Aminosavak és fehérjék - Szerves Kémiai Tanszék

A természetes anyagok rendszerezése
E l s ő d l e g e s
a n y a g c s e r e - f o l y a m a t o k
C O 2
C u k r o k
G l i k o l i z i s
H 2 O
P e n t ó z - f o s z f á t c i k l u s
H
H
H
C
C
C
O
C H 2
O H
O H
O P
e r i t r ó z - 4 - f o s z f á t
E l s ő d l e g e s
a n y a g c s e r e - t e r m é k e k
p o l i s z a c h a r i d o k
g l i k o z i d o k
n u k l e i n s a v a k
M á s o d l a g o s
a n y a g c s e r e - t e r m é k e k
s z a c h a r i d o k
g l i k o z i d o k
m é z g á k
s z t r e p t o m i c i n
C O O H
C O O H
C O
C H 2
P
e n o l - p ir o s z ő l ő s a v -
f o s z f á t
C O O H
C
O
H O
O H
O H
s i k i m i s a v
a r o m á s
a m i n o s a v a k
a l i f á s
a m i n o s a v a k
f e h é r j é k
a z o t i d o k
a l k a l o i d o k
p e p t i d e k
p e n i c i l li n
p o r f i n o i d o k
f e n o l o i d o k
f e n i l p r o p á n o k
l i g n i n
f l a v o n o i d o k
c s e r z ő a n y a g o k
C H 3
p i r o s z ő l ő s a v
m a l o n i l - C o A
a c e t o a c e t i l - C o A
z s í r s a v a k
p o l i k e t i d e k
z s í r o k , v i a s z o k
k i n o n o k
t e t r a c i k l i n e k
A c - C o A
C i t r o m s a v c i k l u s
H 3 C O H
C
H 2 C C H 2
H O O C C H 2 O H
m e v a l o n s a v
O P P
i z o p e n t e n i l p i r o f o s z f á t
I P P
i z o p r e n o i d o k
t e r p é n e k
k a r o t i n o i d o k
s z t e r o i d o k
C O 2
s z k v a l e n
1

AMINOSAVAK, PEPTIDEK ÉS FEHÉRJÉK CSOPORTOSÍTÁSA ÉS NEVEZÉKTANA
2

A fehérjék és peptidek teljes hidrolízisével mintegy 20-féle aminosav nyerhető. Ezek lehetnek:
monoamino-monokarbonsavak
monoamino-dikarbonsavak,
második bázisos (amino- vagy guanidino-) aminokarbonsavak
hidroxil-, szulfhidril-csoportot is tartalmazó aminokarbonsavak,
izo- vagy heterociklusos szerkezetű részeket is magukban foglaló aminokarbonsavak.
Fehérje tartalmú élelmiszerek
3

Esszenciális aminosavak:
fenilalanin, valin,
treonin,, triptofán,
izoleucin, metionin,
leucin, lizin, hisztidin.
4

Fehérjék, peptidek elnevezése
A szisztematikus nevük az N-terminális láncvégtől indulva az aminosavrészek összefűzését
jelenti. A névben használjuk az aminosavak rövidítéseit. Gyakran meg is számozzuk az
aminosavrészeket. A számozás az N-terminálison kezdődik. A természetben előforduló
peptideknek és fehérjéknek is triviális nevük van.
[–(Gly–Pro–X) n –
kollagén
5

AZ α-AMINOSAVAK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI
A savi erősséget a
karboxilcsoportra vonatkozó
disszociáció-exponenssel (pK 1
), a
bázisos erősséget pedig az
ammóniumcsoport disszociációs
készségeként egy savi disszociáció-
exponenssel (pK 2 ) jellemezhetjük.
Név Op. (°C) [α] D ( * ) pI pK 1 pK 2
Glicin 292 5,97 2,34 9,60
L-Alanin 297 +14,6 6,00 2,34 9,69
L-Valin 315 +28,3 5,96 2,32 9,62
L-Threonin 253 –15,2 6,16 2,71 9,62
L-Prolin 222 –60,4 6,30 1,99 10,60
* c=0,5-2,0 (5n HCl);
pK p
p 1
+ K
I =
2
2
6

