Т Е М А : α - АМИНОКИСЛОТЫ. ПЕПТИДЫ.

ТЕМА:
α - АМИНОКИСЛОТЫ.
ПЕПТИДЫ.
Общая формула α-аминокислот
R CH COOH
H2N CH COOH
NH2
R
Стереоизомерия α-аминокислот
COOH
H2N
H
R
L - α-Aминокислота
COOH
H
NH2
R
D - α-Aминокислота
Кислотно-основные свойства
α-аминокислот
+HCl
CH3
CH COOH
NH2
Аланин
CH3
CH COOH
NH3+ Cl-
Хлороводородная соль
+NaOH
CH3
-H2 O
CH COONa
NH2
Натриевая соль
Ионное равновесие α-аминокислот в растворе
H2 N CH COOH
R
+
+
+H
H3 N CH COOH
R
Катион
В кислой среде
+
+HO
H3N CH COOH2N CH COOR
R
Биполярный ион
Анион
В щелочной среде
Изоэлектрическая точка
Классификация α- аминокислот :
1.Алифатические моноаминокарбоновые кислоты :
CH2
COOH
CH3
NH2
NH2
Глицин (Гли)
α-аминоуксусная к-та
CH3
CH CH COOH
CH COOH
Аланин (Ала) (Вал)
α-аминопропионовая к-та
CH3
CH3 NH2
Валин
α-аминоизовалериановая к-та
CH CH2
CH COOH
CH3
NH2
Лейцин (Лей) *
α-аминокапроновая к-та
α
CH CH COOH
β
CH3
CH2
CH3 NH2
Изолейцин (Иле) *
α-амино-β-метилвалериановая к-та
II. Гидроксилсодержащие аминокислоты (нейтральные, полярные).
CH2
CH COOH
OH
NH2
Серин (Сер)
α-амино-β-гидроксипропионовая к-тa
CH3
CH CH COOH
OH NH2
Треонин (Тре )*
α-амино-β-гидроксимасляная к-та
III. Серосодержащие аминокислоты (тиоаминокислоты).
CH2
CH COOH
CH2
SH
NH2
SCH3
Цистиеин (Цис)
α-амино-β-тиопропионовая к-та
CH2
CH COOH
NH2
Метионин (Мет)
α-амино-β-метилтиомасляная к-та
IV . Моноаминодикарбоновые кислоты
(кислые, аминокислоты и их нейральные амиды).
HOOC CH2
CH COOH
HOOC CH2
CH2
NH2
NH2
Аспарагиновая кислота (Асп)
α-аминоянтарная кислота
O
H2N
C CH2
CH COOH
NH2
Аспарагин (Асн)
Амид аспарагиновой кислоты
CH COOH
Глутаминовая кислота (Глу)
α-аминоглутаровая кислота
O
H2N
C CH2
CH2
CH COOH
NH2
Глутамин (Глн)
Амид глутаминовой кислоты
V. Диаминомонокарбоновые кислоты (основные аминокислоты ) .
CH2
NH2
(CH2)3
CH COOH
NH2
Лизин (Лиз)*
α-ε-диаминокапроновая к-та
H2N C NH
NH
(CH2)3
CH COOH
NH2
Аргинин (Арг)*
α-амино-δ-гуанидиновалериановая к-та
VI. Ароматические аминокислоты .
CH2
CH COOH
NH2
Фенилаланин (Фен) *
α-амино-β-фенилпропионовая к-та
HO
CH2
CH COOH
NH2
Тирозин (Тир) *
α-амино-β-гидроксифенилпропионовая к-та
VII. Гетероциклические аминокислоты .
CH2 CH COOH N
NH2
N
H
CH2 CH COOH
N
NH2
H
Трипофан (Три) *
Гистидин (Гис) *
α-амино-β-индолилпропионовая к-та α-амино-β-имидазолил пропионовая к-та
HO
COOH
COOH
N
N
H
H
Пролин (Про)
α-пиролидин карбоновая к-та
Гидроксипролин
4-гидрокси-2-пиролидинкарбоновая к-та
Химические свойства α- аминокислот .
1. Образование сложных эфиров .
O
H2 N CH C
R
OH
+ HO C2 H5
(HCl)
O
+ H2 O
H2 N CH C OC H
2 5
R
2.Образование комплексных солей .
