| Prefensyra | |
|---|---|
| Allmän | |
| Systematiskt namn |
cis- 1-(2-karboxi-2-oxoetyl)-4-hydroxicyklohexa-2,5-dien-1-karboxylsyra |
| Chem. formel | C10H10O6 _ _ _ _ _ |
| Fysikaliska egenskaper | |
| Molar massa | 226,18 g/ mol |
| Klassificering | |
| Reg. CAS-nummer | 126-49-8 |
| PubChem | 1028 |
| LEDER | O=C(O)[C@@]/1(CC(=O)C(O)=O)\C=C/[C@@H](O)\C=C\1 |
| InChI | InChI=1S/C10H10O6/c11-6-1-3-10(4-2-6,9(15)16)5-7(12)8(13)14/h1-4.6.11H,5H2, (H,13) ,14)(H,15,16)FPWMCUPFBRFMLH-UHFFFAOYSA-N |
| CHEBI | 16666 |
| ChemSpider | 16735981 |
| Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Prefensyra (förkortning engelska PPA ), även kallad prephenate i anjoniska former , är en organisk dibasisk syra, bildad av korismat , är en föregångare i biosyntesen av fenylalanin , tyrosin , fenylpropanoider och andra föreningar. Den sexledade prefenatkarbocykeln aromatiseras lätt i ett steg. Fenylgruppen av fenylpyruvat , fenylalanin, kommer från pre -fenat , därav namnet på denna förening. Namnet ( prefensyra , prefenat ) föreslogs av Bernard Davis, en amerikansk mikrobiolog som upptäckte shikiminsyrans metaboliska roll och blev den mest framstående figuren i de tidiga studierna av shikimatvägen (många av de viktigaste metaboliterna, inklusive prefensyra). , upptäcktes i hans laboratorium) [1] .
Molekylen (i de mest symmetriska konformationerna ) har ett symmetriplan (som passerar genom 6 av 10 kolatomer), det vill säga den är symmetrisk under reflektionsoperationen ( achiral ), men ändå på grund av skillnaden i substituenter vid två tetraedriska kolatomer i cykeln, 2 diastereomerer ( cis- isomer och trans -isomer). Naturlig prefensyra är en cis - isomer (de äldre grupperna - den kvartära karboxylgruppen i position 1 och hydroxylgruppen i position 4 - är orienterade på ena sidan av "planet" av ringen, numreringen är i enlighet med det systematiska namnet ). En epimer ( trans - isomer), som heter epiprefensyra , har syntetiserats, [2] [3] som det visade sig är några av dess kemiska egenskaper signifikant olika [3] . Prefeniska, epiprefeniska, isoprefeniska, korismiska , 4-epikorismiska, isokorismiska och pseudokorismiska syror är isomera.
Molekylen är akiral, så prefensyra har inte optisk aktivitet [4] . [5] Ej erhållen i fri form, isolerad i form av salter. Salter av prefensyra (prefenater) är kristallina ämnen. Bariumsalter är svårlösliga i vatten, som används för att fälla ut prefenat från lösning för att isolera det [4] .
' H - NMR ( D2O , 250 MHz), 5 (ppm): 3,12 (2H, s), 4,50 (IH, tt, J1 = 3,1 , J2 = 1,4 Hz), 5,92 (2H, dd J1 ) = 10,4, J2 = 3,1 Hz), 6,01 (2H, d, J1 = 10,4, J2 = 1,4 Hz) [3] . Protonerna —OH och —CH 2 —CO— i prefenatgrupperna (natrium) utbyter snabbt med D 2 O [3] .
13C - NMR (D2O , 75 MHz), 5 (ppm): 203, 178, 173, 132 (för två identiska kolatomer), 127 (för två identiska kolatomer), 65, 49, 48.
Den prefenoiska "syran" är endast stabil i sin dianioniska form [2] . Benägen till spontan och katalytisk aromatisering [6] . Halveringstiden (halveringstiden) i en vattenlösning vid rumstemperatur är 130 timmar vid pH = 7,0, 13 timmar vid pH = 6,0 och 1,0 minuter i 1 N HCl [4] .
I en sur miljö (även i en lätt sur miljö vid pH = 6) [4] vid rumstemperatur (och vid upphettning) aromatiseras prefensyra nästan kvantitativt till fenylpyrodruvsyra ( fenylpyruvat ) som ett resultat av dehydreringsdekarboxyleringsreaktionen (konjugerad eliminering ). ) [4] . [3] I en alkalisk miljö, vid upphettning, dekarboxylerar prefensyra, aromatiseras till para -hydroxifenylmjölksyra ( para - hydroxifenyllaktat, här är det värt att uppmärksamma den strukturella likheten mellan denna förening och para -hydroxifenylpyruvat ) [3] . [5]
Epimeren av prefensyra (epiprefensyra) har något olika kemiska egenskaper: i en alkalisk miljö aromatiserar den praktiskt taget inte, och i en sur miljö, i likhet med prefensyra, omvandlas den lätt till fenylpyrodruvsyra med ett nästan kvantitativt utbyte [3 ] . Hastigheten för sur aromatisering av epiprefensyra är fortfarande betydligt lägre än aromatiseringshastigheten för prefensyra under samma förhållanden (och även lägre än aromatiseringshastigheten för syntetiskt erhållna deoxoprefensyror och epideoxoprefensyror som saknar ketonfunktionalitet), vilket är förknippat med möjligheten att involvera hydroxylgruppen av epiprefensyra i bildningen intramolekylärt hemiketal (i fallet med prefensyra är bildningen av en intramolekylär hemiketal svår på grund av trans -positionen av de reagerande grupperna) [7] .
