พันธบัตรเอสเตอร์ถูกกำหนดให้เป็นความผูกพันระหว่างกลุ่มเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ (-OH) และกลุ่มกรดคาร์บอกซิ (-COOH) ที่เกิดขึ้นจากการกำจัดของโมเลกุลน้ำ (H 2 O) (Futura-วิทยาศาสตร์ ,, เอสเอฟ)
โครงสร้างของเอทิลอะซิเตทแสดงในรูปที่ 1 พันธะเอสเทอร์คือพันธะเดี่ยวที่ก่อตัวระหว่างออกซิเจนของกรดคาร์บอกซิลิกกับคาร์บอนของเอทานอล
รูปที่ 1: โครงสร้างของเอทิลอะซิเตท
R-COOH + R'-OH → R-COO-R '+ H 2 O
ในรูปส่วนสีน้ำเงินตรงกับส่วนของสารประกอบที่มาจากเอทานอลและส่วนสีเหลืองตรงกับกรดอะซิติก พันธะเอสเทอร์ถูกทำเครื่องหมายในวงกลมสีแดง
ไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์
เพื่อให้เข้าใจธรรมชาติของพันธะเอสเทอร์ได้ดีขึ้นเล็กน้อยจึงมีการอธิบายกลไกการเกิดปฏิกิริยาของการไฮโดรไลซิสของสารประกอบเหล่านี้ พันธะเอสเทอร์ค่อนข้างอ่อนแอ ในตัวกลางที่เป็นกรดหรือพื้นฐานจะไฮโดรไลซิสเพื่อสร้างแอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิกตามลำดับ กลไกการเกิดปฏิกิริยาของการย่อยสลายของเอสเทอร์ได้รับการศึกษาอย่างดี
ในสื่อพื้นฐานนิวคลีโอฟิลิกไฮดรอกไซด์จะโจมตีครั้งแรกที่อิเล็กโทรฟิลิก C ของเอสเตอร์ C = O ทำลายพันธะπและสร้างเตตระฮีดรอลตัวกลาง
จากนั้นตัวกลางจะยุบตัวเปลี่ยนรูป C = O ทำให้สูญเสียหมู่ออกคืออัลคอกไซด์ RO- ซึ่งนำไปสู่กรดคาร์บอกซิลิก
ในที่สุดปฏิกิริยาของกรด / เบสเป็นสภาวะสมดุลที่รวดเร็วมากโดยที่อัลค็อกไซด์, RO- ทำหน้าที่เป็นเบสที่กำจัดกรดคาร์บอกซิลิก, RCO2H (การบำบัดด้วยกรดจะช่วยให้ได้รับกรดคาร์บอกซิลิกจากปฏิกิริยา)
รูปที่ 2: ไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์ในตัวกลางพื้นฐาน
กลไกการไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์ในตัวกลางที่เป็นกรดนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย ปฏิกิริยากรด / เบสเกิดขึ้นก่อนเนื่องจากคุณมีเฉพาะนิวคลีโอไฟล์ที่อ่อนแอและอิเล็กโทรฟิลที่ไม่ดีคุณต้องกระตุ้นเอสเทอร์
การสร้างโปรตอนของคาร์บอนิลเอสเตอร์ทำให้อิเล็กโทรฟิลิกมากขึ้น ในขั้นตอนที่สองออกซิเจนในน้ำจะทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไทล์โดยการโจมตีอิเล็กโทรฟิลิกซีที่ C = O โดยที่อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปยังไฮโดรเนียมไอออนทำให้เกิดเตตระฮีดรอลตัวกลาง
ในขั้นตอนที่สามปฏิกิริยาของกรด / เบสจะเกิดขึ้นโดยจะกำจัดออกซิเจนที่มาจากโมเลกุลของน้ำเพื่อทำให้ประจุเป็นกลาง
