an enolate intermediate, while others catalyze reactions that proceed through neutral Schiff base or enol intermediates.

Let's examine first a reaction catalyzed by a so-called 'Class II' aldolase, in which a metal cation - generally Zn2+ - bound in the active site serves to stabilize the negative charge on an enolate intermediate. Fructose 1,6-bisphosphate aldolase is an enzyme that participates in both the glycolytic (sugar burning) and gluconeogenesis (sugar building) biochemical pathways. For now, we will concentrate on its role in the gluconeogenesis pathway, but we will see it again later in its glycolytic role. The reaction catalyzed by fructose 1,6-bisphosphate aldolase is a condensation between two 3-carbon sugars, glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) and dihydroxyacetone phosphate (DHAP), forming a six-carbon product (which leads, after three more enzymatic steps, to glucose).

image038.png

In the first step of the condensation, an alpha-carbon on DHAP is deprotonated, leading to an enolate intermediate. The strategy used to stabilize this key intermediate is to coordinate the negatively-charged enolate oxygen to an enzyme-bound zinc cation.

image040.png

Next, the deprotonated a-carbon attacks the carbonyl carbon of GAP in a nucleophilic addition reaction, and protonation of the resulting alcohol leads directly to the fructose 1,6-bisphosphate product.

image042.png

As with many other nucleophilic carbonyl addition reactions, a new stereocenter is created in this reaction, as a planar, achiral carbonyl group is converted to a tetrahedral, chiral alcohol. The enzyme-catalyzed reaction, not surprisingly, is completely stereospecific: the DHAP substrate is positioned in the active site so as to attack the re (front)face of the GAP carbonyl group, leading to the R configuration at the new stereocenter.

Interestingly, it appears that in bacteria, the fructose bisphosphate aldolase enzyme evolved separately from the corresponding enzyme in plants and animals. In plants and animals, the same aldol condensation reaction is carried out by a significantly different mechanism, in which the key intermediate is not a zinc-stabilized enolate but an enamine. The nucleophilic substrate (DHAP) is first linked to the enzyme through the formation of an imine (also known as a Schiff base) with a lysine residue in the active site.

image044.png

The alpha-proton is then abstracted by an active site base to form an enamine.

image046.png

In the next step, the alpha-carbon attacks the carbonyl carbon of GAP, and the new carbon-carbon bond is formed. In order to release the product from the enzyme active site and free the enzyme to catalyze another reaction, the imine is hydrolyzed back to a ketone group.

image048.png

There are many more examples of 'Class I' aldolase reactions in which the key intermediate is a lysine-linked imine. Many bacteria are able to incorporate formaldehyde, a toxic compound, into carbohydrate metabolism by condensing it with ribulose monophosphate. The reaction proceeds through imine and enamine intermediates.

image050.png

 
 
Along with aldehydes and ketones, esters and thioesters can act as the nucleophilic partner in aldol condensations. In the first step of the citric acid (Krebs) cycle, acetyl CoA condenses with oxaloacetate to form (S)-citryl CoA.

image052.png

Notice that in this aldol reaction, the nucleophilic intermediate is stabilized by protonation, rather than by formation of an imine (as in the Class I aldolases) or by a metal ion (as in the Class II aldolases).




هي أحد فروع علم الكيمياء. ويدرس بنية وخواص وتفاعلات المركبات والمواد العضوية، أي المواد التي تحتوي على عناصر الكربون والهيدروجين والاوكسجين والنتروجين واحيانا الكبريت (كل ما يحتويه تركيب جسم الكائن الحي مثلا البروتين يحوي تلك العناصر). وكذلك دراسة البنية تتضمن استخدام المطيافية (مثل رنين مغناطيسي نووي) ومطيافية الكتلة والطرق الفيزيائية والكيميائية الأخرى لتحديد التركيب الكيميائي والصيغة الكيميائية للمركبات العضوية. إلى عناصر أخرى و تشمل:- كيمياء عضوية فلزية و كيمياء عضوية لا فلزية.


إن هذا العلم متشعب و متفرع و له علاقة بعلوم أخرى كثيرة ويعرف بكيمياء الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتخليق، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة .


علم يقوم على دراسة خواص وبناء مختلف المواد والجسيمات التي تتكون منها هذه المواد وذلك تبعا لتركيبها وبنائها الكيميائيين وللظروف التي توجد فيها وعلى دراسة التفاعلات الكيميائية والاشكال الأخرى من التأثير المتبادل بين المواد تبعا لتركيبها الكيميائي وبنائها ، وللظروف الفيزيائية التي تحدث فيها هذه التفاعلات. يعود نشوء الكيمياء الفيزيائية إلى منتصف القرن الثامن عشر . فقد أدت المعلومات التي تجمعت حتى تلك الفترة في فرعي الفيزياء والكيمياء إلى فصل الكيمياء الفيزيائية كمادة علمية مستقلة ، كما ساعدت على تطورها فيما بعد .