Skript Teil 4 (Seite 62-78)
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Kapitel 10 Heterocyclen Wichtige Heterocyclen Substanzgruppe: Epoxide O Darstellung: Alken+Persäure Polyethylenglycol (PEG): O Ethylenoxid Oxiran H N Substanzgruppe: Episulfide S Thiiran Substanzgruppe: Aziridine Aziridin O Tetrahydrofuran THF N H Pyrollidin N H Piperidin Indol O n O Furan N H Pyrrol N Substanzgruppe: Furane Substanzgruppe: Pyrrole S Thiophen N Substanzgruppe: Piperidine N H Oxazol Pyrimidin Thiazol N N Isochinolin N N N S O Chinolin N N N N H Imidazol Pyridin Bestandteil von Tryptophan Substanzgruppe: Thiophene N Purin N H Bestandteil von DNA 62 Kapitel 11 Naturstoffe Aminosäuren COOH H2N NH2 COOH COOH -Alanin (achiral) -Alanin (chiral) Chemische Eigenschaften Aminosäuren sind meist kristalline Feststoffe und liegen als Zwitterionen vor. Den pH-Wert, bei dem eine Aminosäure in der (nach außen ungeladenen) zwitterionischen Form vorliegt wird Isoelektrischer Punkt (IP) genannt. Der IP ist für jede Aminosäure charakeristisch. R COOH NH3 + -H +H R COO NH3 + + -H +H R + NH2 "neutral" pH = IP im Sauren COO im Basischen Einteilung der Aminosäuren: Chiralität: In der Natur fast ausschließlich L-AS Proteinogene Aminosäuren: Aminosäuren, die in Proteine eingebaut werden. Essentielle Aminosäuren: Aminosäuren, die mit der Nahrung aufgenommen werden müssen (Mensch). L-Valin, L-Leucin, L-Isoleucin, L-Phenylalanin, L-Threonin, L-Methionin, L-Tryptophan, L-Lysin a) AS mit unpolarem Rest: H H2N COOH L-Glycin (Gly) H2N CH3 COOH L-Alanin (Ala) H H H2N COOH L-Valin (Val) H H H2N H COOH L-Isoleucin (Ile) H2N H2N COOH L-Leucin (Leu) COOH HN COOH L-Phenylalanin (Phe) L-Prolin (Pro) 63 b) AS mit polarem, nicht ionisierbarem Rest: OH OH SH H H H2N H2N COOH L-Serin (Ser) S H COOH H H2N L-Threonin (Thr) CH3 COOH L-Cystein (Cys) H2N COOH L-Methionin (Met) OH O O NH H H H H2N COOH H2N L-Tryptophan (Trp) H H2N COOH COOH L-Asparagin (Asn) L-Tyrosin (Tyr) NH2 NH2 H2N COOH L-Glutamin (Gln) c) polare saure AS mit ionisierbarem Rest: O O OH OH H H H2N COOH H2N L-Asparaginsäure (Asp) COOH L-Glutaminsäure (Glu) d) polare basische AS mit ionisierbarem Rest: H2N NH2 NH NH NH N H H2N H COOH H2N L-Lysin (Lys) H COOH H2N L-Arginin (Arg) COOH L-Histidin (His) Peptide, Proteine Eigenschaften, Basizität, Konformation, Bildung und Hydrolyse Peptidbindung: Peptide sind Amide aus zwei Aminosäuren: O N N 121° 1,3 2 1,5 OH O 3 117° H 7 1,4 O O N N N 120° H H H trans cis 64 Die Peptidgruppe ist fast eben gebaut. Proteine Die Bezeichnung Protein kommt aus dem Griechischen: (proteuo) = „ich nehme den ersten Platz ein“ Einteilung: Skleroproteine (faserartig, Stützstrukturen, wasserunlöslich) z.B.: Keratin (Fingernägel) Sphäroproteine (sphärisch gebaut, wasserlöslich, denaturierbar) z.B.: Eiklarproteine Chemische Struktur R1 H2N O R3 O H N R2 N H O R5 O H N R4 N H O R7 O H N R6 N H COOH -Faltblatt (antiparallel oder parallel), -Helix Strukturen von Proteinen: 1. Primärstruktur: Aminosäuresequenz 