ในขั้นตอนที่สี่จะเกิดปฏิกิริยากรด / เบสอื่น คุณต้องเอา -OCH3 ออก แต่คุณต้องทำให้เป็นกลุ่มออกจากที่ดีโดยการโปรตอน
ในขั้นตอนที่ 5 พวกมันใช้อิเล็กตรอนจากออกซิเจนที่อยู่ติดกันเพื่อช่วย "ดัน" กลุ่มออกทำให้เกิดโมเลกุลแอลกอฮอล์ที่เป็นกลาง
ในขั้นตอนสุดท้ายจะเกิดปฏิกิริยากรด / เบส การแตกตัวของไฮโดรเนียมไอออนเผยให้เห็น C = O คาร์บอนิลในผลิตภัณฑ์กรดคาร์บอกซิลิกและสร้างตัวเร่งปฏิกิริยากรดขึ้นมาใหม่ (ดร. เอียนฮันท์, SF)
ประเภทเอสเตอร์
คาร์บอนิกเอสเทอร์
คาร์บอนิกเอสเทอร์เป็นส่วนใหญ่ของสารประกอบประเภทนี้ คาร์บอนิกเอสเตอร์ตัวแรกคือเอทิลอะซิเตทหรือเรียกอีกอย่างว่าเอทิลเอทาโนเอต เดิมสารประกอบนี้รู้จักกันในชื่อน้ำส้มสายชูอีเธอร์ซึ่งมีชื่อในภาษาเยอรมันคือ Essig-Ätherซึ่งการหดตัวมาจากชื่อของสารประกอบประเภทนี้
เอสเทอร์พบในธรรมชาติและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เอสเทอร์หลายชนิดมีกลิ่นเฉพาะของผลไม้และหลายชนิดมีอยู่ตามธรรมชาติในน้ำมันหอมระเหยจากพืช นอกจากนี้ยังนำไปสู่การใช้กลิ่นและน้ำหอมเทียมเมื่อมีการเลียนแบบกลิ่น
โพลีเอสเทอร์หลายพันล้านกิโลกรัมถูกผลิตในเชิงอุตสาหกรรมต่อปีเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญเช่นเดียวกัน พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลตอะคริเลตเอสเทอร์และเซลลูโลสอะซิเตต
พันธะเอสเทอร์ของคาร์บอกซิลิกเอสเทอร์มีหน้าที่สร้างไตรกลีเซอไรด์ในสิ่งมีชีวิต
ไตรกลีเซอไรด์พบได้ในทุกเซลล์ แต่ส่วนใหญ่อยู่ในเนื้อเยื่อไขมันซึ่งเป็นพลังงานสำรองหลักที่ร่างกายมี Triacylglycerides (TAGs) เป็นโมเลกุลของกลีเซอรอลที่เชื่อมโยงกับกรดไขมันสามชนิดผ่านพันธะเอสเทอร์ กรดไขมันที่มีอยู่ใน TAGs ส่วนใหญ่อิ่มตัว (Wilkosz, 2013)
รูปที่ 3: ไตรกลีเซอไรด์ที่เกิดจากกลีเซอรอลและกรดไขมันสามตัวที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะเอสเทอร์
Triacylglycerides (ไตรกลีเซอไรด์) ถูกสังเคราะห์ในเซลล์เกือบทั้งหมด เนื้อเยื่อหลักในการสังเคราะห์ TAG ได้แก่ ลำไส้เล็กตับและเซลล์ไขมัน ยกเว้นลำไส้และเซลล์ไขมันการสังเคราะห์ TAG เริ่มต้นด้วยกลีเซอรอล
กลีเซอรอลเป็นฟอสโฟรีเลต์ก่อนด้วยกลีเซอรอลไคเนสจากนั้นกรดไขมันที่กระตุ้น (อะซิล - โคเอไขมัน) ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับการเติมกรดไขมันที่สร้างกรดฟอสฟาติดิก หมู่ฟอสเฟตจะถูกลบออกและเติมกรดไขมันสุดท้าย
