立體化學原理4

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1、根據(jù)Cahn-Ingold-Prelog規(guī)則，G’緊隨G增加優(yōu)先次序，或者說也可能緊隨G和比G優(yōu)先的配體之間；如果原來有次序a>G>b，G’的插入就得到a>G’>G>b。通常G’為一直接與潛手性中心連接的比G更重的同位素（H被D取代，CH3被CH3取代等）。在這種操作后，潛手性碳原子變?yōu)槭中栽?。（b）如上述操作可指明新手性，如果配體G由試驗基團G’取代得到R（或S）不對稱中心，則G稱為pro-R（或pro-S），在結(jié)構(gòu)式中常在其符號右下角以字母R（或S）表明，比如HR或HS。另一個G自然就是pro-S（或pro-R）（見圖A2.16結(jié)構(gòu)式）。如果

2、潛手性原子成為假不對稱則用小寫字母r和s。圖A2.16一些潛手性碳原子的例子酶區(qū)分立體異位基團特別是類型Ca,b,G,G的體系的能力可由上述理論考察來解釋。酶的活性位點為典型手性結(jié)構(gòu)，含潛手性碳原子的底物與此結(jié)合后，對映配體就成了非對映體，所以本質(zhì)上化學不等價了，也增加底物中那些已經(jīng)是非對映的配體間的差別。這些想法有助于解釋以前觀察中的疑問。其中一個就是由丙酮酸和標記的13CO2酶控制形成α-酮戊二酸中，為何集中在羰基鄰位羧基碳原子上有“不對稱”標記。首先這些結(jié)果看來與草酰乙酸中間體形成（丙酮酸+CO2）和草酰己酸經(jīng)檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸的假設不

3、符；這種中間體就碳原子（Ca,b,G,G型）而言是對稱的，在兩homoporphic取代基之一G上帶標記（見Kreb循環(huán)，圖A3.22）。A.G.Ogston[Ogston,A.G.,Nature,163,963(1948)]說明了這些實驗結(jié)果和Kreb循環(huán)反應之間道理上講為何無不相符之處。他提出了如圖A2.17所示機理模型來解釋順烏頭酸酶（aconitase）對檸檬酸的兩乙酸鏈（現(xiàn)稱為對映鏈）的區(qū)分。這種模型可擴展到所有Xa,b,G,G型體系，此體系被稱為三點底物-酶鍵合（three-pointsubstrate-enzymebinding），已

4、被廣泛接受。然而，必須清楚的是，不能把Ogston的模型作為酶對實際反應機理中的立體異位基團選擇能力的普遍解釋。如果假設配體僅從一面與扁平蛋白質(zhì)（酶）接近，Ogston的模型是可以描述并解釋許多立體識別的，但蛋白質(zhì)表面接觸位點處于裂縫或突出部位，三點模型就不足以區(qū)分立體異構(gòu)體。Mesecar和KoshlandJr[AndewD.Mesecar,DanielE.KoshlandJr.,ANewModelforProteinStereospecificity,Nature,403,614-615(2000)]基于對異檸檬酸脫氫酶（isocitrated

5、ehydrogenase,IDH）游離時與L-(2S，3R)-異檸檬酸的結(jié)合和Mg2+存在下與D-異檸檬酸結(jié)合的X-射線單晶衍射結(jié)果提出了四定位模型（four-locationmodel）。底物與酶結(jié)合不一定要四個結(jié)合點，然而除三個結(jié)合點外，另一個配體可以是結(jié)合點也可以是方向定位。從而配體僅能與酶從一個方向結(jié)合，故酶可以區(qū)分對映體。Ogston的假設是可能的，且與迄今一般立體化學原理符合。酶和底物間的三點結(jié)合模型很具吸引力，使人們能理解酶促隱性立體專一性現(xiàn)象。然而，認為是生物催化的實際描述就錯了，現(xiàn)在還沒有明確的實驗證據(jù)支持或否定Ogston假說。

6、圖A2.17a：Ogston模型(三點底物-酶鍵合)b：Mesecar-Koshland模型（四位模型）所討論的關于分子中homomorphic（或?qū)τ常┗鶊F間空間關系的問題可以延伸至平面體系的面（見圖A2.18）。我們設想試劑G’對這種體系的任一邊進攻（為了簡化起見，假設進攻直接針對面上的原子之一，如羰基碳原子，垂直進攻），兩過渡態(tài)（圖A2.18中A和B）可以是相等（如從97開始），相互為對映形式（如從98開始，G’非手性），或者互為非對映形式（從38a開始或G’為手性時從98開始）。這些過渡態(tài)的關系將反映到產(chǎn)物混合物的組成上：如過渡態(tài)相等，僅得

7、一種產(chǎn)物；如兩過渡態(tài)為對映形式（或兩能量相等）將可能得到等摩爾量的對映體（消旋體）；當兩過渡態(tài)為非對映形式（也就是當能量級不同時）得到不同量的立體異構(gòu)體（立體選擇性或立體專一性反應）。將這些原理用于酶催化反應時就必須小心，在這些情況下與底物相作用的G’通常為手性的，因為它是酶活性位點（典型的手性）與滲入到產(chǎn)物的試劑（或者手性或非手性，如H+，Hˉ，碳離子等）之間的加成復合物。因此生物催化反應C（sp2）→C（sp3）將以一對非對映體之間選擇的過渡態(tài)為特征，不管C（sp2）取對映面或有非對映面。由此可解釋酶催化轉(zhuǎn)化中常發(fā)現(xiàn)的立體專一性：如果底物有對映

8、面（見圖A2.19），產(chǎn)物是可能的對映體之一，否則為非對映體之一。在與潛手性四面體碳原子（Xa,b,G,G，特別是當X為s