13.13. Симметричные молекулы могут реагировать асимметрично

Проследим судьбу определенного углеродного атома в цикле трикарбоновых кислот. Предположим, что в оксалоацетате изотопом помечен карбоксильный углерод, наиболее удаленный от оксогруппы. Анализ образовавшегося -оксоглутарата покажет, что потери радиоактивной метки не происходит. Декарбоксилирование -оксоглутарата приведет тогда к образованию сукцината, лишенного радиоактивности, а вся метка будет содержаться в высвободившемся Тот факт, что вся метка обнаруживается в составе явился полной неожиданностью. Цитрат-молекула симметричная. Поэтому считалось, что две его -группы должны реагировать идентично. Значит, предполагалось далее, на каждую молекулу цитрата, превращающуюся по пути 1, должна приходиться другая молекула цитрата, превращающаяся по пути 2. Если это так, то в составе должна появляться только половина метки.

Эти эксперименты, проведенные в 1941 г., были интерпретированы таким образом, что, поскольку превращение метки носит асимметричный характер, цитрат (или какое-либо другое симметричное соединение) не может быть промежуточным продуктом при образовании -оксоглутарата. Такая интерпретация казалась неоспоримой до 1948 г., когда Александр Огстон (Alexander Ogston) проницательно указал на ошибочность утверждения, что две идентичные группы в симметричной молекуле не могут быть дифференцированы ферментом: «Напротив, возможно, что асимметричный фермент, действующий на симметричное соединение, может различать его идентичные группы... асимметричное распределение изотопа в продукте реакции не может считаться аргументом против его образования из симметричного предшественника».

Проанализируем утверждение Огстона, Для простоты рассмотрим молекулу, в которой два водородных атома, группа X и другая группа связаны с тетраэдрическим атомом углерода. Обозначим один водород А, второй-В. Предположим теперь, что фермент связывает три группы этого субстрата: Может ли он отдифференцировать от На рис. 13.12 показано связывание с тремя участками фермента. Отметим, что не могут быть связаны с этим активным центром, вернее, могут быть связаны две группы, но не все три.

Таблица 13.3. Обычно применяемые радиоактивные изотопы

Таким образом, судьба и должна быть различной.

Следует заметить, что и стерически неэквивалентны, несмотря даже на то, что молекула лишена оптической активности. Точно так же стерически неэквивалентны -группы цитрата, несмотря на отсутствие оптической активности у цитрата. Правила симметрии, которые определяют, имеются ли в соединении неразличимые заместители, отличаются от правил, определяющих, является ли оно оптически неактивным: 1) молекула оптически неактивна, если она может быть наложена на свое зеркальное отражение; 2) молекула имеет неразличимые заместители только в том случае, если эти группы совпадают при вращении, когда остальная структура остается без изменения.

Стерически неэквивалентные группы, такие, как и почти всегда различаются при ферментативных реакциях. Смысл дифференциации этих групп состоит в том, что фермент удерживает субстрат в состоянии специфической ориентации. Присоединение

Рис. 13.12. и стерически неэквивалентны, если субстрат связао с ферментом в трех участках.

Хиральность - «Я называю геометрическую фигуру или группу точек хиральной и говорю, что она обладает хиральностью, если ее идеально реализованное отражение в плоском зеркале не совпадает с ней при наложении».

Кельвин (1893 г.)

Происходит от греч. cheir-рука.

по трем точкам, как показано на рис. наглядный, но не единственный путь к достижению особой ориентации субстрата.

Термины «хиральный» и «прохиральный» теперь широко используются при описании стереохимии молекул. Хиральная молекула обладает асимметрией и, следовательно, является оптически активной. Прохиральная молекула, такая, как цитрат или лишена асимметрии и соответственно оптически неактивна. Однако она может стать хиральной в результате всего лишь одного этапа. Прохиральная молекула (такая, как превращается в хиральную при замещении одного из ее идентичных атомов или одной из групп (в данном примере - ). Приставки используются для определенного обозначения хиральных и прохиральных центров, как описано в приложении к данной главе (стр. 69).