รูปที่ 4: การเอสเทอริฟิเคชันของกลีเซอรอล 3 ฟอสเฟตเพื่อสร้างกรดฟอสฟาติดิก
ในลำไส้เล็กแท็กอาหารจะถูกไฮโดรไลซ์เพื่อปล่อยกรดไขมันและโมโนอะซิลกลีเซอไรด์ (MAG) ก่อนที่จะดูดซึมโดยเอนเทอโรไซต์ Enterocyte MAGs ทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสำหรับ acylation ในกระบวนการสองขั้นตอนที่สร้าง TAG
ภายในเนื้อเยื่อไขมันไม่มีการแสดงออกของกลีเซอรอลไคเนสดังนั้นส่วนประกอบสำคัญของ TAG ในเนื้อเยื่อนี้คือไกลโคไลติกตัวกลางไดไฮดรอกซีอะซิโตนฟอสเฟต DHAP
DHAP ถูกลดลงเป็นกลีเซอรอล -3-phosphate โดย cytosolic glycerol-3-phosphate dehydrogenase และปฏิกิริยาการสังเคราะห์ TAG ที่เหลือจะเหมือนกับเนื้อเยื่ออื่น ๆ ทั้งหมด
ฟอสฟอรัสเอสเทอร์
ฟอสฟอรัสเอสเทอร์เกิดจากการสร้างพันธะเอสเทอร์ระหว่างแอลกอฮอล์และกรดฟอสฟอริก ด้วยโครงสร้างของกรดเอสเทอร์เหล่านี้สามารถเป็นโมโนดิและสามแทนที่
รูปที่ 5: โครงสร้างของ triester กรดฟอสฟอริก
พันธะเอสเทอร์ประเภทนี้พบได้ในสารประกอบเช่นฟอสโฟลิปิดเอทีพีดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ
ฟอสโฟลิปิดถูกสังเคราะห์โดยการสร้างพันธะเอสเทอร์ระหว่างแอลกอฮอล์กับฟอสเฟตกรดฟอสฟาติดิก (1,2-diacylglycerol 3-phosphate) ฟอสโฟลิปิดส่วนใหญ่มีกรดไขมันอิ่มตัวใน C-1 และกรดไขมันไม่อิ่มตัวใน C-2 ของกระดูกสันหลังของกลีเซอรอล
แอลกอฮอล์ที่เพิ่มมากที่สุด (ซีรีนเอทานอลามีนและโคลีน) ยังมีไนโตรเจนที่สามารถชาร์จเป็นบวกได้ในขณะที่กลีเซอรอลและอิโนซิทอลไม่มี (King, 2017)
รูปที่ 6: โครงสร้างของฟอสโฟลิปิด พันธะเอสเทอร์ถูกทำเครื่องหมายในวงกลมสีแดง
Adenosine triphosphate (ATP) เป็นโมเลกุลที่ใช้เป็นสกุลเงินของพลังงานในเซลล์ โมเลกุลนี้ประกอบด้วยโมเลกุลอะดีนีนที่เชื่อมโยงกับโมเลกุลไรโบสที่มีหมู่ฟอสเฟตสามกลุ่ม (รูปที่ 8)
รูปที่ 7: โมเลกุล ATP พันธะเอสเทอร์ถูกทำเครื่องหมายในวงกลมสีแดง
กลุ่มฟอสเฟตทั้งสามของโมเลกุลเรียกว่าแกมมา (γ), เบต้า (β) และอัลฟา (α) ซึ่งเป็นกลุ่มหลังเอสเทอร์ไฟน์ของกลุ่ม C-5 ไฮดรอกซิลของไรโบส
พันธะระหว่างไรโบสและหมู่α-phosphoryl เป็นพันธะฟอสโฟเอสเตอร์เนื่องจากประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนและอะตอมของฟอสฟอรัสในขณะที่หมู่β-และγ-phosphoryl ใน ATP เชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟแอนไฮไดรด์ที่ไม่เกี่ยวข้องกับอะตอมของคาร์บอน .