Först efter upptäckten av prefenatet, fastställandet av dess struktur och grundläggande egenskaper, blev det känt att cyklohexadienoler av denna typ är syralabila och extremt benägna att aromatiseras [6] . [5] Aromatiseringsreaktionen av prefenat till fenylpyruvat var den första aromatiseringsreaktionen som tolkades i detalj inom biokemin [1] .
Mekanism för syraaromatiseringDen nämnda dehydreringsdekarboxyleringen (konjugerad eliminering), katalyserad av en syra, fortskrider i två steg (protonering av hydroxylgruppen orsakar dess eliminering - reversibel dehydrering sker med bildandet av en resonant stabiliserad karbokatation (areniumjon), sedan sker dekarboxylering, åtföljd av neutraliseringen av laddningar och bildandet av slutprodukten - fenylpyruvat), [ 7] i motsats till den enzymatiska (prefenatdehydratas) reaktionen, som sker i samverkan ( lämnande grupper klyvs bort synkront, i ett steg) [8] .
oxoniumjon areniumjon Mekanism för alkalisk aromatiseringFör alkalisk aromatisering har minst 5 alternativa formella mekanismer föreslagits (markerade på diagrammet: a , b , c , d , e ). Det bör noteras att epimeren av prefenat (epiprefenat) inte aromatiserar i ett alkaliskt medium (surning av en vattenhaltig alkalisk lösning av epiprefenat, även efter uppvärmning eller långvarig exponering, leder till ett nästan kvantitativt utbyte av fenylpyruvat , en produkt av sur aromatisering ). Inte alla 5 föreslagna formella mekanismer uppfyller detta faktum, liksom andra experimentella resultat, endast 2 mekanismer ( d och e ) motsvarar de observerade fakta. Båda möjliga mekanismerna för den alkaliska aromatiseringen av prefenatet involverar en hydridförskjutning av C4-vätet, som i slutprodukten ( p - hydroxifenyllaktat) förekommer vid samma tetraedriska kolatom som hydroxylgruppen. I fallet med en av dessa två mekanismer ( e ) - överförs hydriden direkt till den angivna karbonylkolatomen (reducerar den) som ett resultat av ett 1,6-hydridskifte. I fallet med en annan mekanism ( d ), överförs hydriden som ett resultat av en 1,7-hydridförskjutning till en karboxylgrupp, vilket reducerar den till en aldehyd ( gemdiol ), följt av en Cannizzaro-omlagring , som åtföljs av en 1,2-hydridskifte. För epiprefensyra är 1,6- och 1,7-hydridskift svåra på grund av transpositionen av den överförda hydriden och acceptorgruppen, vilket förklarar den relativt höga stabiliteten hos epiprefenat i ett alkaliskt medium [9] .
Prefensyra hydreras med väte i närvaro av en platinakatalysator (tillsätter 3-4 molekvivalenter väte). Natriumborhydrid (NaBH 4 ) reducerar prefensyra vid karbonyl , reduktionsprodukten (prefenyllaktat) kan dekarboxylera, aromatisera samtidigt, eller tillsätta 2 molekvivalenter Br 2 [4] . Hydrogenering över palladium- bariumsulfat leder till att båda dubbelbindningarna återställs i cykeln [5] .
Det syntetiseras från korismat som ett resultat av en [3,3] -sigmatropisk omarrangemang, övervägande enzymatisk . Prekursor för fenylalanin , tyrosin och många andra föreningar (mestadels aromatiska, varav de flesta är isolerade i en stor grupp av så kallade fenylpropanoider ) [10] .
Chorismat prefenat FenylpyruvatAromatiserings- och transamineringssteg behövs för att bilda aminosyrorna fenylalanin och tyrosin från prefenat . Den (enzymatiska) aromatiseringen av prefenatet producerar arylpyruvinsyror ( fenylpyruvat , para - hydroxifenylpyruvat), vars transamineringsreaktioner ger motsvarande aminosyror. I det fall då transaminering föregår aromatisering, bildas aminosyran arogenat (arogensyra) som en vanlig mellanliggande och direkt prekursor för aminosyrorna fenylalanin och tyrosin. I diagrammet nedan noteras reversibiliteten för biokemiska transformationer enligt KEGG Pathway Arkiverad 29 april 2011 på Wayback Machine . Enligt andra källor är endast transamineringsreaktioner reversibla, medan aromatiseringsreaktioner åtföljs av en signifikant minskning av fri energi och kan anses vara irreversibla för alla praktiska ändamål. Omvandlingsreaktionen av korismat till prefenat för alla praktiska ändamål kan också anses irreversibel av termodynamiska skäl [11] .