CH3
2 CH3
CH COOH
NH2
Аланин
+ Cu(OH)2
-2H2O
CH NH2
O
C O
Cu
O C
O
H2N CH CH3
Медная комплексная соль
3. Взаимодействие с азотистой кислотой
(дезаминирование α-амино-кислот)
R CH COOH + HNO2
NH2
α - аминокислота
R CH COOH + N + H O
2
2
OH
α - гидроксикислота
4. Взаимодействие α-амино-кислот с формальдегидом .
O
R CH COOH + H C
H
NH2
α-Аминокислота
R CH COOH
N CH2
+ H2O
Метилениминокарбоновая к-та
5. Реакции N - Алкилирования α-амино-кислот
CH3
Cl + H2N CH2
Хлористый
метил
COOH
-HCl
CH3
Глицин
HN CH2
COOH
N-Метилглицин
6. Реакция N - ацилирования α-амино-кислот.
O
O
CH3
C Cl + H2N CH2
Aцетилхлорид
Глицин
COOH
CH3
C NH
CH2
COOH
N - ацетилглицин
7. Взаимодействие α-аминокислот с фенилизотиоцианатом
(реакция Эдмана).
O
S
C6 H5
N C + H2N
CH
C
S
OH
R
Фенилизотиоцианат
+H
-H2 O
C6 H5
N
O C
NH
C
NH
CH
C
OH
R
S
Продукт нуклеофильного присоединения
α-аминокислоты
C
+
C6 H5
O
NH
CH R
Фенилтогидантоин (ФТГ)
Биологически важные реакции аминокислот.
1).Трансаминирование :
COOH
CH
R1
COOH
NH2 + C
O
Пиридоксальфосфат
Трансаминаза
α-аминокислота1 α-оксокислота2
HOOC CH2 C COOH
COOH
+
CH
NH2
R2
α-аминокислота2
+
HOOC
CH2 CH2 CH COOH
NH2
Щавелевоуксусная к-та
Аспарагиновая к-та
O
α-оксокислота1
O
NH2
C
R1
R2
HOOC CH2 CH
COOH
Пиридоксальфосфат
Трансаминаза
COOH
+
Глутаминовая к-та
HOOC CH2 CH2 C
O
α-оксоглутаровая к-та
COOH
Механизм трансаминирования
O
C
H
2OCH2OPO3
HO
+
H2N CH COOH
+
H 3C
CH2 CH2 COOH
N
H
Пиридоксальфосфат
CH2NH2
HO
2-
OCH2OPO3
+
H 3C
Глутаминовая кислота
N
+
O CH COOH
CH2 CH2 COOH
H
Пиридоксаминофосфат
2-Оксоглутаровая
кислота
CH2NH2
2OCH2OPO3
HO
+
+
H3C
O CH COOH
N
H
Пиридоксаминофосфат
O
C
H
CH2 COOH
Щавелевоуксусная
кислота
2OCH2OPO3
HO
+
+
H 3C
H2N CH COOH
CH2 COOH
N
H
Пиридоксальфосфат
Аспарагиновая кислота
2) Окислительное дезаминирование.
HOOC CH2
CH2
Глутаминовая к-та
CH COOH + NAD+
NH2
HOOC CH2
CH2
C COOH + NADH + H+
NH
α-Иминоглутаровая к-та
HOOC CH2
HOOC
CH2
C
COO H + H2 O
NH
CH2 CH2
C
O
COO H + NH3
α-Оксоглутаровая к-та
3. Декарбоксилирование α -аминокислот.
R CH COOH
Декарбоксилаза
Пиридоксальфосфат
NH2
CH2
CH COOH
OH
NH2
Декарбоксилаза
Пиридоксальфосфат
R CH2
NH2 + CO2
CH2
CH2
OH
NH2
Коламин
Серин
+ CO 2
4) Гидроксилирование .
CH2
CH COOH
NH2
Фенилаланин
O2 , NADH+, H+
- NAD+ , -H2O
HO
CH2
CH COOH
NH2
Тирозин
ПЕПТИДЫ.
Например, при конденсации α-аланина, глицина и
валина образуется трипептид – Аланил-глицил-валин:
O
H2N
O
CH C OH
+
H NH CH2
O
C OH
+
H NH CH C OH
CH3
CH(CH3)2
O
O
H 2N
CH C
NH CH2
CH3
Ала-Гли-Вал
C
O
NH CH C OH
CH(CH3)2
-2 H
2O
Строение пептидной связи
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЕЛКАХ
У каждого вида организмов имеются тысячи
различных белков, а число самих видов,
вероятно, составляет около 10 миллионов.
