21. Wstęp do chemii α

21. Wstęp do chemii a-aminokwasów
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
godzina wykładu: 46 i 47
1
21.1. Budowa ogólna a-aminokwasów i klasyfikacja peptydów
H2N
O
OH
kwas 2-aminooctowy
(glicyna)
H2N
R
O
OH
Klasyfikacja peptydów na przykładzie a-monopodstawionych a-aminokwasów
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
2
21.2. Proteinowe a-aminokwasy i wybrane funkcje protein
szkieletowe (np. kolagen, keratyna)
składniki np. kości, mięśni, włosów
ochronne
np. jad węża, toksyny roślinne - ochrona organizmu przed drapieżnikami;
przeciwciała i peptydowe antybiotyki – ochrona przed chorobami
enzymy – katalizatory procesów komórkowych
hormony – regulowanie procesów życiowych
funkcjonalne – transport i magazynowanie tlenu w mięśniach
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
3
łańcuch
boczny
R
R
R
R
R
H2N
R
(S)
O
OH
21.3. Najważniejsze proteinowe a-aminokwasy
H
CH3
glicyna, Gly
alanina, Ala
seryna, Ser
HO
treonina, Thr
walina, Val
HS
cysteina, Cys
H2N
kw. asparaginowy, Asp
lizyna, Lys
fenyloalanina, Phe
kw. glutaminowy, Glu
HN
H2N
O
izoleucyna, Ile
leucyna, Leu
metionina, Met
asparagina, Asn
glutamina, Gln
histydyna, His
tryptofan, Trp
NH
arginina, Arg
tyrozyna, Tyr
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
4
21.3. Właściwości kwasowo-zasadowe a-aminokwasów
gr. funkcyjnej
w łańcuchu bocznym
węglowy łańcuch boczny
pKa1 = 2.16-2.63
pKa2 = 9.10-9.69
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
5
21.4. Punkt izoelektryczny (pI)
przeważa
przy pH
silnie
zasadowym
przeważa
przy pH
silnie
kwaśnym
pI = pH, przy którym stężenie jonu obojnaczego jest największe,
a stężenie formy kationowej jest równe stężeniu formy anionowej
a-aminokwasy z niejonizującym łańcuchem bocznym
pKa = 2.32
O
pKa = 9.62
NH2
równanie Hendersona-Hasselbalcha
OH
pK a  pH  log
[HA]

[A ]
kiedy
[HA]  [A - ]
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
to
log
[HA]
[A ]
-
0
więc
pH  pK a
6
21.5. Punkt izoelektryczny (pI), cd.
a-aminokwasy z jonizującym łańcuchem bocznym
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
7
21.6. Otrzymywanie syntetycznych a-aminokwasów (racemicznych)
z kwasów a-halokarboksylowych
z kwasów a-ketokarboksylowych (aminowanie redukcyjne)
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
8
21.6. Otrzymywanie syntetycznych a-aminokwasów (racemicznych), cd.
z a-halomalonianu dietylu/dimetylu (wykorzystanie syntezy Gabriela)
O
N K
RO2C
O
Br
OR
O
RO2C
O
N
O
H
O
OR
RO
RO2C
O
N
O
O
CO2H
CO2H
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
R' X
OR
HO2C
O
N
O
R'
O
OR
HCl/H2O
+
CO2
+
R'
O
NH3
O
9
21.6. Otrzymywanie syntetycznych a-aminokwasów (racemicznych), cd.
z aldehydów (synteza Streckera)
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
10
21.7. Wiązanie peptydowe
N-terminaly aminokwas
N-terminaly aminokwas
wiązanie peptydowe
C-terminaly aminokwas
C-terminaly aminokwas
zahamowanie rotacji wokół wiązania peptydowego
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
11
21.8. Otrzymywanie dipeptydów – plan działania
wzór
potrzebne aminokwasy
otrzymać
Plan działania
(1) zabezpieczyć
(2) zaktywować
(3) przeprowadzić
reakcję z waliną
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
(4) odbezpieczyć
gr. NH2
12
H2N
O
Ph
O
O
OH
Cbz
środowisko
zasadowe
H
N
21.8.1. Otrzymywanie dipeptydów – synteza
O
Ph
O
O
Cl
(1) N-zabezpieczenie
N-terminalnego aminokwasu
O
H+/H2O
H
Cbz N
O
OH
NEt3
H
Cbz N
O
O
O
(3) reakcja zabezpieczonych
aminokwasów
O
O
Cl
(2) aktywacja N-terminalnego
aminokwasu (in situ)
OEt
(4) odbezpieczenie grupy NH2
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
13
21.9. Otrzymywanie oligo- i polipeptydów
N–zabezpieczony dipeptyd
tripeptyd
tetrapeptyd
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
14
21.10. Sekwencjonowanie peptydów przez kolejne ustalanie
N-terminalnego aminokwasu, test Edmana
izotiocyjanian fenylu – reagent Edmana
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
15
21.11. Budowa, a funkcja fizjologiczna naturalnych peptydów
„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2016/2017
16