AMINOKWASY AMINOKWASY. Związki dwufunkcyjne; w naturze > 500, kodowane ok różnych białek. aminokwas NH 2 SYNTETYCZNE (NIENATURALNE)

Transkrypt

1 AMIKWASY 2 aminokwas Związki dwufunkcyjne; w naturze > 500, kodowane ok różnych białek AMIKWASY SYTETYZE (IEATUALE) ATUALE kilkaset BIAŁKWE (kilkadziesiąt) IEBIAŁKWE TZEIZĘDWE modyfikacje postrybosomalne z niepeptydowymi wiązaniami kowalencyjnymi PIEWSZZĘDWE (kodowane, 20 lub 21) substraty w syntezie rybosomalnej DUGZĘDWE wynik postrybosomalnej modyfikacji EDGEE EGZGEE

2 Prawie wszystkie naturalnie występujące Inne podziały: aminokwasy mają Ze konfigurację względu na pozycję (S) grupy aminowej ( -, -, -.aminokwasy) ze 2 --( stereochemią 2 ) x - x = 0,1,2 ; rzędowość gr. aminowej; przypominającą Alifatyczne, stereochemię aromatyczne, heterocykliczne aldehydu L ( ) glicerynowego. bojętne, kwasowe, zasadowe Dlatego nazywane są L-aminokwasami. AMIKWASY KDWAE: omenklatura i symbolika: azwa związana z: pierwszą izolacją [źródłem - Asp (łac. asparagus), ys (gr. cystis pęcherz], sposobem wyodrębniania (Arg w post. soli Ag, Trp prod. degradacji trypsyną), podobieństwem do innych związków (Val od kw. walerianowego) Z wyjątkiem Trp, przyrostek ina lub yna eszty: ( 2 ---) przyrostek ylo [glutamylo- (Glu-), aspartylo-, glutaminylo- (Gln-), asparaginylo-] Skróty trzyliterowe, konfiguracja węgla zawarta w symbolu (L-alanina = Ala, A jednoliterowy skrót biochemiczny) ietypowe: allo-l-izoleucyna aile, hydroksylizyna yl, allo-l-hydroksyprolina ayp; norwalina va - grupa aminowa A (kw. -aminomasłowy Abu, -aminoadypinowy Aad) położenia w pozycjach i nie są uwzględniane w nazwie, inne tak ( -Ala) - -metylowalina MeVal AMIKWASY KDWAE: - niepolarne, hydrofobowe, np.: Leu, Ile, Pro, Val, Ala, Trp, Phe, Met - polarne, nienaładowane, np.: Gly, Ser, Asn, ys, Thr, Tyr - kwaśne, np.: Asp, Glu; - zasadowe, np.: Arg, Lys, is. 20 Aaa kodowanych, 8 Aaa egzogenne (nie syntezowane przez dojrzałego człowieka). owe aminokwasy kodowane: 21 Aaa selenocysteina (Sec) r. 2 -Se rekodowanie kodonu terminalnego UGA; Sec bardziej nukleofilowa vs ys enzymy 22 Aaa L-pyrrolysine L-pirolizyna? B. ao, W. Gong, T.K.Ferguson,.M. James, J.A. Krzycki, M.K. han, A new UAG-encoded residue in the structure of a mathanogen methyltransferase, Science 2002, 296, 1462

3 X 2 X =, 2, 3 Stop codon UAG enzymatycznie reprogramowany do syntezy pyrrolysine. ieoczekiwana różnorodność nowe enzymy o znaczeniu przemysłowym.?

