Aminosavak, peptidek

Átírás

1 Aminosavak, peptidek

2 Aminosavak Neutrális aminosavak + H 3 N C O O - C H + H 3 N + H 3 N COO- COO- C H CH H CH 3 CH 3 CH 3 H 3 N glicin (Gly) alanin (Ala) valin (Val) C O O C C H 2 H H 3 N H COO- C C + H 2 N COO- C H C H C H CH 3 C H 3 C H 3 leucin (Leu) izoleucin (Ile) prolin (Pro) H CH 3

3 COO- COO - COO- + H 3 N + C H H 3 N + C H H 3 N C H H C O H O H CH SH 3 szerin (Ser) treonin (Thr) cisztein (Cys) + H 3 N + H 3 N C OO - C H C H 2 + H 3 N COO- C H COO- C H + H 3 N C OO- C H C CH N H S CH 3 metionin (Met) OH fenilalanin (Phe) tirozin (Tyr) triptofán (Trp)

4 Savas aminosavak + H 3 N + H 3 N COO- C H COO- C H COO - COO - aszparaginsav (Asp) glutaminsav (Glu)

5 Bázisos aminosavak + H 3 N C O O - C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 + N H 3 + H 3 N NH + C NH 2 NH 2 + H 3 N COO- C H COO- C H C HC NH + NH CH lizin (Lys) arginin (Arg) hisztidin (His) NH2CH2CH2 CHCOOH ornitin NH2

6 Monoamidok + H 3 N H 2 N C O aszparagin (Asn) + H 3 N COO- C H COO- C H C H 2 N O glutam in (Gln)

7 Glicin: 1820 zselatinból izolálták. Alanin: selyemfibroinban nagy mennyiségben. Szerin: 4 8%-ban a fehérjékben. Cisztein, cisztin: 1 2%-ban a fehérjékben. Diszulfidhidak révén nagy stabilitás. Treonin: állati fehérjékben 4,5 5%, gabonafélékben kevesebb. Metionin: esszenciális AS, állati feh.: 2 4%, növényi feh.: 1 2%. Arginin: félig esszenciális AS, fehérjében 3 6%-ban található. Valin: tojás- és tejfeh.: 7 8%, elasztin: 15%. Leucin: legtöbb fehérjében 7 10%. Izoleucin: 4 7%-ban van a fehérjében.

8 Lizin: hal: 10 11%, hús, tej, tojás: 7 9%, gabona: 2 4%. Aszparaginsav: állati fehérjében 6 10% Aszparagin: növényi csírák, fiatal növények fehérjéinek jellegzetes komponense. Glutaminsav: 1866-ban izolálták búzalisztből. Búzafehérjében >30%, szójában, kukoricában 20%. Fenilalanin: 4 5%-ban található a fehérjékben, tirozinná tud alakulni a szervezetben. Prolin: búzában kb. 10%. Hisztidin: 2 3% a fehérjékben. Triptofán: 1 2%-ban van jelen.

9 Az α-aminosavak fizikai tulajdonságai Magas olvadáspont, oldékonyság szerkezet. Savval is, lúggal is sót képeznek. sójellegű Glicin ikerionos szerkezetének változása a ph hatására - H 3 N + H + C O O H H 3 N + - C OO - H + H 2 N CO O - + H + + H + kation ikerion anion sav kettős jellemű bázis

10 A természetes aminosavak fontosabb fizikai adatai 2,17 10,76 +27,6 238 L-Arg 2,18 9,74 +26,0 224 L-Lys 2,19(4,25) 3,22 +32,0 249 L-Glu 1,88(3,65) 2,77 +25,4 270 L-Asp 1,99 5,89 60,4 222 L-Pro 2,38 6,30 34,1 282 L-Trp 2,20 5,66 10,0 344 L-Tyr 1,83 5,48 4,5 283 L-Phe 2,28 5,74 +23,2 283 L-Met 1,65 4,8 23,2 258 L-Cys 2,71 6,16 15,2 253 L-Thr 2,36 5,98 +41,0 283 L-Ile 2,36 6,02 +16,4 295 L-Leu 2,32 5,96 +28,3 315 L-Val 2,34 6,00 +14,6 297 L-Ala 2,34 6, Gly pk s1 pi [α] Op ( C) Aminosav

