aminokwas.pdf

(263 KB) Pobierz
A M I N O K W A S Y i P E P T Y D Y
A M I N O K W A S Y i P E P T Y D Y
Aleksander Kołodziejczyk grudzień 2006
AMINOKWASY
Jak wynika z nazwy, aminokwasy są związkami organicznymi zawierającymi przynajmniej jedną
funkcję aminową i jedną karboksylową. NaleŜą do najwaŜniejszych związków organicznych z
uwagi na rolę, jaka pełnią w funkcjonowaniu organizmów Ŝywych. To z nich zbudowane są
białka , one w chodzą w skład substancji biologicznie czynnych (np. enzymów , hormonów ), z
nich powstaje wiele związków koniecznych do podtrzymywania Ŝycia, występują teŜ w stanie
wolnym.
Z uwagi na wzajemne ułoŜenie grupy aminowej w stosunku do grupy karboksylowej
rozróŜniamy
-,
b
-,
g
- i dalsze aminokwasy .
(CH 2 )x COOH
RCH
x = 0, 1, 2, 3, .....
NH 2
a
,
b
,
g
,
d
, .....
W zaleŜności od liczby podstawników na atomie azotu aminokwasy dzielą się na takie, które
zawierają grupę aminową 1 o , 2 o , 3 o i czwartorzędową amoniową; te ostatnie noszą nazwę betain .
Wyst ę powanie
Aminokwasy naleŜą do najpopularniejszych związków naturalnych, są bowiem składnikami
białek – substancji stanowiących podstawowy budulec drobnoustrojów i organizmów
zwierzęcych. Wchodzą w skład peptydów , czyli kopolimerów aminokwasów o mniejszej masie
cząsteczkowej niŜ białka , występują równieŜ jako wolne związki. Stanowią substraty wielu
innych związków biologicznie czynnych, w tym neuroprzeka ź ników i alkaloidów .
Organizm wykorzystuje w syntezie białek jedynie 23 aminokwasy ; są to tzw. aminokwasy
kodowane , czyli rozpoznawalne przez kod genetyczny. W białkach , obok 20 najczęściej
spotykanych aminokwasów kodowanych stwierdzono obecność jeszcze kilkudziesięciu innych
aminokwasów ; razem nazwano je aminokwasami białkowymi . Aminokwasy białkowe , inne niŜ
aminokwasy kodowane powstają w wyniku chemicznej, tzw. postrybosomalnej modyfikacji
reszt aminokwasów kodowanych . Pojawiają się one dopiero po utworzeniu białek na
rybosomach w wyniku postrybosomalnej modyfikacji dzięki takim reakcjom, jak N -alkilowanie ,
C -hydroksylowanie , halogenowanie , redukcja , tworzenie wi ą za ń disulfidowych , wi ą za ń
amidowych i innych.
Dla ułatwienia zapisu długich wzorów peptydów i białek wprowadzono mi ę dzynarodowe kody
aminokwasów : kody trójliterowe i jednoliterowe (te drugie tylko dla aminokwasów
kodowanych).
Najpopularniejsze aminokwasy białkowe Tabela
Wzór
Nazwa
Kod
Punkt izoelek-
tryczny (pH i )
trójliterowy
jednoliterowy
aminokwasy alifatyczne
CH 2 COOH
glicyna
Gly
G
5,97
NH 2
a
29574881.042.png 29574881.043.png
CH 3 CHCOOH
alanina
Ala
A
6,02
NH 2
(CH 3 ) 2 CHCHCOOH
walina
Val
V
5,97
NH 2
(CH 3 ) 2 CHCH 2 CHCOOH
leucyna
Leu
L
5,98
NH 2
CH 3 CH 2 CHCHCOOH
H 3 C
NH 2
izoleucyna
Ile
I
6,02
H
COOH
prolina
Pro
P
6,10
hydroksyaminokwasy
CH 2 CHCOOH
Ser
S
5,68
seryna
HO
NH 2
CH 3 CHCHCOOH
HO
treonina
Thr
T
6,53
NH 2
H
Hyp
5,71
4-hydroksyprolina
-
COOH
H
aminokwasy siarkowe
CH 2 CHCOOH
HS
NH 2
cysteina
Cys
C
5,02
CH 3 SCH 2 CH 2 CHCOOH
Met
M
5,75
metionina
NH 2
HOOCCHCH 2 -S-S-CH 2 CHCOOH
(Cys) 2
NH 2
NH 2
cystyna
-
aminokwasy aromatyczne
CH 2 CHCOOH
NH 2
fenyloalanina
Phe
F
5,98
H
O
CH 2 CHCOOH
tyrozyna
Tyr
Y
5,65
NH 2
CH 2 CHCOOH
NH 2
tryptofan
Trp
W
5,88
H
aminokwasy kwa ś ne i ich amidy
HOOCCH 2 CHCOOH
Asp
D
2,87
kwas asparaginowy
NH 2
29574881.044.png 29574881.045.png 29574881.001.png 29574881.002.png 29574881.003.png 29574881.004.png 29574881.005.png 29574881.006.png 29574881.007.png 29574881.008.png 29574881.009.png 29574881.010.png 29574881.011.png 29574881.012.png 29574881.013.png 29574881.014.png 29574881.015.png 29574881.016.png 29574881.017.png 29574881.018.png 29574881.019.png 29574881.020.png 29574881.021.png 29574881.022.png 29574881.023.png
H 2 NOCCH 2 CHCOOH
Asn
N
5,41
asparagina
NH 2
HOOCCH 2 CH 2 CHCOOH
Glu
E
3,22
NH 2
kwas glutaminowy
H 2 NOCCH 2 CH 2 CHCOOH
Gln
Q
5,65
glutamina
NH 2
aminokwasy zasadowe
CH 2 (CH 2 ) 3 CHCOOH
Lys
K
9,74
lizyna
NH 2
NH 2
H 2 NCNH-(CH 2 ) 3 CHCOOH
Arg
R
10,8
NH
NH 2
arginina
N
CH 2 CHCOOH
NH 2
histydyna
His
H
7,64
H
CH 2 CH(CH 2 ) 2 CHCOOH
Hly
-
NH 2 OH
NH 2
hydroksylizyna
Oprócz glicyny wszystkie aminokwasy białkowe są chiralne i naleŜą do L - aminokwasów , tzn.