4

5 WŁAŚIWŚI FIZYZE i EMIZE Aminokwasy są związkami amfoterycznymi, tworzą sole obojnacze: Dwucentrowa struktura jonowa aminokwasów nadaje im kilka niezwykłych właściwości: 1. Aminokwasy mają wysokie temperatury topnienia, powyżej Aminokwasy są lepiej rozpuszczalne w wodzie niż w eterze, dichlorometanie i innych rozpuszczalnikach organicznych. 3. Aminokwasy o mają wiele większy moment dipolowy (μ) niż proste aminy i proste kwasy: glicyna, μ = 14 D propyloamina, μ = 1,4 D kwas propionowy, μ = 1,7 D 4. Aminokwasy są słabszymi kwasami niż większość kwasów karboksylowych i mniej zasadowe niż większość amin. W istocie kwasową częścią cząsteczki jest grupa 3 + a nie grupa. Zasadową jest grupa, a nie grupa 2 :

6 K a, pk a,1 = 2.4 (wplyw 3 ) K a, pk a,2 = 9.8 ( 3, a nie ) pk a,1 + pk a,2 2 = pi punkt izoelektryczny max. stężenie jonu obojnaczego (minimalny ładunek) Gly - pi = ½ ( ) = 6.1 Aminokwas kwasowy (kwas asparaginowy): pk pk 2 pk pi = ½ ( ) = 2.8 (Asp) 3 -- ( 2 ) 4 3 pk ( 2 ) 4 3 pk 2 pk ( 2 ) ( 2 ) 4 2 pi = ½ ( ) = 9.7 (Lys) SYTEZA produkty achiralne/produkty chiralne 1. Bromowanie i aminowanie kwasów karboksylowych Br 2 3, PBr 3 Br 2 80% (,S)-Ala, 56% Małe zastosowanie, zwykle niskie wydajności. 2. Synteza Gabriela (z ftalimidku potasu) Alkilowanie anionu ftalimidowego (1,2-benzenodikarboksylowego). zynnik alkilujący produkt bromowania malonianu dietylowego.

7 1. Et a, Et 2. X K + Br ester imidomalonowy, T Synteza Strecker a - 2 Działanie amoniakiem i cyjanowodorem na aldehydy aminonitryl, 2, T edukcyjne aminowanie -oksokwasów (laboratoryjny analog biosyntezy) 5. Synteza amidomalonianowa ajbardziej uniwersalna. Et Et Eta Et Et -X S 2 Et Et Et + 3 2

8 6. Syntezy enancjoselektywne (asymetryczne) p.: A. Użycie chiralnych katalizatorów otrzymanych na bazie metali przejściowych: chiralny kompleks h kwas 2-acetyloaminopropenowy B. Biosynteza redukcyjne aminowanie -oksokwasów: ADP kwas ketoglutarowy ( oksoglutarowy) 2 dehydrogenaza 2 2 glutaminianowa + ADP + 2 L-Glu Escherichia coli synteza wszystkich kodowanych; człowiek prócz 9 egzogennych L-Glu (prekursor) Gln, Pro, Arg Większość Aaa grupa -aminowa Glu 3 + ' transaminaza + 3 ' 3. ozdział racemicznych aminokwasów: A. za pomoca deacylaz -- Ac 2 deacylaza Ac B. z użyciem chiralnych amin - (-)-chinina, (-)-strychnina, (-)brucyna lub kwasu (+) lub (-) winowego 2 sól S, S-Aaa Ph racemiczny Aaa sól, ()-1-fenyloetyloamina -Aaa

9 . PL z chiralnymi fazami stacjonarnymi (PL-SP) PEPTYDY -koniec 2 ' " -koniec Łańcuch główny, łańcuchy boczne (,, ) Dipeptyd, tripeptyd Sekwencja Aaa w łańcuchu peptydowym: Aaa 1 Aaa 2 Aaa Gly-Ala Ala-Gly SYTEZA W ZTWZE Gly + Ala - 2 Gly-Gly + Ala-Gly + Gly-Ala + Gly-Gly-Ala... P 1 Gly + AlaP 2 aktywacja P 1 Gly-AlaP 2 Gly-Ala I. słona grupy aminowej (gł. grupy uretanowe): A. Grupa benzyloksykarbonylowa (Z, bz): l + 3 a -al chloromrówczan benzylu - (Z-l) Br 2, Pd Z-Ala Br B. Grupa tert-butoksykarbonylowa (Boc, B)