11 α-helyzetű NH 2 -csoport báziserőssége = NH 3 de! Lys ε-nh 2 pk b = 3,47 Arg guanidino-csoportja pk b = 1,52

12 Az α-aminosavak sztereokémiája O H C C O H H O H C O O H C H H 2 N C O O H C H C H 2 O H C H 2 O H R L-glicerinaldehid L-glicerinsav L-aminosav Konfiguráció bizonyítás az optikai eltolódás alapján. C H 3 H C N H 2 H C H 3 C N H A c H C H 3 C N H A c C O O H C O O R C O N H 2 L-alanin (+) acil-l(+)-alanin észter acil-l(+)-alanin am id etil-észter: 26 metil-észter: 29

13 A változás az L(+) tejsavnál teljesen azonos Alanin (+) konfigurációja = L-tejsav konfigurációjával

14 Az α-aminosavak L- és D- izomerjei C O O H C O O H N H 2 C H H C N H 2 C H 3 C H 3 Optikai izoméria, D- és L-alanin. (A középső vonal a tükörsíkot jelenti.)

15 Egy akirális, aszimmetria centrummal nem rendelkező, a.) és egy királis, aszimmetria centrummal rendelkező, b.) molekula a.) Eredeti molekula A C X X B A b.) Akirális molekula: az eredeti molekulával fedésbe lehet hozni Eredeti molekula Y A C B X Királis molekula: az eredeti molekulával nem lehet fedésbe hozni A X C X B X C Y B

16 Racemizáció: L- vagy D-aminosavból DL aminosav Epimerizáció: Két aszimmetriacentrum közül csak az egyik szimmetriája változik meg. CH 3 C 2 H 5 CH 3 C 2 H 5 * CH * CH * H C NH 2 H 2 N * C H COOH L-izoleucin COOH D-allo-izoleucin

17 Az aromás aminosavak UV-abszorpciója fenilalanin firozin triptofán nm, és nm-en abszorpciós maximum! Fehérje-meghatározás!

18 Az aminosavak kémiai tulajdonságai A karboxilcsoport reakciói: Aminosav-észterek R C C O O H + C 2 H 5 O H H C l R C C O O C 2 H 5 N H 2 N H 2 α-aminosav-etilészter Aminosav dekarboxilezése lizin kadaverin ornitin putreszcin biogén aminok

19 + H 3 N C O O- C H H 2 N H C H C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 + N H 3 lizin (Lys ) CO 2 NH 2 kadaverin

20 Az aminocsoport reakciói: Alkilezés szekunder, tercier, kvaterner aminovegyületek. Arilezés pl. 2,4 dinitro-fluor-benzollal 2,4 dinitro-fenil aminosavak Sanger (1945), a fehérjék aminosav-sorrendjének meghatározása. N O 2 H F NO 2 O 2 N F + H 2 N CH COOH O 2 N NH CH COOH R R 2,4-dinitro-fluor-benzol aminosav 2,4-dinitro-fenil-aminosav

21 Acilezés N-acil-aminosavak R CH NH 2 COOH + O Cl C aminosav klór-hangyasav benzil-észter O C 6 H 5 R CH COOH benzil-észter NH C O O C 6 H 5 N-karbobenziloxi- aminosav N-karbobenzoiloxiaminosav H 2 katalizátor R CH COOH + + CO 2 C 6 H 5 CH 3 NH 2

22 Formaldehiddel N-metilol származék és heterogyűrű R C H N H 2 C O O H + 3 H C O H aminosav formaldehid R C H C O O H N H 2 C C H 2 + H 2 O O O C H 2 karbonsavszármazék

23 Salétromossavval nitrogénfejlődés HOOC CH NH 2 + HO NO HOOC CH OH + N 2 + H 2 O R aminosav salétromossav hidroxisav R Oxidálószerek hatására dezaminálódás L- R CH NH 2 C O O + H 2 O + E FMN R C O COO + NH 3 + E FMN H 2

24 Kéntartalmú aminosavak reakciói Merkaptidok nehézfémekkel C H 2 SH H C H + NH 2 + Ag + S HC NH 2 Ag C O O H COOH Tioéterek alkil-jodidokkal cisztein-fém-merkaptid cisztein SH + I COO = cisztein S COO + HI

