Tioesteriai: kas tai, savybės ir biocheminė reikšmė

Tioesteriai: cheminės savybės, didelis reaktivumas ir biocheminė reikšmė — riebalų sintezė, ATP gamyba ir praktinis panaudojimas.

Tioesteris yra molekulė, turinti grupę C-S-CO-C. Jie panašūs į esterius, tačiau vietoj deguonies atomo juose yra sieros atomas. Kaip ir esteriai, jie gali būti gaminami iš karboksirūgščių. Sintezėje vietoj alkoholio naudojamas tiolis.

Tioesteriai yra labai svarbūs biochemijoje. Jie gaminami organizme vykstant reakcijoms, kurių metu susidaro riebalų rūgštys. Jie taip pat yra svarbūs tarpiniai produktai gaminant ATP - molekulę, suteikiančią organizmui energijos.

Chemijoje tioesteriai taip pat gali būti naudojami kaip elektrofilai. Jie yra reaktyvesni už esterius ir amidus. Jie taip pat gali atlikti aldolio reakcijas.

Struktūra ir cheminės savybės

Tioesterio funkcinei grupei būdingas ryšys tarp karboksilo ir siero atomo (C–S–CO–C). Sieros didesnis atomo spindulys ir prastesnė π-susijungimo su karbonilo grupė stabilizacija lemia, kad karbonilo angliukas yra labiau elektrofilinis nei esteriuose ar amiduose. Dėl to tioesteriai yra:

• reaktyvesni acilavimo (acyl transfer) reakcijose;
• lengviau hidrolizuojami nei analogiški esteriai (ypač esant katalizatoriui);
• geresni acilų donorai biologinėse reakcijose.

Sintezė ir tipinės reakcijos

Organinė sintetikai tioesterius galima gauti keliais būdais: tiesiogiai esterifikuojant karboksirūgštį su tioliu naudojant aktyviklius (pvz., DCC, EDC), iš acid chloridų reaguojant su tioliais arba per tarpinius aktyvintus junginius. Biologijoje pagrindinis metodas yra aktyvinimas su kofermentu A arba acyl carrier protein (ACP): fermentai, vadinami acyl‑CoA synthetases (kartais thiokinazės), naudojant ATP transformuoja riebalų rūgštį į acil‑CoA tioesterį.

Tioesteriai dažnai dalyvauja šiose reakcijose:

• acilų pernaša (pvz., sintezėje į esterį, amidą ar kitas acilines funkcijas);
• nucleofilinė ataką karbonilo angliuke — acilacijos reakcijos;
• specializuotos organinės reakcijos, pvz., natūrali cheminė ligacija peptidų sintezėje, kur peptidų tioesteriai sujungia fragmentus per N‑termininį cisteiną.

Biocheminė reikšmė

Tioesteriai yra esminiai viduriniai metabolitai. Pagrindiniai pavyzdžiai:

• Acetil‑CoA – centrinis metabolitas, pernešantis acetilgrupes į citrininį ciklą, lipidų sintezę ir acetilinimą.
• Acil‑CoA junginiai – formuoja aktyvias riebalų rūgščių formas, reikalingas riebalų rūgščių sintetezei ir β-oksidacijai.
• Succinyl‑CoA – TCA cikle, kurio tioesterio hidrolizė leidžia vykdyti substrato lygio fosforilinimą (su kintama GTP/ATP gamyba).
• Acyl‑ACP – riebalų rūgščių biosintezėje acilai yra pritvirtinti prie ACP per tioesterinį ryšį.

Energetiškai tioesterio ryšys yra „aukštos energijos“—pavyzdžiui, acetil‑CoA hidrolizės standartinė laisvoji energija yra palyginti neigiama (maždaug −31 kJ/mol), todėl acilų pernaša iš tioesterių gali prisidėti prie termodinamiškai nepalankių biosintetinių reakcijų vykdymo.

Funkcinės reikšmės ląstelėse

Tioesteriai dalyvauja ne tik metabolizme, bet ir reguliacijoje bei baltymų modifikacijoje:

• Proteinų S‑acylation (pvz., palmitoilinimas) – prisijungus riebalai prie cisteino liekanų per tioesterinį ryšį, keičiasi baltymo lokacija ir funkcija; šis procesas yra reversibilus ir svarbus signalizacijai bei membranų pririšimui.
• Enziminis skilimas atliekamas specialiais thioesterazėmis arba tiolizėmis, kurios nukreipia acilus tolesnėms reakcijoms.

Taikymas organinėje chemijoje ir sintezėje

Be biologijos, tioesteriai naudojami ir organinėje sintezėje kaip patikimi acilų donorai. Jie pasitarnauja:

• peptidų sintezėje per natūralią cheminę ligaciją (peptidų jungimas per peptidų tioesterius);
• acilavimo reakcijose ir tam tikruose perėjimuose, kur reikia kontroliuotos reaktinumo;
• kai kuriose katalizinėse acilavimo ar kryžminio sujungimo procedūrose (pvz., naudojant pereinamųjų metalų katalizę acilų pernešimui).

Santrauka

Tioesteriai yra struktūriškai panašūs į esterus, bet dėl sieros savybių yra rečiau stabilūs ir rečiau rezonansiniai, todėl yra geresni acilų donorai. Jie užima svarbią vietą tiek organizmų metabolizme (acil‑CoA, acetil‑CoA, ACP), tiek organinėje chemijoje kaip universalūs acilavimo reagentai. Dėl aukštos reaktyvumo savybės tioesteriai leidžia vykdyti svarbias biosintetines reakcijas ir platų praktinį sintezės panaudojimą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra tioesteris?

K: Kaip sintetinami tioesteriai?

K: Kokia tioesterių reikšmė biochemijoje?

K: Kuo tioesteriai yra reaktyvesni už esterius ir amidus?

K: Kuo panašūs esteriai ir tioesteriai?

K: Kuo skiriasi tioesteriai ir esteriai?

K: Kokia tioesterių funkcija gaminant ATP?

Paieška pagal raidę