10 B ( 3 ) ( 3 ) 3 ( 3 ) 3-2 diwęglan tert-butylowy -( 3 ) 3 (Boc 2 ) Zdejmowanie: ( 3 ) 3 l lub F =( 3 ) 2. Grupa fluorenylo-9-metoksykarbonylowa (Fmoc) 2 x Fmoc-Aaa 2 II. słona grupy karboksylowej: estry benzylowe, tert-butylowe, metylowe Bzl 2 /Pd tbu TFA Me a III. Aktywacja grupy karboksylowej: Dicykloheksylokarbodiimid D, 6 11 == = " Estry aktywne ' ' + = 6 11 DU

11 Synteza na nośniku stałym (Merrifield a). Bruce Merrifield n 1984 r. Automatyczne syntezatory peptydów - 1 Aaa ok. 1 h Synteza rybonukleazy (124 Aaa) 369 reakcji, zautomatyzowanych kroków; = 17% (1 etap> 99%) Biosynteza 150 Aaa w określonej sekwencji 1 min (!) ( 3 ) B + l- 2 - Boc-Aaa TFA 3 2 -Aaa Boc-Aaa 2 D Boc-Aaa 2 -Aaa TFA Et 3 Boc-Aaa 3 D Boc-Aaa 3 -Aaa 2 -Aaa F Aaa 3 -Aaa 2 -Aaa F- 2 -

12 STUKTUA PLIPEPTYDÓW /BIAŁEK Sekwencja Aaa w łańcuchu peptydowym 1 struktura peptydu/białka Płaski układ wiązania peptydowego/amidowego: 1 struktura peptydu/białka - Sekwencja insuliny wołowej: Źródło - kiedyś trzustka zabitych zwierząt; teraz bakterie z genami ludzkiej insuliny.

13 Płaskość wiązania amidowego, konfiguracja cis = oddziaływania między łańcuchami bocznymi konfiguracja trans Minimalizowanie oddziaływań sterycznych i maksymalizowanie elektrostatycznych, dyspersyjnych i wodorowych 2 Struktura peptydu/białka lokalna konformacja łańcucha peptydowego harakterystyczne typy kształtu łańcucha polipeptydowego wynikające z oddziaływania niedaleko leżących reszt Aaa X-ray, 2D-M -Kartki (harmonijka, pofałdowany arkusz, -sheet) równoległa i antyrównoległa (np. fibroina jedwabiu) Wiazania wodorowe między dwoma łańcuchami peptydowymi. ównoległa -kartka:

14 -Kartki: antyrównoległa równoległa elisy -elisa, helisa 3,6 13, (np. keratyna włosów) - wewnątrzcząsteczkowe wiąz. wodorowe między = reszty n i (n+4); s = = 5.4 Ẩ)

15 superhelisa Pro, yp przerwanie helisy Lokalizacja reszt w globularnych białkach: 1. eszty z niepolarnymi łańcuchami bocznymi (Val,Leu, Ile, Phe ) wewnątrz białka, ograniczony kontakt z wodnym środowiskiem; 2. Łańcuchy boczne reszt polarnych (Arg, Lys, Glu, Asp) zwykle na powierzchni; 3. ienaładowane polarne łańcuchy boczne (Ser, Thr, Trp, Tyr, Asn) często na powierzchni, ale także, związane wodorowo - wewnątrz cząsteczki. Konformacja statystycznego kłębka. 3 Struktura peptydu/białka struktura trójwymiarowa wynikająca z dalszego fałdowania łańcucha polipeptydowego. Białka: fibrylarne, globularne, membranowe Białka globularne (np. mioglobina, hemoglobina) większe fałdowanie (ekspozycja grup hydrofilowych do środowiska); odpowiedzialne za transport chemiczny i katalizę. Białka fibrylarne (np. miozyna mięśnie, fibryna skrzepy krwi, -keratyna - włosy) superhelisa Trzeciorzędowa struktura enzymów, białek transportujących miejsce aktywne.

16 4 Struktura białka - sposób w jaki kilka łańcuchów polipeptydowych (podjednostki; domeny) łączy się w agregat. Denaturacja zniszczenie 3 struktury białka ( precypitacja, zniszczenie aktywności katalitycznej )