Wir haben gerade gesehen, dass, wenn ein zweiter Alkohol ein Hemiketal oder Hemiketal angreift, das Ergebnis ein Acetal oder Ketal ist, wobei die glykosidischen Bindungen in Kohlenhydraten ein biochemisches Beispiel liefern. Wenn ein Hemiacetal jedoch nicht von einem zweiten Alkohol, sondern von einem Amin angegriffen wird, entsteht eine Art „gemischtes Acetal“, bei dem der anomere Kohlenstoff an einen Sauerstoff und einen Stickstoff gebunden ist.
Diese Anordnung wird von Biochemikern als N-glykosidische Bindung bezeichnet., Sie können diese als die Bindungen in Nukleosiden und Nukleotiden erkennen, die die G -, C -, A -, T-oder U-Base mit dem Zucker verbinden.
Die Bildung von \(N\)-glykosidischen Bindungen in Ribonukleotiden ist eng analog zur Bildung von glykosidischen Bindungen in Kohlenhydraten – wiederum ist es ein \(S_N1\)-ähnlicher Prozess mit einer aktivierten Wasserausscheidungsgruppe. Typischerweise wird das Hemiacetal durch Diphosphorylierung aktiviert, wie in Schritt A des allgemeinen Mechanismus unten dargestellt.,
Mechanismus zur Bildung einer \(N\)-glykosidischen Bindung:
Der Ausgangspunkt für die Biosynthese von Purin (G und A) Ribonukleotiden ist ein Fünf-Kohlenstoff-Zucker namens Ribose-5-phosphat, der in Lösung die Form eines zyklischen Hemiacetals annimmt. Die kritische \(N\) – glykosidische Bindung wird durch Substitution von \(NH_3\) durch \(OH\) am anomeren Kohlenstoff der Ribose hergestellt. Die anomere \(OH\) – Gruppe wird zuerst aktiviert (Schritt A unten), um ein aktiviertes Zwischenprodukt namens Phosphoribosylpyrophosphat (PRPP) zu bilden., Das anorganische Pyrophosphat verlässt dann, um eine resonanzstabilisierte Carbokation (Schritt 1) zu erzeugen, die von einem nukleophilen Ammoniak in Schritt 2 angegriffen wird, um die \(N\)-glykosidische Bindung herzustellen.
Mit der \(N\)-glykosidischen Bindung wird der Rest der Purinbasis Stück für Stück von anderen biosynthetischen Enzymen zusammengesetzt.
(Der obige Mechanismus sollte vertraut aussehen – wir haben Schritt A in Kapitel 9 als Beispiel für die Alkoholdiphosphorylierung und die Schritte 1 und 2 in Kapitel 8 als Beispiel für eine biochemische \(S_N1\) – Reaktion gesehen).,
Die Etablierung der \(N\)-glykosidischen Bindung in der Biosynthese der Pyrimidinribonukleotide und (U, C und T) beginnt ebenfalls mit PRPP, aber hier wurde die Ringstruktur des Nukleotidbasisteils des Biomoleküls bereits in Form von Orotat ‚vorgefertigt‘:
Übung \(\pageIndex{1}\)
Wir haben gerade eine Illustration der Bildung einer N-glykosidischen Bindung in einem biosynthetischen Weg gesehen., In der katabolischen (abbauenden) Richtung muss eine N-glykosidische Bindung gebrochen werden, in einem Prozess, der analog zur Hydrolyse einer glykosidischen Bindung ist (früher dargestellt). Im Katabolismus von Guanosin-Nukleosid wird die N-glykosidische Bindung durch anorganisches Phosphat (nicht Wasser!) offenbar in einer konzertierten (SN2-ähnlichen) Verdrängungsreaktion (Biochemistry 2011, 50, 9158). Prognostizieren Sie die Produkte dieser Reaktion und zeichnen Sie einen wahrscheinlichen Mechanismus.,
(\pageIndex{2}\)
Glykoproteine sind Proteine, die durch glykosidische oder N-glykosidische Bindungen mit Zucker oder Kohlenhydraten durch ein Asparagin, Serin oder Threonin verbunden sind seitenkette auf dem Protein. Wie bei anderen Glykosylierungs-und N-Glykosylierungsreaktionen muss der Hemiacetal des Zuckers vor der glykosidischen Bindungsbildung aktiviert werden. Unten ist die Struktur des aktivierten Zucker-Hemiacetal-Substrats in einer Asparagin-Glykosylierungsreaktion.,
Zeichnen Sie das Produkt der Asparaginglykosylierungsreaktion unter der Annahme einer Inversion der Konfiguration des anomeren Kohlenstoffs.
Mitwirkende
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Organische Chemie mit biologischem Schwerpunkt von Tim Soderberg (University of Minnesota, Morris)