Racemizace

Racemizace je chemický proces, při němž se enantiomerně čistá (je přítomen pouze jeden enantiomer) látka mění na směs několika enantiomerů. Při racemizaci dojde k vytvoření stejného množství D a L enantiomerů, vzniká tak racemická směs.[1][2]

Stereochemie

Dva enantiomery obecné chirální aminokyseliny

Chirální molekuly mají dvě formy (na každém chirálním centru), které se liší svými optickými vlastnostmi: (−) izomer stáčí rovinu polarizovaného světla doleva, zatímco (+) izomer ji stáčí doprava. Tyto dvě formy se nazývají enantiomery. Tato +/- notace by neměla být zaměňována s označováním D a L, které je odvozeno od struktury D- a L-glyceraldehydu.

Při racemizaci se jeden čistý enantiomer mění na stejná množství obou enantiomerů za vzniku racemické směsi. Je-li přítomno stejné množství (+) a (−) formy, pak k optické otáčivosti nedochází.[1] Enantiomery nejsou totéž jako diastereomery, druh stereoizomerů, které se liší strukturou molekuly kolem stereocentra a nejsou zrcadlovými obrazy.

Objev optické aktivity

Roku 1843 objevil Louis Pasteur optickou aktivitu u kyseliny parahroznové (racemické kyseliny vinné). Dokázal izolovat krystaly dvou enantiomerů, které otáčely rovinu polarozovaného světla opačným směrem.[2]

Vliv na fyzikální vlastnosti

Racemát má často odlišné fyzikální vlastnosti než každý jednotlivý enantiomer kvůli odlišným vnitromolekulárním interakcím. Přeměna z čistého enantiomeru na racemát může způsobit změnu hustoty, teploty tání, rozpustnosti, slučovacího tepla, indexu lomu a také různých spekter. Krystalizací racemické směsi mohou vzniknout oddělené (+) a (−) formy nebo jediná racemická látka.

Biologický význam

Většina biochemických reakcí je stereoselektivní, takže se jen jeden stereoizomer účastní reakce a druhý nereaguje nebo způsobuje vedlejší účinky; například u aminokyselin jsou obvykle biologicky aktivní L izomery a u sacharidů (hlavně glukózy) D-izomery, což je způsobeno tím, že mnoho biomolekul je chirálních a tak reakcemi se specifickými enantiomery vznikají čisté stereoizomery.[3] Důležitá je rovněž skutečnost, že všechny aminokyseliny se většinou vyskytují v L formě. Některé bakterie ovšem vytvářejí D aminokyselinové zbytky, z nichž se vytvářejí krátké polypeptidy, které lze nalézt v buněčných stěnách těchto bakterií. Zmíněné polypeptidy jsou hůře zpracovávány peptidázami a jsou syntetizovány bakteriálními enzymy namísto mRNA translace, při které se tvoří peptidy z L-aminokyselin.[3]

Stereoselektivní povaha většiny biochemických reakcí znamená, že různé enantiomery téže látky mají rozdílné chemické vlastnosti a účinky na organismy. Mnoho psychotropních látek má různou aktivitu či účinnost v závislosti na izomerech, například amfetamin se často dodává jako racemická směs, ovšem dextroamfetamin je aktivnější. Podobná situace je u metadonu, kde je jeden z izomerů opioidovým antagonistou, zatímco druhý je antagonistou NMDA.[4]

Racemizace léčiv může probíhat in vivo. R enantiomer thalidomidu je účinný proti ranním nevolnostem, zatímco jeho S enantiomer je teratogenní, způsobuje poškození zárodku v prvním trimestru těhotenství. Pokud je podán pouze jeden enantiomer, později lze v krevním séru najtít oba;[5] látka tak není považována za bezpečnou pro ženy v produktivním věku a i v ostatních případech je její používání pod přísným dohledem.[6][7]

U ibuprofenu má protizánětlivé účinky pouze jeden enantiomer, zatímco druhý je biologicky neúčinný. Obdobně je S stereoisomer citalopramu mnohem reaktivnější než R enantiomer.[2][3][8]

Konfigurační stabilita léčiv je z těchto důvodů předmětem zájmu ve farmaceutickém výzkumu.[9] Tvorba a analýza enantiomerů ve farmaceutickém průmyslu se studuje v oblasti chirální organické syntézy.