För prefenat, förutom den indikerade funktionen hos prekursorn för de viktigaste aromatiska föreningarna, hittades en ytterligare funktion av en karboxylgruppdonator i en av de beskrivna karboxitransferasreaktionerna av gramnegativa bakterier . I denna reaktion överförs karboxylgruppen från prefenatet till metylgruppen av S -adenosyl- l -metionin (SAM), vilket leder till bildning av karboxi - S -adenosyl- l -metionin (Cx-SAM), medan själva prefenatet aromatiseras till fenylpyruvat. I gramnegativa bakterier är Cx-SAM involverad i konserverade post-transkriptionella modifieringar av tRNA . Cx-SAM är en donator av karboximetylgrupper i modifieringen av uridin till 5-hydroxiacetyluridin (5-karboximetoxiuridin, cmo 5 U, V), som finns i vibrationspositionen av antikodonslingan hos vissa tRNA [12] .
Dessutom bildas icke-aromatiska sekundära metaboliter från prefenat i vissa organismer.
Andra cyklohexadienoler som liknar prefenat har också upptäckts i naturen. Deras syntes sker via shikimatvägen (vissa bildas genom modifiering av själva prefenatet), alla är lätta att aromatisera och fungerar som prekursorer i biosyntesen av olika metaboliter (främst aromatiska, i mindre utsträckning alicykliska). Förutom prefenat är följande naturliga cyklohexadienoler kända, liksom liknande cyklohexadienaminer:
Det är också känt att 2,5-cyklohexadienolstrukturer också uppstår i vissa metaboliska processer som inte är direkt relaterade till shikimatvägen. Bildandet av sådana strukturella fragment spelar en viktig roll i biosyntesen av ett antal alkaloider . En struktur av denna typ innehåller till exempel salutaridinol, en intermediär i biosyntesen av morfin [1] .
Prefensyra beskrevs första gången våren-sommaren 1953 [1] (publicerad i maj 1954) [4] när man studerade aromatiseringsstadiet av fenylalaninbiosyntesprocessen (den upptäcktes först i Escherichia coli- mutanten - isolerad från det kulturella filtratet av en speciellt utvald stam där de sena stadierna av fenylalaninbiosyntes). Forskarna som upptäckte prefenatet, beroende på dess kemiska egenskaper, IR-spektra och UV- absorptionsspektra, härledde korrekt strukturen av föreningen, men utan att ta hänsyn till stereokemi [4] . Ytterligare framsteg i studiet av shikimatvägen , upptäckten [18] och beskrivningen av strukturen [19] av den omedelbara prekursorn för prefenat, korismat , gjorde det möjligt att tilldela en stereokemisk konfiguration till prefensyra , men ändå var denna konfiguration inte tillförlitligt bekräftat av korrekta metoder under ganska lång tid. 1977, [2] och igen 1979 [3] rapporterade Samuel Danishefsky och hans medarbetare sin första framgångsrika totalsyntes av natriumprefenat och deras slutliga bekräftelse av prefensyrans konfiguration. Danishefskys syntes är baserad på Diels-Alder-reaktionen . Det resulterande ämnet var identiskt i spektrala och kemiska egenskaper med kommersiella prover (Sigma Chemicals) av prefenat av biogent ursprung, vilket var en bekräftelse på framgångsrik syntes [3] .
Även om den föreslagna metoden för kemisk syntes av prefensyra inte kan konkurrera med dess biotekniska produktion, kan den vara användbar för syntes av strukturella analoger och derivat av prefensyra, [20] såväl som för att erhålla isotopiskt märkt prefenat [2 ] . Genom en liknande metod 1981 syntetiserade Danishefskys grupp arogensyra (och även, som en intermediär förening i denna syntes, erhölls spiro-arogensyra, som vid den tiden ännu inte var känd och isolerades först senare [13] som en metabolit ) [15] . Hittills har olika strukturella analoger av prefensyra erhållits i syfte att studera till exempel bensoler (strukturella derivat av 9,10-dihydroantracen ) [ 9] .
Den är instabil i disyraformen, [2] i den kristallina formen erhålls den i form av salter. Finns i form av bariumsalt (bariumprefenat) [3] . Producerad med hjälp av speciella stammar av Neurospora crassa , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Salmonella typhimurium ; både direkt isolering från kulturfiltrat och framställning av en metabolisk prekursor ( chorismat ) med dess efterföljande kemiska eller enzymatiska isomerisering är möjliga [20] .
Hittar tillämpning i forskningspraktiken.