Chemie für Biologen - an der Universität Duisburg

Chemie für Biologen
SS 2013
Prof. G. Haberhauer
Institut für Organische Chemie
der Universität Duisburg-Essen
(Teil 13: Aminosäuren, Peptide)
Carbonsäureamide
Synthesen
O
R C
OH
T
O
+ NH 3
R C
HNH3
O
R C
- H 2O
O
Ammoniumcarboxylat
Carbonsäure
NH 2
P2O5 - H 2O
Carbonsäurenitril R C N
O
R C
Cl
O
+ NHR'2
+ HCl
R C
NR'2
Carbonsäurechlorid
Nomenklatur
O
H C
NH 2
Formamid
H3C C
O
O
H C
NH 2
N CH 3
CH 3
N,N-Dimethylformamid
Acetamid
Cyclische Amide: Lactame


S CH
3
N
CH 3
COOH
NH
O
-Lactam
(gespannter Vierring,
hydrolyseempfindlich)
O
Penicilline
..
O
R C
:NR2
O
N

H
-Lactam



O
NH


-Lactam
-Caprolactam
(-)
:O:
R C
NR2
(+)

H
RNH

Mesomerie:
Die Amidbindung besitzt partiellen
Doppelbindungscharakter.
Kohlensäure-Derivate
O
+ 2 HCl
H2N NH 2
Harnstoff
(Diamid der Kohlensäure)
Cl + 2 NH3
Cl
Phosgen
(Säurechlorid)
HO OH
H 2CO3
Kohlensäure
NH
H2N
O
O
CO 2H
NH
NH 2
Arginin
-Aminosäure
O
+ H 2O
H2N
NH 2 + H2N
Harnstoff
CO 2H
NH 2
Ornithin
-Aminosäure
Harnstoff ist das Endprodukt des Eiweißabbaus bei Menschen und
Säugetieren. Ein erwachsener Mensch produziert ca. 20 g/Tag.
Die Hydrolyse von Arginin ist der letzte Schritt im Harnstoff-Zyklus.
Aminosäuren

O
-Aminosäuren
R CH C
Bausteine von Peptiden und Proteinen
NH2 OH

3-Aminopropansäure,

O
CH 2 CH 2 C
-Alanin, eine -Aminosäure
OH
Baustein von Coenzym A
NH 2

-Aminobuttersäure (GABA)


O
CH 2 CH 2 CH2 C
Neurotransmitter, Mangel führt zu
OH
epileptischen Anfällen
NH 2
Aminosäuren sind difunktionelle Verbindungen.
Sie besitzen eine basische und eine saure funktionelle Gruppe.
O
O
R CH C
R CH C
NH3 O
NH2 OH
zwitterionische (normale) Form:
unpolare Form:
in polarem Lösungsmittel
Gasphase
-Aminosäuren, Beispiele
Viele Aminosäuren besitzen weitere funktionelle Gruppen.
L- und D-Form von Aminosäuren im
Tetraedermodell und in der Fischer-Projektion
Die natürlich vorkommenden -Aminosäuren besitzen zumeist die
L-Konfiguration.
Titrationskurve von Glycin
Isoelektrischer Punkt: pH-Wert, bei dem die Aminosäure im
elektrischen Feld nicht wandert. pI = ½ (pK1 + pK2)
Schema der Peptide-Synthese
Amid- bzw. Peptid-Bindung
O
CH 2 C
OH
NH 2
Glycin
CH 3 O
+ H2N CH C
OH
O
CH 3 O
CH 2 C NH CH C
OH
NH 2
H-Gly-Ala-OH
- H 2O
Alanin
O
O
H3C CH C NH CH 2 C
OH
NH 2
Isomere
Dipeptide
H-Ala-Gly-OH
SäureO
H2N
AminKomponente
OH + H
R1
O
H
N
R2
O
OH
R2
H2N
- H2O
R1
N
H
OH
O
(4)
Schützen
(1)
Aktivieren
(2)
Schützen
(3)
Schützen = Desaktivieren
Die Synthese
kann so
gesteuert
werden, dass
nur eines der
beiden Isomere
entsteht.
Bradykinin, ein Nonapeptid
Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg
N-terminale
Aminosäure
C-terminale
Gewebshormon, wird bei Entzündungen und Immunreaktionen
freigesetzt, beeinflusst den Blutdruck.
Peptide sind wie andere Carbonsäureamide in stark sauren und alkalischen
Lösungen hydrolyseempfindlich. Die Totalhydrolyse liefert Art und
Anzahl der Aminosäuren, nicht aber die Sequenz.
Sequenzanalyse durch schrittweisen Abbau.
Aminosäure-Sequenz = Primärstruktur von Proteinen (in DNA
codiert)
Peptide können im Labor synthetisiert werden.
Beispiel:
Synthese des Enzyms Ribonuclease (124 Aminosäuren), R. B. Merrifield
1969, Nobelpreis 1983.
Besser: Biotechnologische Synthese, z. B. Humaninsulin (Escherichia
coli).
Humaninsulin: Aminosäuresequenz
(Primärstruktur)
A-Kette: 21, B-Kette: 30
Aminosäuren, verknüpft durch
Disulfidbrücken
Hormon der Bauspeicheldrüse
(Pankreas), wirkt
blutzuckersenkend
Name: Langerhanssche "Inseln"
des Pankreas
Struktur von Proteinen
Faltblattstruktur zweier Polypeptidketten
Wasserstoffbrücken-Bindungen sind als .... markiert.
-Helix einer Polypeptidkette
WasserstoffbrückenBindungen sind
als ....... markiert.
Rechtsgängige -Helix mit den
Atomen, die das Rückrat der Peptidkette
bilden
Triosephosphat-Isomerase
Ein ubiquitäres
Enzym, ist in der
Glykolyse von
Bedeutung.
6
Bänder = -Helix,
Pfeile = Faltblatt