przy C a mają konfigurację L . W niektórych aminokwasach białkowych znajdują się dwa centra
chiralne.
Zadanie : wskaŜ, które aminokwasy zebrane w powyŜszej tabeli zawierają dwa centra chiralne.
Aminokwasy występują w naturze, łącznie z białkowymi nazywane są aminokwasami
naturalnymi , w odróŜnieniu od aminokwasów syntetycznych , które zostały otrzymane na
drodze syntezy chemicznej, a dotychczas nie znaleziono ich pośród produktów naturalnych.
Znanych jest ponad 1000 aminokwasów naturalnych . Aminokwasy naturalne mogą być
białkowe i niebiałkowe .
Pośród niebiałkowych aminokwasów naturalnych znajdują się aminokwasy zarówno o
konfiguracji L , jak i D , mogą występować takŜe w formie racemicznej.
Przykłady niebiałkowych aminokwasów naturalnych
H 2 NCH 2 CH 2 COOH
H
C
COOH
b -alanina
NH 2
L -fenyloglicyna
-
laktamowych . Homocysteina jest powszechnie spotykanym aminokwasem, słuŜy jako biosubstrat
w syntezie metioniny . Produkowany przez rośliny kwas 1-aminocyklopropanokarboksylowy jest
prekursorem etenu , hormonu ro ś linnego , przyspieszającego dojrzewanie owoców.
-Alanina jest składnikiem koenzymu A , zaś L -fenyloglicyna występuje w antybiotykach
b
HSCH 2 CH 2 CHCOOH
H 2 C
COOH
kwas 1-amino-
cyklopropano-
karboksylowy
homo-
cysteina
NH 2
C
H 2 C
NH 2
b
29574881.024.png 29574881.025.png 29574881.026.png 29574881.027.png 29574881.028.png 29574881.029.png 29574881.030.png 29574881.031.png 29574881.032.png 29574881.033.png 29574881.034.png 29574881.035.png 29574881.036.png 29574881.037.png
Znane są aminokwasy o szkodliwym działaniu, np. mimozyna ma własności depilatora,
powoduje wypadanie sierści zwierząt karmionych roślinami produkującymi ten związek, a
homarin wytwarzany przez niektóre ślimaki naleŜy do najsilniejszych trucizn.
H
O
N
CH 2 CHCOOH
NH 2
-
N COO
CH 3
+
mimozyna
homarin
Toksyczny jest teŜ kwas azetydyno-2-karboksylowy , występujący w konwaliach. Kod
genetyczny nie odróŜnia go od proliny , przez co zostaje wbudowywany w łańcuch białkowy,
zmieniając funkcję takiego białka . Natomiast L - tyroksyna jest konieczna do prawidłowego
funkcjonowania organizmu człowieka, ułatwia wychwyt jodu przez tarczycę.
COOH
I
I
NH
H
O
O
CH 2 CHCOOH
I
I
NH 2
kwas azetydyno-2-karboksylowy L -tyroksyna
Nomenklatura
Aminokwasom białkowym zostały nadane nazwy zwyczajowe i są one w powszechnym uŜyciu.
Dla innych aminokwasów zaleca się stosowanie nazewnictwa wg uprzednio poznanych reguł
IUPAC , tzn. traktuje się je jako kwasy z grupą aminową i innymi jako podstawnikami.
Zadanie : nazwij systematycznie tyroksynę .