α-Aminosavak térszerkezete
A Fischer-féle jelölés
A természetben előforduló aminosavak túlnyomó többsége az L-sorba tartozik és (S)-abszolút konfigurációjú.
Az L-cisztein esetén a C.I.P. szabály alapján a prioritási sorrend miatt nem az (S)-, hanem az (R)-konfiguráció
adódik.
H 3 N
COO
C H
kétszeres
csere
HSCH 2
3
COO
C NH 3
CH 2 SH
2
H
1
4
L-cisztein
(R)-cisztein
7

Az α-aminosavak előállítása
α-Halogénkarbonsavakból aminálással
Strecker szintézissel aldehidekből
8

Hippursavból Erlenmeyer-féle azlakton szintézissel
α-Aminosavak rezolválása
Enzimekkel mint biokatalizátorokkal
Aminosavak N-acetilszármazékainak
racemátjai aciláz enzim jelenlétében úgy
hidrolizálnak, hogy csak az (S)-
konfigurációjú enantiomer szenved
hidrolízist, mely az (R)-N-acetilaminosavtól
könnyen elválasztható. Az aciláz enzim
sertésveséből nyerhető.
9

Diasztereomer sóképzéssel
Először az aminosav amfoter jellegét, például benzoilcsoport beépülésével megszüntetik. Az így nyert N-
benzoilszármazékból molekvivalens mennyiségben vett optikailag tiszta bázissal [pl. (+)-brucin vagy (+)-
sztrichnin] sót képeznek. Az így nyert diasztereomer sók 1:1 arányú keveréke frakcionált kristályosítással
szétválasztható. A diasztereoegységes sókból a megfelelő konfigurációjú N-benzoilaminosav savas kezeléssel
szabadítható fel, és végül a benzoilcsoport hidrolízissel hasítható le.
R
R
sztrichnin R = H
brucin R = OCH 3
10

α-AMINOSAVAK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI
Aminocsoport reakciói
Alkilezés
Acilezés
Cukorrépa
Beta vulgaris
11

Reakció salétromsavval
Oxidáció
Karboxilcsoport reakciói
Észteresítés
12

Reakció ammóniával és hidrazinnal
Reakció foszfor-pentakloriddal
Amino- és karbonilcsoport együttes reakciói
Komplex-képzés
13

Diketopiperazin-képzés
A legelső peptidszintézis Curtius (1888) azon megfigyelésén alapszik, hogy
aminosavészterek alkohol kilépése közben diketopiperazin-származékokká alakulnak
át, melyek híg lúggal vagy savval a megfelelő dipeptiddé hidrolizálhatók.
ún. Leuchs-féle anhidridek
Theodor Curtius
1857-1928)
Szintén a peptidszintéziseknél használják fel az aminosavakból klórhangyasav-metil-észterrel szulfurilklorid
jelenlétében nyerhető ún. Leuchs-féle anhidrideket. A molekulában ily módon kialakított
karbonilcsoport egyrészt az aminosav aminocsoportját maszkírozza, másrészt a karbonilcsoport
reaktivitását anhidridként fokozza.
14

PEPTIDEK ÉS FEHÉRJÉK SZERKEZETE
A peptidek primer szerkezének meghatározása
A Sanger-féle módszer
Frederick Sanger
(1918)
1958 Nobel-díj
15

Az Edman-lebontás
Pehr Victor Edman
1916 — 1977
16

A C-terminális aminosavrész meghatározása
A C-terminális aminosav lehasítására elterjedten használják a karboxipeptidáz enzimet is, amely csak a
C-terminális aminosavat hasítja le az aminosavra jellemző sebességgel.
A fehérjékben és a peptidekben előforduló cisztein – a peptidkötés kialakítása mellett oldalláncának SHcsoportja
révén – diszulfid kötés létesítésére is képes. Ha a molekula csavarodása folytán két cisztein részlet
egymás közelébe kerül, akkor közöttük oxidációval diszulfidhíd alakulhat ki.
17