2. Sekundärstruktur: räumliche Anordnung der Kette (Flatblatt, Helix) nur peptidisches Rückgrat, nicht räuml. Anordnung der AS Seitenketten 3. Tertiärstruktur: Gestalt des Proteins (räuml. Anordnung aller Atome) 4. Quartärstruktur: Aggregate aus mehreren Proteinen (Dimere, Trimere, etc.) 65 Kohlenhydrate Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen, Aldosen, Ketosen, Pyranosen, Furanosen, Aminozucker, Anomere, Onsäuren, Uronsäuren, Schreibweisen: Fischer, Haworth, sterische Schreibweise, Konformation 66 Hexosen D-Allose D-Altrose CHO CHO CHO D-Mannose D-Glucose H H OH OH HO H H OH H HO OH H HO HO H OH H OH H OH H OH H H H H OH CH2OH OH CH2OH OH HO O OH OH OH H H OH OH HO H H OH OH OH H H OH OH OH HO H H OH OH D-Talose HO HO HO H H H OH CH2OH CH2OH HO OH HO OH OH O HO O OH OH H H H H OH HO OH OH CHO OH HO HO HO OH OH O O OH CHO CH2OH HO OH OH OH O HO HO D-Galactose CHO HO H CH2OH O HO HO D-Idose CHO CH2OH OH OH D-Gulose OH OH CH2OH OH O HO HO CHO H H OH OH Furanosen O HO HO HO Fructose OH HO OH O OH HO O OH HO HO HO Ribose Xylose OH O HO HO OH HO Arabinose 67 Saccharide, Glycoside 1,4-, 1,6-Verknüpfung, Saccharose, Lactose, Maltose, Isomaltose, Cyclodextrine, Bildung und Hydrolyse von Sacchariden OH Maltose 4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose O HO HO OH HO O HO O OH HO OH Cellobiose 4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose OH O HO HO HO HO Lactose (Milchzucker) 4-O-(-D-Galactopyranosyl)-D-glucopyranose O O HO OH HO OH OH O O O HO HO HO OH HO OH Chitobiose (Chitin) OH O HO HO AcNH HO O O HO OH AcNH OH O HO Melibiose HO O O HO HO OH HO HO Saccharose (Rohrzucker) HO OH O O HO HO O HO OH OH OH OH O HO HO O Raffinose (Rübenzucker) HO HO OH O HO O O HO OH OH 68 Fette und Lipide Klassifizierung: Wachse, Sphingolipide, Terpene, Steroide Stoffklassen A. nicht hydrolysierbar Langkettige Alkane, Carotinoide, Vitamine Terpene, Steroide Fettalkohole >C10 Fettsäuren >C10 69 70 71 Common Fatty Acids Chemical Names and Descriptions of some Common Fatty Acids Common Name Carbon Double Atoms Bonds Scientific Name Butyric acid Caproic Acid Caprylic Acid Capric Acid Lauric Acid Myristic Acid Palmitic Acid Palmitoleic Acid Stearic Acid Oleic Acid Vaccenic Acid Linoleic Acid Alpha-Linolenic Acid (ALA) Gamma-Linolenic Acid (GLA) 4 6 8 10 12 14 16 16 18 18 18 18 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 2 butanoic acid hexanoic acid octanoic acid decanoic acid dodecanoic acid tetradecanoic acid hexadecanoic acid 9-hexadecenoic acid octadecanoic acid 9-octadecenoic acid 11-octadecenoic acid 9,12-octadecadienoic acid 18 3 9,12,15-octadecatrienoic acid 18 3 6,9,12-octadecatrienoic acid Arachidic Acid 20 0 eicosanoic acid Gadoleic Acid Arachidonic Acid (AA) EPA Behenic acid Erucic acid 20 20 20 22 22 1 4 5 0 1 DHA 22 6 Lignoceric acid 24 0 Sources butterfat butterfat coconut oil coconut oil coconut oil palm kernel oil palm oil animal fats animal fats olive oil butterfat safflower oil flaxseed (linseed) oil