sciencetalk

Dag,

Klopt het dat zowel vorming als hydrolyse van peptidebindingen nucleofiel-elektrofielinteracties zijn, waarbij (bijvoorbeeld) bij hydrolyse water als nucleofiel het elektrofiele koolstofatoom aanvalt? En hoe zit het bij het tegenovergestelde, namelijk formatie van de peptidebinding. Kun je -in algemene zin- stellen dat vrijwel iedere organische (biologisch relevante) reactie ofwel Nu-El-interactie, ofwel redoxreactie, ofwel zuur-basereactie is? Dank alvast voor de toelichting!

H. gr.,
Philip Voets

PhilipVoets schreef: ↑vr 09 jun 2023, 16:13 Dag,

Klopt het dat zowel vorming als hydrolyse van peptidebindingen nucleofiel-elektrofielinteracties zijn, waarbij (bijvoorbeeld) bij hydrolyse water als nucleofiel het elektrofiele koolstofatoom aanvalt? En hoe zit het bij het tegenovergestelde, namelijk formatie van de peptidebinding. Kun je -in algemene zin- stellen dat vrijwel iedere organische (biologisch relevante) reactie ofwel Nu-El-interactie, ofwel redoxreactie, ofwel zuur-basereactie is? Dank alvast voor de toelichting!

H. gr.,
Philip Voets

Niet helemaal; maar je kunt wel zeggen dat (vrijwel) elk mechanisme van een organisch chemische reactie een of meer nucleofiele aanvallen bevat. Andere typen reactiestappen zijn het afsplitsen van een vertrekkende groep, de overdracht van een proton, oftewel een zuurbasereactie en omleggingen.

Het mechanisme achter de vorming en de hydrolyse van peptidebindingen is in aanleg hetzelfde (nucleofiele substitutie op een carbonylgroep); alleen met de rol van nucleofiel en van vertrekkende groep zijn omgedraaid. Het precieze mechanisme verschilt wel, al was het maar omdat er verschillende enzymen bij zijn betrokken.

Hartelijk dank! Tijdens de geneeskundestudie leerden we altijd dat je de organische chemie (voor zover “klinisch / biologisch relevant”, haha) ongeveer dekt met redox, Sn1, Sn2, E1, E2 en zuur-base als reactiemechanismen. Maar stel dat ik bijvoorbeeld denk aan methylerimg van DNA; hoe moet ik dat zien? Mijn intuïtie zegt ook nucleofiele substitutie of additie, maar ik kan van een apolair CH4 geen “elektronenoverschot” maken om het als nucleofiel te beschouwen. Of gaat het dan om CH3 met lone pair?

Gr. en dank weer!

PhilipVoets schreef: ↑za 10 jun 2023, 14:47 Hartelijk dank! Tijdens de geneeskundestudie leerden we altijd dat je de organische chemie (voor zover “klinisch / biologisch relevant”, haha) ongeveer dekt met redox, Sn1, Sn2, E1, E2 en zuur-base als reactiemechanismen. Maar stel dat ik bijvoorbeeld denk aan methylerimg van DNA; hoe moet ik dat zien? Mijn intuïtie zegt ook nucleofiele substitutie of additie, maar ik kan van een apolair CH4 geen “elektronenoverschot” maken om het als nucleofiel te beschouwen. Of gaat het dan om CH3 met lone pair?

Gr. en dank weer!

Dat vind ik een beetje rare uitspraak. Ik kan prima meegaan met iemand die stelt dat je na het leren van S_N1 en 2 en E1 en E2 als voorbeelden de belangrijkste principes van de organische chemie wel besproken hebt. Maar de mechanismes die je noemt zijn zelf biologisch niet tot nauwelijks relevant. E2 bijvoorbeeld verlangt een sterke base, die je in het lichaam niet treft. Het zou dus echt moeten gaan om het begrijpen van de "ingrediënten": wat is een nucleofiel, wat is een elektrofiel, wat is een vertrekkende groep, wat is het belang van zuur of basisch karakter van bepaalde groepen, elektronegativiteit, resonantie, enzovoort.

Daarnaast zou ik zeggen dat nucleofiele additie en nucleofiele subtitutie op de carbonylgroep als mechanisme biologische minstens zo relevant zijn. Maar het zijn wel totaal andere mechanismes, hoewel dezelfde basisprincipes optreden.
Nucleofiele additie treedt bijvoorbeeld op bij de vorming van de ringstructuur van suikers, en nucleofiele substitutie op de carbonylgroep is het verantwoordelijke mechanisme bij vorming en bij de hydrolyse van zowel peptides als vetten.

Wat betreft de methylering van DNA nog een paar kanttekeningen.

1. De methylgroep is het elektrofiel. De groep die gemethyleerd wordt (afhankelijk van de methylering een C, N of O atoom) is het nucleofiel. Om de methylgroep elektrofiel te maken moet er een goede vertrekkende groep op zitten / moet deze vastzitten aan een goede vertrekkende groep.

2. Belangrijk dus om te onderscheiden: de methylering is een substitutiereactie. In veel gevallen wordt een H vervangen door een CH₃. Maar organisch chemisch gezien, vanuit het mechanisme van de nucleofiele substitutiereactie, gaat het eigenlijk om substitutie van de activerende groep (bijvoorbeeld S-adenosylmethionine) op de methylgroep door de nucleoside.

3. Bij substitutie op het C-atoom (bijvoorbeeld bij 5mC) kan dat C-atoom alleen als nucleofiel optreden als die geactiveerd wordt. Dat vraagt een extra betrokken molecuul, en extra overdrachten van lading ten opzichte van een "normale" S_N2 reactie.

PhilipVoets schreef: ↑za 10 jun 2023, 14:47 Hartelijk dank! Tijdens de geneeskundestudie leerden we altijd dat je de organische chemie (voor zover “klinisch / biologisch relevant”, haha) ongeveer dekt met redox, Sn1, Sn2, E1, E2 en zuur-base als reactiemechanismen. Maar stel dat ik bijvoorbeeld denk aan methylerimg van DNA; hoe moet ik dat zien? Mijn intuïtie zegt ook nucleofiele substitutie of additie, maar ik kan van een apolair CH4 geen “elektronenoverschot” maken om het als nucleofiel te beschouwen. Of gaat het dan om CH3 met lone pair?

Gr. en dank weer!

Opmerking moderator

Dag,

Dank voor alle toelichting. Ik heb het inderdaad wat onhandig verwoord en gechargeerd, maar de strekking was dat de biologisch relevante chemische reactieprincipes vooral nucleofiel-elektrofiel-reacties, redoxreacties en zuur-basereacties waren. Zo staat het tenminste ook in de MCAT-voorbereiding beschreven, haha.
And point taken, ook t.a.v. super-/subscript.

Misschien nog een allerlaatste vraag: hoe moet ik een decarboxyleringsreactie zien qua mechanisme? Is die eliminatie van koolstofdioxide te vatten als E1- of E2-reactie?