A peptidláncot alkotó aminosavak között hidrogénkötések, elektrosztatikus- és van der Waalskölcsönhatások
is kialakulhatnak, amelyek többé-kevésbé rögzítik az alkotó aminosavak egymáshoz
viszonyított térbeli helyzetét, azaz meghatározzák a peptidlánc konformációját. A hidrogénkötések révén
kialakult szerkezetet másodlagos, az egyéb kötések kialakulásával létrejövőt pedig harmadlagos
szerkezetnek nevezzük.
18

Redőzött réteg (β-konformáció)
α-hélix szerkezet
Egy menetet 3-6 aminosavrész alkot, és 5 menet
után kerülnek tökéletesen azonos helyzetbe. Az α-
hélix átmérője 10,5 Å, amely a legmegfelelőbb
távolság a maximális van der Waals
kölcsönhatásra.
19

A fehérjeláncok hidrogénkötéssel erős kötegekké kapcsolódnak, míg az egyes rétegeket van der
Waals kölcsönhatás tartja össze.
20

Néhány fontosabb peptid
Phalloidin
α-amanitin
Amanita phalloides
gyilkos galóca
Amanita muscaria
légyölő galóca
21

Pókháló szerkezete
α-Hélix szerkezetű a fibrilláris fehérjék sorában tartozó keratin, amely a haj, szőr, gyapjú,
toll fehérjéje
Haj: 3-3 hélix tekeredik össze, háromszálú hélixet alkotva; ezek tovább rendeződnek, két
háromszálú hélixet kilenc másik vesz körül, így stabilis, vastag kötegek jönnek létre,
melyeket diszulfidhidak is összekapcsolnak, merevítenek.
22

Tartós hullám (dauer) készítése:
24

PEPTIDEK SZINTÉZISE
Elv:
25

PEPTIDEK SZINTÉZISE
Az amidkötés kialakítása az ún. oldat- és szilárdfázisú technika segítségével valósítható meg.
Oldatfázisú eljárás
H 3 N CH COO
védés
X
HN CH COOH
aktíválás
X
HN CH COY
R 1 H 3 N CH COO
R 1
R 1
kapcsolás
X HN CH CO HN CH COOH + HY
R 1
R 2
R 2 CH 2 HN CH 2 COOH
H
O
O
C
Fmoc-Gly
piperidin, DMF
O
CH 2
O
Ph CH 2 O C HN CH 2 COOH
(CH 3 ) 3 C O C HN CH 2 COOH
Cbz-Gly
Boc-Gly
kat./H 2
CF 3 COOH
- PhCH 3
- CH 2 C(CH 3 ) 2
O
HO
C
HN CH 2 COOH
-CO 2
H 2 N CH 2 COOH
glicin
26

A karboxilcsoport aktiválása savklorid-, savazid-, aktív észter- és vegyes anhidridcsoporttá történő átalakításuk
útján érhető el. Aminocsoportjukon védett (pl. Cbz- vagy Boc-csoporttal) aminosavak diciklohexilkarbodiimid
(DCC) jelenlétében közvetlenül is kapcsolhatók aminosavészterekkel (pl. benzilészterrel).
Boc HN CH 2 COOH
Boc-Gly
DCC/DMF
Boc
HN CH 2 C
O
O
C
NH
N
CH 3
H 2 N CH COOBn
Boc HN CH 2 CONH CH COOBn +
CH 3
Boc-Gly-Ala-OBn
NH C NH
O
diciklohexilkarbamid
kat./H 2
Boc HN CH 2 CONH CH COOH
Boc-Gly-Ala-OH
CH 3
27

Merrifield-féle (Nobel-díj, 1984) szilárdfázisú peptidszintézis
H 3 N CH COO + Cl CH 2 H 2 N CH COO CH 2
R 1 R 1
R 2
Boc HN CH COOH
DCC
Merrifield-gyanta
Boc HN CH CO
R 2 HN CH COO
R 1 CH 2
vízmentes HF
H 3 N CH CO HN CH COO
R 2 R 1
28