borage oil peanut oil, fish oil 9-eicosenoic acid fish oil 5,8,11,14-eicosatetraenoic acid liver fats 5,8,11,14,17-eicosapentaenoic acid fish oil docosanoic acid rapeseed oil 13-docosenoic acid rapeseed oil 4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic fish oil acid small amounts tetracosanoic acid in most fats 72 B. hydrolysierbar Fette (Fettsäure + Glycerin) Waxe (Fettsäure + Fettalkohol) Sterolester (Fettsäure + Cholesterin s.o.) spermaceti: CH3(CH2)14CO2-(CH2)15CH3 beeswax: CH3(CH2)24CO2-(CH2)29CH3 carnuba wax: CH3(CH2)30CO2-(CH2)33CH3 Nucleinsäuren, Purin-, Pyrimidinbasen, Nucleoside, Nucleotide, DNA, RNA 73 74 Vitamine, Alkaloide, Hormone, Antibiotika Vitamine OH Vitamin A (Retinol) Sehpigment, Immunsystem O N NH O NH2 N N CH2 N N S N OH Vitamin B1 (Thiamin) Vorstufe für Coenzyme Decarboxylasen OH OH Vitamin B2 (Riboflavin) FAD für Oxidoreduktasen OH OH O O NH2 N Vitamin B3 (Nicotinamid) NAD für Oxidoreductasen N HN H 2N N N COOH N H O N H Vitamin B4 (Folsäure) C1-Gruppentransfer COOH 75 R HO H2NOC Vitamin B6 Aminosäurestoffwechsel R = CH2OH Pyridoxol R = CHO Pyridoxal R = CH2NH2 Pyridoxamin OH N R CONH2 H2NOC N N CONH2 Co OH H2NOC OH O O HO N H Vitamin B12 (Cobalamin) Ligasen, Transferasen N Vitamin C (Ascorbinsäure) Radikalfänger Immunsystem O OH CONH2 NH N OH O O N P O O O Vitamin D (Calciferol) Calziumstoffwechsel HO O Vitamin E (Tocoferol) Antioxidans HO HO HO O O Vitamin K (Phyllochinon) Proteinsynthese HO Biotin NH Carboxylasen H H S COOH NH H O H H N CO OH O Pantothensäure Coenzym A Antibiotika N O OH H N H HO OH OH OH Cl Cl HO O Tetracycline HN O O Chloramphenicol O HO HO NH2 HO O HO HO O H H H S N R O O O O Erythromycin O OMe N O COOH OH Penicilline Alkaloide Wortbildung aus arabisch al qualja: „Pflanzenasche“ und griechisch -oides: „ähnlich“) sind natürlich vorkommende, chemisch heterogene, meist basische, stickstoffhaltige organische Verbindungen des Sekundärstoffwechsels, die auf den tierischen oder menschlichen Organismus wirken. Über 10000 verschiedene pflanzlichen, tierische oder von Mikroorganismen produzierte Substanzen werden dieser Stoffgruppe zugeordnet. Einteilung nach chemischer Struktur Die in der Literatur am häufigsten verwendete Einteilung der Alkaloide ist die Kategorisierung entsprechend ihrer chemischen Struktur. Namensgebend ist der Teil des Moleküls, der einen Stickstoff enthält. 76 Alkaloide mit heterocyclischem Stickstoff Pyrrolidin-Alkaloide: z. B. Hygrin Steroid-Alkaloide: z. B. Solanin Pyridin-Alkaloide: z. B. Nicotin, Anabasin Tropan-Alkaloide: z. B. Hyoscyamin, Scopolamin, Cocain Chinolin-Alkaloide: z. B. Chinin, Chinidin Isochinolin-Alkaloide: z. B. Morphin, Codein, Papaverin, Berberin, Tubocurarin Indol-Alkaloide: z. B. Ajmalin, Ergotamin, Yohimbin, Reserpin, Strychnin Purin-Alkaloide: z. B. Coffein, Theophyllin, Theobromin Alkaloide mit acyclischem Stickstoff: z. B. Ephedrin, Mescalin Solanin Nikotin Anabasin Cocain Morphin Chinin Papaverin 77 Yohimbin Strychnin Vincristin 78
