Epimerisatie is de omzetting van een molecuul in een epimeer: een verwante vorm die op precies één stereocentrum een andere ruimtelijke configuratie heeft. De rest van de molecuulstructuur blijft hetzelfde. Bij biochemische reacties kan een enzym deze verandering katalyseren.
Epimerisatie verandert dus de ruimtelijke rangschikking van atomen, niet de verbindingen tussen de atomen. Zo kan een kleine structurele verandering invloed hebben op de eigenschappen en herkenning van een molecuul door enzymen of receptoren.
Wat zijn epimeren en isomeren?
Isomeren zijn moleculen met dezelfde molecuulformule, maar een verschillende structuur of ruimtelijke rangschikking. Epimeren zijn een specifieke groep stereoisomeren: ze verschillen in configuratie op één stereocentrum, terwijl de configuratie op de andere stereocentra gelijk blijft.
Kort gezegd: alle epimeren zijn stereoisomeren, maar niet alle stereoisomeren zijn epimeren. Het verschil is subtiel en kan toch belangrijk zijn voor biologische processen.
Een enzym kan de configuratie op één stereocentrum veranderen door een chemische tussenstap. Bij sommige reacties wordt eerst tijdelijk een ketogroep gevormd. Daarna kan een enzym een waterstofatoom vanaf een andere kant toevoegen, waardoor de configuratie omkeert.
Een vereenvoudigd schema is:
Molecuul met configuratie A → tijdelijke tussenstof → molecuul met configuratie B
De precieze stappen hangen af van het molecuul en het enzym. Sommige enzymatische reacties kunnen in beide richtingen verlopen; de omstandigheden en beschikbare stoffen beïnvloeden welke richting overheerst.
Voorbeeld: UDP-glucose-4-epimerase
UDP-glucose-4-epimerase is een enzym dat UDP-glucose en UDP-galactose in elkaar kan omzetten. De suikers verschillen in configuratie bij één koolstofatoom, C4, en zijn daarom epimeren.
Tijdens de enzymreactie wordt op die positie kort een tussenproduct gevormd, waarna de configuratie wordt omgezet. Dit voorbeeld laat zien dat epimerisatie ook voorkomt in het suikerstofmetabolisme, los van de darmmicrobiota.
Darmbacteriën kunnen galzuren chemisch aanpassen. Een van die reacties is epimerisatie van een hydroxylgroep: de oriëntatie ervan verandert op één plek in het molecuul. Dit kan onder meer bijdragen aan de vorming van verschillende galzuurvarianten.
Bij omzettingen van galzuren kunnen hydroxysteroïde-dehydrogenasen (HSDH’s) een hydroxylgroep tijdelijk omzetten in een ketogroep. Een ander enzym kan die groep vervolgens aan de andere kant terugzetten. Bij sommige routes ontstaat zo uit chenodeoxycholzuur via een 7-oxo-tussenproduct ursodeoxycholzuur. De betrokken microben en enzymen verschillen per route.
Dit is niet hetzelfde als deconjugatie of dehydroxylering. Deconjugatie verwijdert glycine of taurine van een geconjugeerd galzuur. Dehydroxylering verwijdert een hydroxylgroep. Epimerisatie verandert juist de ruimtelijke oriëntatie van een groep op één stereocentrum.
Waarom is de ruimtelijke vorm van belang?
Enzymen en receptoren herkennen moleculen mede aan hun driedimensionale vorm. Verschillende galzuurvarianten kunnen daarom andere fysisch-chemische eigenschappen hebben en anders worden verwerkt. De aanwezigheid van een bacterie of enzym toont op zichzelf echter niet aan welk effect een galzuurprofiel bij een individuele persoon heeft.
Epimerisatie is de omzetting van een molecuul in een vorm die alleen op één stereocentrum verschilt. De twee vormen die zo ontstaan, heten epimeren.
Wat zijn epimeren?
Epimeren zijn stereoisomeren met dezelfde molecuulformule en dezelfde verbindingen tussen atomen, maar met een andere configuratie op precies één stereocentrum. Op de overige stereocentra is de configuratie gelijk.
Wat zijn voorbeelden van epimeren?
UDP-glucose en UDP-galactose zijn een voorbeeld: ze verschillen bij koolstofatoom C4. Bij galzuurstofwisseling kunnen galzuurvarianten ontstaan die verschillen in de oriëntatie van een hydroxylgroep, zoals chenodeoxycholzuur en ursodeoxycholzuur bij C7.
Wat is het verschil tussen epimeren en andere isomeren?
Isomeren is de brede verzamelnaam voor moleculen met dezelfde molecuulformule maar een verschillende structuur of rangschikking. Epimeren zijn stereoisomeren die uitsluitend op één stereocentrum van elkaar verschillen.
Epimerisatie verandert de configuratie op één stereocentrum en levert epimeren op. Het begrip komt voor in uiteenlopende biochemische routes, waaronder de omzetting van UDP-glucose en UDP-galactose en bepaalde bacteriële galzuurtransformaties.
De moleculaire voorbeelden verduidelijken wat epimerisatie is, maar zeggen niet op zichzelf iets over gezondheid of ziekte. De betekenis van een specifieke reactie hangt af van het molecuul, de betrokken enzymen en de biologische context.