25 Diszulfidok oxidálószerekkel 2H R SH + HS R R S S R +2H Diszulfidhidak kialakulása erélyes oxidációval 2 C H 2 SH H C NH 2 C OOH oxidálószer S HC NH 2 COOH S HC N H 2 CO O H perhangyasav 2 HC COOH NH 2 SO 3 H cisztein cisztin cisztein-szulfonsav

26 Hidroxi-aminosavak reakciói: C H 2 O H C H N H 2 C O O H szerin 120 o C B a ( O H ) 2 v a g y 6 M H C l C H 3 C H N H 2 C O O H alanin Az aminosavak színreakciói: Ninhidrinnel kékes-ibolya színű vegyület, de! prolin sárga O O H 2 + O H O H 2 N CH COOH R ninhidrin aminosav színes termék R C O + C O 2 O H 3 H 2 O O N O O -

27 Reakció naftokinon-szulfonsavval vegyület (Folin-féle meghatározás) vörös színű Reakció réz(ii)-vegyületekkel komplex mélykék színű R CH COO Cu OOC CH R NH 2 NH 2

28 Az aminosavak közötti fontosabb reakciók Peptidkötés R H 2 N CH COO H + H 2 N CH COOH R, -H 2 O R R' H 2 N CH CO NH CH COOH dipeptid R '' R R ' - H 2 O + H 2 N CH C O O H H 2 N CH CO NH C H CO NH R'' CH COOH tripeptid R' ' ' R R ' - H + H 2 N CH C O O H 2 O H 2 N CH CO NH C H CO NH R'' CH CO NH R' '' CH C O O H tetrapeptid

29 H 2 N CO NH COOH glicil-glicin A legegyszerűbb dipeptid A peptidszintézis lépései: védett aminosav-származékok előállítása, a peptidkötés kiépítése (kapcsolás), a védőcsoportok eltávolítása. (CH 3 ) 3 O CON 3 + H 2 NCH R 1. Az aminocsoport védése pl. klórhangyasav benzilészterrel, vagy tercierbutil-oxi-karbonil-aziddal tercier-butiloxi- -karbonil-azid aminosav O COOH - N3H (CH 3 ) 3 O C NH CH R BOC-aminosav COOH

30 2. A karboxilcsoport védése pl. aminosav-tercier-butilészter formában H 2 NCH R COOH + CH 3 CH CH 3 H H 2 NCH R COO CH 3 C CH 3 CH 3 aminosav izo-butilén aminosav-terc-butilészter 2.1. Aktiválás karbonsav-kloriddal Z N H C H C O C l + H 2 N C H C O O R 3 - HCl R 1 R 2 N-karbo-benziloxi-aminosav-klorid Z N H C H C O H N C H C O O R 3 R 1 R 2 N-karbo-benziloxi-dipeptid-észter

31 2.2. Aktív észteres kapcsolás O C l C l Z N H C H C O C l + H 2N C H C O O C 2 H 5 R 1 C l C l N-karbobenziloxi-aminosav- -pentaklór-fenilészter O Z N H C H C N H C H R 1 R 2 3. Benzilészter katalitikus hidrogénezéssel Tercier-butil-oxi-karbonilcsoport savas hidrolízissel Aktív-észter hidrolízissel R 2 aminosav-etilészter C O O C 2 H 5 N-karbobenziloxi-dipeptid-etilészter + H O C l C l C l C l C l pentaklór-fenol

32 Diketopiperazin-kötés R R H 2 N CH COOH -2H 2 O HN CH CO COOH CH NH 2 OC CH NH R R Ha 2 db. glicin 2,5-diketopiperazin Peptidláncok között pl. Lys és Glu, vagy Lys és Asp segítségével. Diszulfidhíd A cisztein SH csoportjai között.

33 Ionos kötés Az amino- és karboxilcsoportok közti protonvándorlás révén. Hidrogénhíd-kapcsolat C O R 1 C H R 2 N H C O C H N H C O R 3 C H N H C O N H C H C O N H C H C O N H C H C O N H R 4 R 5 R 6

34 Élelmiszerek D-aminosav-tartalma és hatása az emberi szervezetre Pasteur (1852): A bükkönyből előállított aszparaginsav optikailag aktív (királis), az ammónium-fumarát hevítésével előállított nem mutat optikai aktivitást. Az élő szervezet fehérjéit kizárólag L-aminosavak építik fel. A D- és az L-sztereoizomerek (enantiomerek) ugyanazzal a kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkeznek (kivétel a polarizált fény síkjának az elforgatása).