Aminokwasy chiralnie czyste powinny mieć zaznaczoną konfigurację. Dla aminokwasów
białkowych najczęściej podaje się symbole L i D . (rzadziej R czy S ). Trójliterowe i jednoliterowe
kody nazw aminokwasów bez podania symbolu konfiguracji oznaczają konfiguracje naturaln ą
aminokwasów białkowych czyli L , np. Leu oznacza L - leucynę . Konfiguracj ę D lub DL trzeba
zaznaczyć odpowiednim symbolem przed wzorem, np. D - Ala , czy DL - Val . Warto zauwaŜyć, Ŝe
symbole D i L są pisane mniejszą czcionką niŜ inne litery tekstu.
Otrzymywanie
1. Z hydrolizatów białkowych
Wiele aminokwasów białkowych otrzymuje się z hydrolizatów białek . Jest to praktycznie
uŜyteczny sposób ich pozyskiwania jedynie w tych przypadkach, kiedy aminokwas jest łatwy do
wydzielenie z mieszaniny innych aminokwasów. Ten warunek spełnia, np. trudno rozpuszczalna
w wodzie cystyna , która krystalizuje z hydrolizatu włosów. Innym aminokwasem łatwo
krystalizującym jest tyrozyna . Aminokwasy kwa ś ne i zasadowe moŜna izolować za pomocą
jonitów. Aminokwasy aromatyczne wyjątkowo mocno adsorbują się na węglu aktywnym. W ten
sposób usuwa się z fenyloalaninę hydrolizatu białkowego w procesie przygotowywania poŜywek
dla dzieci cierpiących na fenyloketonuri ę.
2. Synteza chemiczna
2.1 Amonoliza halogenokwasów
Najstarszy i nadal stosowany sposób otrzymywania aminokwasów polega na amonolizie
halogenokwasów , które są łatwo dostępne jako produkty reakcji Hella-Volharda-Zielinskiego .
29574881.038.png 29574881.039.png
CH 3 CH 2 COOH
Br 2 /P
- HBr
2 NH 3
CH 3 CHCOOH
CH 3 CHCOOH
- NH 4 Br
kwas propanowy
Br
NH 2
kwas DL -2-bromopropanowy DL -alanina (62%)
-aminokwasy . Nadmiar amoniaku słuŜy nie tylko do
wiązania wydzielającego się bromowodoru, ale wielokrotny nadmiar amoniaku (powyŜej 10x)
zmniejsza wydajność niepoŜądanych 2 o i 3 o amin . Ten sam problem występował w syntezie
amin poprzez alkilowanie amoniaku. Zamiast amoniaku moŜna uŜywać węglanu amonu,
mieszaniny węglanu amonu z amoniaku lub karbaminianu amonu. Ten ostatni tworzy z
aminokwasem pochodne karbaminowe uniemoŜliwiające dalsze podstawianie.
a
2.2 Synteza Gabriela
Innym sposobem na niedopuszczenie do tworzenia się 2 o i 3 o amin poprzez podstawianie
atomów wodoru w amoniaku jest synteza Gabriela , polegająca na alkilowaniu ftalimidku potasu .
Produktem tej reakcji jest aminokwas , który na grupie aminowej ma osłonę ftalilową. MoŜna go
w tej postaci uŜywać do dalszych reakcji lub usunąć resztę ftalilową, najlepiej za pomocą
hydrazynolizy .
O
CH 2 CHCOOK
Br
+
KN
D
- KBr
CHCOOK
N
O
O
O
2-bromo-3-fenylo-
propanian potasu
ftalimidek
potasu
O
1. NH 2 NH 2 , -
NH
DL -Phe
O
DL -fenyloalanina
2. H + /HOH
2.3 Synteza malonowa
Z malonianu dietylu łatwo otrzymuje się chronioną pochodną aminową, np.
acetyloaminomalonian etylu , do której moŜna dołączyć resztę organiczną, tak jak w
niepodstawionym estrze malonowym . MoŜna to osiągnąć poprzez alkilowanie pochodnej
sodowej lub w reakcji Michaela . Po rozbudowie szkieletu węglowego produkt poddaje się
hydrolizie i dekarboksylacji .
COOEt
HNO 2
COOEt
COOEt
Zn/AcOH
AcHNC
H
H 2 C
HON=C
H
Ac 2 O
COOEt
COOEt
COOEt
malonian dietylu oksym oksomalonianu dietylu acetamidomalonian dietylu (60%)
( izonitrozomalonian dietylu )
NaOEt
CH 3 CH 2 CH 2 Br
1. H + /HOH
AcNHCNa(COOEt) 2
AcNHC(COOEt) 2
CH 3 CH 2 CH 2 CHCOOH
AcNHCH(COOEt) 2
EtOH
D , - CO 2
CH 2 CH 2 CH 3
NH 2
acetamidomalonian dietylu
2. NH 3
acetamidopropylomalonian dietylu kwas 2-aminopentanowy
W reakcji tej powstają recemiczne
NH
29574881.040.png 29574881.041.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin