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A3. Catalyse covalente ou nucléophile - Biologie


Une façon de modifier l'énergie d'activation de la réaction consiste à modifier le mécanisme de réaction de manière à introduire de nouvelles étapes avec une énergie d'activation plus faible. Le catalyseur nucléophile et le nucléophile d'origine interagissent généralement avec un carbonyle C dans une réaction de substitution, formant initialement l'intermédiaire oxyanion tétraédrique.

Figure : CATALYSE NUCLEOPHILE COVALENTE PAR LA PYRIDINE.

Si une amine est utilisée comme catalyseur nucléophile, le produit d'addition initial (une carbinolamine) peut se déshydrater, car la paire d'électrons libres sur le N est plus susceptible d'être partagée avec le carbone pour former une double liaison que les électrons du carbonyle d'origine O, qui est plus électronégatif que le N). Une imine ou base de Schiff se forme, avec un pKa d'environ 7.

Figure : MÉCANISME DE FORMATION DE LA BASE DE SCHIFF

Ceci est facilement protoné pour former un N chargé positivement à l'ancien centre carbonyle O. Cela sert d'excellent puits d'électrons pour les réactions de décarboxylation des acides bêta-céto et illustre un point important. Les électrons dans les réactions chimiques peuvent être considérés comme circulant d'une source (comme un groupe carboxyle) à un puits (comme un carbonyle nucléophile O ou un N chargé positivement dans une base de Schiff).

Figure : MÉCANISME DE CATALYSE NUCLÉOPHILE PAR AMINES - FORMATION DE LA BASE DE SCHIFF.

Figure : FLUX D'ÉLECTRONS : DE LA SOURCE VERS L'ÉVIER

Dans une section ultérieure, nous discuterons de la façon dont les enzymes protéiques utilisent ces mêmes stratégies catalytiques. Une question intrigante se pose : quelle part de la structure d'une grosse protéine est vraiment nécessaire pour la catalyse ? De nombreux travaux ont été dirigés vers le développement de petites molécules mimétiques de catalyse d'enzymes protéiques de grande taille. Jusqu'où pouvez-vous réduire la taille d'une protéine tout en obtenant une catalyse. Une caractéristique importante de la catalyse enzymatique est qu'elle catalyse des réactions dans lesquelles un seul énantiomère est produit. C'est-à-dire que la synthèse est asymétrique. Ceci est typiquement une conséquence de l'enzyme asymétrique (elle-même chirale) liant un seul énantiomère en tant que réactif et/ou l'imposition de restrictions stériques sur les réactions possibles du substrat lié. Récemment, il a été montré que le L-Pro seul peut agir en tant que tel catalyseur asymétrique dans une réaction de condensation d'aldol.

Figure : L-PRO CATALYSE D'UNE CONDENSATION D'ALDOLE : MÉCANISME POSSIBLE