35 Az aminosavak racemizációja: Az α-helyzetű szénatom hidrogénjének leszakadása planáris karbanion szerkezet kialakulása rekombinálódás racém keverék kialakulásával. A racemizáció függ: az aminosav szabadon vagy a peptidláncban kötött formában fordul-e elő, a hőmérséklettől, a ph-tól, és az R-csoport tulajdonságától. Racemizációs felezési idő (amikor a D/L arány eléri a 0,33-at).

36 Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (% D-aminosav=[D/(D+L)] 100) Kezelt élelmiszer Aminosavak (Kezeletlen, Ref.) Asp Ala Phe Leu Val Met Piritós 10,5 2,8 2,4 2,7 1,1 1,7 (Kenyér, Bunjapamai 5,6 2,4 2,3 3,2 0,9 2,3 és mtsai., 1982) Fehér kenyér 1 perc 45 másodpercig melegítve, csak a felszín elemezve. Extrudált szója 7,6 2,2 2,4 2,7 0,8 (Szójaliszt, Bunjapamai 4,4 2,5 2,8 1,47 1,0 és mtsai., 1982) Szójafehérje 27,7 9,9 19,7 3,1 1,0 18,2 (Kezeletlen, Friedman 0,5 0,2 0,5 0,2 0,03 0,3 és Liardon, 1982) 3 óra, 65 C, 0,1 M NaOH Zein 40,2 17,6 31,3 5,0 2,9 19,5 (Kezeletlen, Jenkins 3,4 0,7 2,2 0,7 0,4 0,9 és mtsai., 1984) 4 óra, 85 C, 0,2 M NaOH

37 Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (% D-aminosav=[D/(D+L)] 100) Kezelt élelmiszer Aminosavak (Kezeletlen, Ref.) Asp Ala Phe Leu Val Met Hamburger 5,5 2,8 2,7 3,2 1,5 2,9 (Nyers marhahús, 6,2 3,2 2,8 3,1 1,6 2,4 Bunjapamai és mtsai., 1982) Hamburger: mindkét oldalán 4 percig sütve, a felületi hőmérséklet 250 C, csak a felszín analizálva. Csirkeizom 22,4 0,5 0,4 0,1 0 0 (Nyers csirke, 2, Liardon és Hurrel, 1983) Hőkezelve 121 C-on, 4 órán át. Szalonna 180 C 10,7 2,4 3,1 3,1 1,6 (Hőkezeletlen, Fuse 2,4 1,8 3,3 0,7 és mtsai., 1984) 20 perc sütés. Kazein 230 C 31,0 12,0 7,0 4,4 (Hőkezeletlen, 3,1 1,5 Hayase és mtsai., 1973, 1975)

38 Élelmezési eredetű D-aminosavak D-aminosavak nem fő élelmiszer komponensek, mennyiségük technológiai beavatkozástól mentes élelmiszer alapanyagokban jelentéktelen. De! Tengeri kagylókban és egyéb puhatestűekben a D-aminosavak mennyisége az 1%-ot is meghaladhatja. Az élelmiszer kezelések (főzés, sütés, párolás, gőzölés, grillezés, mikrohullám, alkalikus körülmények) indukált racemizáció D- aminosavak a fehérjékben. A lizinoalanin szinte mindenütt jelen van az élelmi anyagokban.

39 A tej, a hús és a gabonafélék nem tartalmaznak jelentős mennyiségben D-aminosavakat. A fogyasztásra történő előkészítés folyamán racemizáció játszódhat le. A kezeletlen nyers tej tartalmazza a legkevesebb D-aszparaginsavat (1,48%). A pirítósban, a sültszalonnában, csirkehúsban magas a D-aminosavak aránya. Azok az élelmiszerek tartalmaznak sok D-aminosavat, melyek baktériumos fermentáción mentek keresztül.

40 A D-aminosavak emésztése A hosszú időn keresztül történő fogyasztás hatása az emberi szervezetre még nem eléggé ismert. A D-aminosavak káros hatásai A D-aminosavak hasznosulása függ: felszabadulnak-e az L-D, D-L és D-D kötésekből, a felszabadult D-aminosavak hatékonyan át tudnak-e alakulni L-aminosavakká. Az alkáliával kezelt fehérje emészthetősége: Minden alkalommal csökkent emészthetőséget figyeltek meg. Néhány aminosav racemizációja lényeges veszteséget okozhat a környező esszenciális aminosavak tekintetében is, csökkentve a fehérje proteolitikus emészthetőségét.