ฟอสโฟอันไฮโดรทั้งหมดมีพลังงานศักย์ทางเคมีมากและ ATP ก็ไม่มีข้อยกเว้น พลังงานศักย์นี้สามารถใช้โดยตรงในปฏิกิริยาทางชีวเคมี (ATP, 2011)
พันธะฟอสโฟดิสเตอร์คือพันธะโควาเลนต์ที่หมู่ฟอสเฟตยึดติดกับคาร์บอนที่อยู่ติดกันผ่านพันธะเอสเทอร์ พันธะเป็นผลมาจากปฏิกิริยาการควบแน่นระหว่างกลุ่มไฮดรอกซิลของน้ำตาลสองกลุ่มกับกลุ่มฟอสเฟต
พันธะของไดเทอร์ระหว่างกรดฟอสฟอริกกับน้ำตาลสองโมเลกุลใน DNA และกระดูกสันหลัง RNA เชื่อมโยงนิวคลีโอไทด์สองตัวเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโพลีเมอร์โอลิโกนิวคลีโอไทด์ พันธะฟอสโฟดิสเตอร์เชื่อมโยงคาร์บอน 3 'กับคาร์บอน 5' ใน DNA และ RNA
(base1) - (ribose) -OH + HO-P (O) 2-O- (ribose) - (ฐาน 2)
(ฐาน 1) - (ไรโบส) - O - P (O) 2 - O- (ไรโบส) - (ฐาน 2) + H 2 O
ระหว่างปฏิกิริยาของหมู่ไฮดรอกซิลสองกลุ่มในกรดฟอสฟอริกกับหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลอื่นอีกสองพันธะเอสเทอร์สองพันธะจะเกิดขึ้นในหมู่ฟอสโฟดิสเตอร์ ปฏิกิริยาการควบแน่นที่สูญเสียน้ำไปหนึ่งโมเลกุลจะสร้างพันธะเอสเทอร์แต่ละตัว
ในระหว่างการเกิดโพลีเมอไรเซชันของนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างกรดนิวคลีอิกกลุ่มไฮดรอกซิลของกลุ่มฟอสเฟตจะยึดติดกับคาร์บอน 3′ของน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์หนึ่งเพื่อสร้างพันธะเอสเทอร์กับฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์อื่น
ปฏิกิริยาจะสร้างพันธะฟอสโฟดิสเตอร์และขจัดโมเลกุลของน้ำ (การสร้างพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์, SF)
เอสเทอร์ซัลฟูริก
เอสเทอร์ซัลฟิวริกหรือไทโอเอสเทอร์เป็นสารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชัน RS-CO-R ' พวกมันเป็นผลพลอยได้จากการเอสเทอริฟิเคชันระหว่างกรดคาร์บอกซิลิกกับไทโอลหรือกรดซัลฟิวริก (Block, 2016)
รูปที่ 8: โครงสร้างทั่วไปของ thioester พันธะเอสเทอร์ถูกทำเครื่องหมายในวงกลมสีแดง
ในทางชีวเคมี thioesters ที่รู้จักกันดีคืออนุพันธ์ของโคเอนไซม์ A ตัวอย่างเช่น acetyl-CoA
Acetyl Coenzyme A หรือ acetyl-CoA (รูปที่ 8) เป็นโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่าง เป็นโมเลกุลกลางในการเผาผลาญไขมันโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต
หน้าที่หลักคือส่งหมู่ acetyl ไปยังวงจรกรดซิตริก (Krebs cycle) เพื่อออกซิไดซ์สำหรับการผลิตพลังงาน นอกจากนี้ยังเป็นโมเลกุลของสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์กรดไขมันและเป็นผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายกรดอะมิโนบางชนิด
รูปที่ 9: โครงสร้างของ acetyl CoA
กรดไขมัน CoA-activated ที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นตัวอย่างอื่น ๆ ของ thioesters ที่มีต้นกำเนิดภายในเซลล์กล้ามเนื้อ การเกิดออกซิเดชันของกรดไขมัน - โคเอไทโอเอสเทอร์เกิดขึ้นจริงในร่างกายถุงน้ำที่ไม่ต่อเนื่องเรียกว่าไมโตคอนเดรีย (Thompson, 2015)
อ้างอิง
- เอทีพี (2554, 10 สิงหาคม). กู้คืนจาก learnbiochemistry.wordpress: learnbiochemistry.wordpress.com.
- Block, E. (2016, 22 เมษายน). สารประกอบออร์กาโนซัลเฟอร์ สืบค้นจาก britannica: britannica.com.
- เอียนฮันท์ (SF) ไฮโดรไลซิสของเอสเทอร์ กู้คืนจาก chem.ucalgary.ca: chem.ucalgary.ca.
- Futura-Sciences,. (SF) พันธบัตรเอสเตอร์ กู้คืนจาก futura-sciences.us.
- King, MW (2017, 16 มีนาคม) กรดไขมันไตรกลีเซอไรด์การสังเคราะห์และการเผาผลาญฟอสโฟลิปิด กู้คืนจากธีม biochemistrypage.org.
- การสร้างพันธะ phosphodiesther (SF) กู้คืนจาก biosyn: biosyn.com.
- Thompson, TE (2015, 19 สิงหาคม) ไขมัน กู้คืนจาก britannica: britannica.com.
- Wilkosz, R. (2013, 6 พฤศจิกายน). การก่อตัวของพันธะเอสเตอร์ในการสังเคราะห์ไขมัน กู้คืนจาก wisc-online.com.