Tvorba racemických směsí

Racemizace lze dosáhnout pouhým smísením stejných množství dvou čistých enantiomerů.

K racemizaci může dojít během následujících procesů:

Zjišťování míry racemizace L-forem na směs L- a D-forem) je jednou z metod datování biologických vzorků ve tkáních s nízkou mírou obratu, forenzních vzorků a zkaměnělin. Tato metoda se nazývá aminokyselinové datování.

Odkazy

Související články

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Racemization na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b Streitwieser & Heathcock (1985) pp. 122–124
  2. ↑ a b c NELSON, D. L.; COX, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry. 6th. vyd. New York: W. H. Freeman, 2013. ISBN 1429234148. (anglicky) 
  3. ↑ a b c VOET, D.; VOET, J. G.; PRATT, C. W. Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level. 4th. vyd. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2013. ISBN 0470547847. (anglicky) 
  4. ↑ ARNOLD, L. E.; WENDER, P. H.; MCCLOSKEY, K.; SNYDER, S. H. Levoamphetamine and Dextroamphetamine: Comparative Efficacy in the Hyperkinetic Syndrome: Assessment by Target Symptoms.. Arch. Gen. Psychiatry. 1972, s. 816–822. DOI 10.1001/archpsyc.1972.01750300078015. PMID 4564954. (anglicky) 
  5. ↑ Teo, S. K.; COLBURN, W. A.; TRACEWELL, W. G.; KOOK, K. A.; STIRLING, D. I.; JAWORSKY, M. S.; SCHEFFLER, M. A. Clinical pharmacokinetics of thalidomide. Clin. Pharmacokinet.. 2004, s. 311–327. DOI 10.2165/00003088-200443050-00004. PMID 15080764. (anglicky) 
  6. ↑ STOLBERG, S. G. Thalidomide Approved to Treat Leprosy, With Other Uses Seen. The New York Times. 17 July 1998. Dostupné online [cit. 8 January 2012]. (anglicky) 
  7. ↑ Use of thalidomide in leprosy [online]. World Health Organisation [cit. 2010-04-22]. Dostupné online. (anglicky) 
  8. ↑ JACQUOT, C.; DAVID, D. J.; GARDIER, A. M.; SÁNCHEZ, C. Escitalopram and citalopram: the unexpected role of the R-enantiomer. Encéphale. 2007, s. 179–187. PMID 17675913. (anglicky) 
  9. ↑ M. Reist, B. Testa, P.-A. Carrupt. Stereochemical Aspects of Drug Action and Disposition. Redakce Michel F. Eichelbaum, Bernard Testa, Andrew Somogyi. [s.l.]: [s.n.] (Handbook of Experimental Pharmacology; sv. 153). Dostupné online. DOI 10.1007/978-3-642-55842-9_4. Kapitola Drug Racemization and Its Significance in Pharmaceutical Research, s. 91–112. (anglicky) 
  10. ↑ March (1985) pp. 517–518
  11. ↑ March (1985) p. 610

Média použitá na této stránce

Chirality with hands.svg
Amino Acid Chirality chirality with hands from http://www.nai.arc.nasa.gov/ A "chiral" molecule is one that is not superposable with its mirror image. Like left and right hands that have a thumb, fingers in the same order, but are mirror images and not the same, chiral molecules have the same things attached in the same order, but are mirror images and not the same. Although most amino acids can exist in both left and right handed forms, Life on Earth is made of left handed amino acids, almost exclusively. No one knows why this is the case. However, Drs. John Cronin and Sandra Pizzarello have shown that some of the amino acids that fall to earth from space are more left than right. Thus, the fact that we are made of L amino acids may be because of amino acids from space. Why do amino acids in space favor L? No one really knows, but it is known that radiation can also exist in left and right handed forms. So, there is a theory called the Bonner hypothesis, that proposes that left handed radiation in space (from a rotating neutron star for example) could lead to left handed amino acids in space, which would explain the left handed amino acids in meteorites. This is still speculative but our paper makes it much more plausible. In fact, this observations was one of the main reasons why we pursued this research. Although there were theories about how the amino acids could form in space in the ice, no one had shown that it was viable to make amino acids this way, until now.