41 Toxikusak-e a D-aminosavak? A különböző D- és L-aminosavak ugyanolyan akut toxicitással rendelkeznek, melyet LD 50 értékük bizonyít (kivétel a D-prolin, melyről nagyobb letalitást állapítottak meg a csirke esetében, mint az L-prolinról). Néhány D-aminosav hosszú időn keresztül fejti ki toxicitását. Az élelmiszerekben lévő D-szerin, lizinoalanin és a különböző lúggal kezelt fehérjék kóros elváltozást idéztek elő patkányok veséjében. A szabad lizinoalanin sokkal nefrotoxikusabb, mint a peptidkötésben lévő.

42 A D-aminosavak hasznos hatásai A fehérje csökkent emészthetősége előnyös lehet, ha a proteolitikus emésztés után visszamaradó anyagok nem toxikusak. Fogyókúrás kezeléseknél az alacsony emészthetőség miatt rövid idő alatt jelentős súlycsökkenést lehet remélni. A D-fenilalanin és a D-leucin fájdalomcsillapító hatással rendelkezik. Használják őket makacs fájdalmak esetén.

43 PEPTIDEK Dipeptid Tripeptid Tetrapeptid Oligopeptid Polipeptid Fehérjék 2 aminosavból 3 aminosavból 4 aminosavból 10-nél kevesebb aminosavból 10-nél több aminosavból 100 vagy 100-nál több aminosavból

44 Glutation A sejt redoxfolyamataiban vesz részt. C O OH COOH COOH H C NH 2 C H 2 HC NH 2 HC NH 2 2 C H 2 C O Glu 2 H C O C O N H +2 H NH NH H C S H HC HC C O N H C H 2 Cys Gly C O NH S S O C NH C O OH COOH COOH redukált glutation oxidált glutation

45 Karnozin Emlősök harántcsíkos izmaiban H 2 N CO NH CH COOH N NH

46 Oxitocin A simaizom-sejteket húzza össze I le Ty r C ys S Phe Ty r Cys S G ln As n C ys S Gln Asn Cys S oxitocin P ro L eu vazopresszin Pro Arg G ly NH 2 Gly NH 2 A r g Pro Pro Gly Phe Ser Pro Phe Arg Vazopresszin Vérnyomás-szabályozó bradikinin

47 Kortikotropin vagy adrenokortikotrop hormon vagy ACTH A mellékvesekéreg hormontermelését szabályozza. H-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro- Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-Tyr- Pro Inzulin (hasnyálmirigy, vércukorszint szabályozás) A-lánc B-lánc S S S S S S

48 Bradikinin Vérnyomás szabályozása. További peptidhormonok: növekedésihormon-reguláló faktor, parathormon, kalcitonin, lipotrop hormon, prolaktin, luteinizáló, follikulusstimuláló, tireoideastimuláló, glukagon.

49 Proteázgátlók: Leupeptin: plazmint, tripszint, papaint, katepszin B-t gátolja. Antipain: papaint, tripszint, katepszin A-t, B-t gátolja. Elasztin: elasztázt gátolja. Endorfin Morfinhoz hasonló fájdalomcsökkentő hatás. Antibiotikum: Aktinomicin, bacitracin, nizin, gramicidin, penicillin.

50 A peptidek semleges vagy keserű ízűek Peptid Gly-Leu Gly-D-Leu Gly-Phe Gly-D-Phe Leu-Leu Leu-D-Leu D-Leu-D-Leu Ala-Leu Leu-Ala Gly-Leu Leu-Gly Ala-Val Val-Ala Phe-Gly Gly-Phe Phe-Gly-Phe-Gly Phe-Gly-Gly-Phe Keserű ízintenzitás mm/dm ,0 1,5 1,0 1,5

51 Fehérjebomlás peptidek pl.: sajtoknál De! Aszparaginsav dipeptidjei édesek. keserű íz. H O O C C H 2 C H C O N H C H C O O C H 3 N H 2 C H 2 L-aszparagil-L-fenilalanin-metilészter (aszpartám) Csak az L L-származék édes. A D D, L D, D L izomerek nem édesek. Édesítőképesség: szorosa a répacukornak.