Можно ли всего из 20 аминокислот построить,
скажем, 1011 (или более) различных
последовательностей?
Дипептид – 2 изомера
Трипептид (из трех аминокислот – А, В и С) –
3!=1·2·3=6 изомеров (ABC, АСВ, ВАС, ВСА, CAB и
СВА)
Тетрапептид - 4! = 4·3·2·1=24 различные
последовательности
Полипептида из 20 различных
аминокислот – 20!≈2·1018 изомеров (Mr ≈2600).
Белок с Mr ≈34000, состоящий из 12
аминокислот в равных соотношениях, имеет
10300 возможных последовательностей.
Гидролиз пептидов:
O
O
H2N CH C
NH CH
R1
R1
C
NH CH
R2
H2O(H+)
C OH
R3
O
O
H2N CH C OH
O
+
H2N CH C OH
R1
O
+
H2N CH C OH
R1
Метод Эдмана:
O
S
C6H5 N C
O
O
H2N CH C NH CH
+
C NH CH C OH
CH(CH3)2
H
CH3
Фенилизотиоцианат
Ала–Вал–Гли
S
O
C6H5 NH C NH
O
O
CH C NH CH
C NH CH C OH
CH(CH3)2
H
CH3
S
O
C
C6H5 N
O C
NH
CH CH3
ФТГ - Ала
+
H2N CH
O
C NH CH C OH
CH(CH3)2
H
Вал - Гли
Химический синтез пептидов :
O
H2N CH C
O
+
OH
CH3
Ala
Ala - Ser
H2N CH C
CH2OH
Ser
Ser - Ala
OH
Ala - Ala
Ser - Ser
1. Защита аминогруппы в аланине:
H2N CH C
CH3
O
OH
O
O
+
C6H5
CH2
O C Cl
-HCl
Карбобензоксихлорид
C6H5
CH2
O
C
NH CH C
CH3
O
OH
2 Активация карбоксильной группы в аланине:
O
O
C6H5
CH2
O
C
NH CH C
CH3
O
C6H5
CH2
O
C
O
OH
+ Cl
C O C2H5
Этилхлорформиат
O
-HCl
O
NH CH C O C
O
C2H5
CH3
3. Защита карбоксильной группы в серине:
O
O
H2N CH C
+ C 2H5OH
H2N CH C O C 2H5 + H2O
OH
CH2OH
CH2OH
4. Образование пептидной связи:
C6H5
CH2
O
O
O
C
NH CH C
O
O
O
C
O
C2H5
+ H2N CH C O C2H5
CH3
CH2OH
O
O
C6H5
CH2
O
C
O
NH CH C NH CH C
CH3
CH2OH
O
O
O
C2H5
+ C2H5OH
+
CO2
5. Удаление защиты:
O
C6H5
CH2
O
C
NH CH C NH CH C
CH3
O
C2H5
CH2OH
O
H2N CH C NH CH C OH +
CH3
CH2OH
Ала-Сер
O
H2O(H+), H2(Pd)
C6H5
CH3
+
CO2 + C2H5OH
Дипептиды:
O
H2N CH2
CH2
C NH CH COOH
CH2
H N
N
Карнозин
β-Аланил-L-Гистидин
O
H2N CH2
CH2
C NH CH COOH
CH2
H3C N
N
Ансерин
β-Аланил-N-метил-L-Гистидин
Трипептиды
H2N

O


CH
CH2 CH2 C
COOH
O
NH
CH
C
NH
CH2 COOH
CH2SH
-глутамилцистеинглицин (-Glu-Cys-Gly)
Глутатион
Glu
2 Glu
Cys
Gly
-2H
S
+2H
S
Glu
Восстановленный
глутатион, GSH
Cys
Cys
Gly
Gly
Окисленный
глутатион, GSSG
H3N
1
2
Cys
Tyr
Пептидные гормоны
3
Ile
S
H3N
S
6
5
4
Cys
Asn
Gln
7
8
Pro
Leu
9
Gly (CONH2)
Окситоцин
1
2
3
Cys
Tyr
Phe
6
5
4
Cys
Asn
Gln
7
8
S
S
Pro
Arg
9
Gly (CONH2)
Вазопрессин
Инсулин
С259Н377N65O75S6
Ф. Сенгер (1943 г.)
Mr=5727