Preambulum. Komplexitásinformációtartalom. egy példa. biológia. kémia. sokaság-sokszínűség (kda) Szövet, organizmus. Sejt

Átírás

1 Preambulum Komplexitásinformációtartalom egy példa Szövet, organizmus biológia Sejt Szupramolekuláris komplexek és nanorendszerek Biomolekulák Biológiai kémia; a természetes vegyületek kémiája kémia sokaság-sokszínűség (kda) P Q= adenozin-5'-monofoszfát Q= dezoxiadenozin-5'-monofoszfát N Q N N N N 2

2 A biopolimerek három legfontosabb képviselője: -a peptidek és fehérjék - az oligo- és poliszacharidok - a nukleinsavak

3 Aminosav-, peptid- és fehérjekémiai kisszótár: Aminosavak: Elsődleges szerkezet: Esszenciális aminosavak: glicin, glikokoll <gör. glüküsz édes és kolla enyv szavakból>, Gly, G, 2 NC 2 C: az ecetsav α- aminoszármazéka, a húszféle fehérjealkotó aminosav között a legegyszerûbb és az egyetlen akirális. Színtelen, édes ízû, kristályos anyag, 233 C-on bomlik. Vízben jól, alkoholban, éterben nem oldódik. Szinte minden fehérjében megtalálható, legnagyobb mennyiségben a selyemfibroin és a zselatin tartalmazza. Az enyv savas hidrolizátumából különítette el elôször. Braconnot (1820). A ~ volt az elsô mesterségesen elôállított aminosav, a bróm-ecetsav és ammónia reakciójával nyerte W.. Perkin (1858). A formaldehid (C 2 ), hidrogén-cianid (CN) és ammónia (N 3 ) reakciójával elôállított amino-acetonitril ( 2 NC 2 CN) hidrolízise útján gyártják. Az élô szervezetben a glikolsav-ciklus tagjaként játszik fontos szerepet. Bár nem esszenciális aminosav, emberi és állati táplálékok kiegészítôje lehet, a nitrogénszükségletet fedezi. Az intravénás infúziós folyadékok egyik fô komponense. armadlagos szerkezet: Moduláris fehérje domének: Másodlagos szerkezet: Negyedleges szerkezet: Természetes aminosavak: Térszerkezet: Savasság (pka): Dipoláris ion: Iker (Zwitter) ion: Izoelektromos pont (pi): enderson-asselbalch equation: DL-aminosavak: Rezolválás: Enantiomer szelektív szintézis: Kaotróp:

4 Amid- v. peptidkötés: ligo- és polipeptidek: Parciális hidrolízis: ely specifikus hasítás (site-specific cleavage): Peptidszekvenálás: xitocin: Vazopresszin: Inzulin: Proteáz: idroláz: Kináz: Foszfatáz: emoglobin: Tripszin: Kimotripszin: Z-csoport: Boc-csoport: Fmoc-csoport: kinetikus rezolválás: mikor egy reakció sebessége az egyik enantiomer esetében lényegesen eltérő a másik enantiomerétől, és ezért az egyik sztereoizomer túlsúlyát kapjuk

5 Kapcsolás vegyesanhidriddel: Kapcsolás aktívészterrel: Automata peptidszintézis: ldatfázisú peptidszintézis: rtogonális védőcsoportok: Proteomics Genomics: α-hélix: β-redőzött réteg: PoliProlinII téralkat: Kollagén: Kanyar térszerkezetek: urok térszerkezetek: A coiled-coil téralkat: Diszulfidhíd: idrofób mag: Aktív centrum: Enzimspecificitás: Szubsztrát: Inhibitor: Sztereospecificitás: Kofaktor: Koenzim: Prosztetikus csoport: Lizozim:

6 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, kémiai Nobel-díjak: James Batcheller Sumner 1946 Nobel-díj Az enzimek kristályosíthatóak John oward Northrop Wendell Meredith Stanley 1946 Nobel-díj Enzim és vírusfehérjék izolálása tisztítása Linus Pauling 1954 Nobel-díj fehérje szerkezet alapjai Vincent du Vigneaud 1955 Nobel-díj Biológiailag aktív kénvegyületek és polipeptid hormonok szintéziséért

7 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, kémiai Nobel-díjak: Frederick Sanger 1958 Nobel-díj Az inzulin szekvenálása Sir John Cowdery Kendrew Ferdinand Max Perutz 1962 Nobel-díj xigén-transzport fehérjék szerkezetmeghatározása Christian B. Anfinsen 1972 Nobel-díj Ribonukleáz feltekeredése Bruce R. Merrifield 1984 Nobel-díj A szilárdfázisú peptidszintézis felfedezése Robert Brainard Corey ( ) Az α-hélix és a β-redő felfedezője

8 John B. Fenn Kurt Wüthrich Koichi Tanaka Nobel-díj 2002 makromolekulák szerkezetvizsgálati módszerek: NMR, MS Peter Agre Roderick MacKinnon Nobel-díj 2003 membrán csatornák mélyebb megértése Aaron Ciechanover Avram ershko Nobel-díj 2004 Az ubiquitin megjelöli azokat a fehérjéket, amelyeket a proteoszóma meg fog emészteni. Irwin Rose samu Shimomura Martin Chalfie Roger Y. Tsien Nobel-díj 2008 GFP-fehérjék

9 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, orvosi Nobel-díjak: Frederick Grant Banting John James Richard Macleod 1923 Nobel-díj az inzulin felfedezéséért memo: Banting sértőnek és igazságtalannak találta, hogy asszisztensét Charles Best-et mellőzték, s ezért a díjat és az elismerést megosztotta vele. Ennek hatására Macleod is megosztotta az elismerést James Collip-pal. Az inzulinra vonatkozó szabadalmukat pedig - 1 dollár ellenében - átadták a Torontói Egyetemnek. A monomer formában aktív inzulint szervezetünk hexamerként tárolja. (6 is imidazol gyűrűje koordinálódik a Zn-ion köré, három-fogású szimmetriával. Charles Best James Collip

10 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, orvosi Nobel-díjak: tto einrich Warburg 1931 Nobel-díj for his discovery of the nature and mode of action of the respiratory enzyme Axel ugo Theodor Theorell 1955 Nobel-díj for his discoveries concerning the nature and mode of action of oxidation enzymes Robert W. olley ar Gobind Khorana Marshall W. Nirenberg 1968 Nobel-díj for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis

11 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, orvosi Nobel-díjak: Gerald M. Edelman Rodney R. Porter 1972 Nobel-díj for their discoveries concerning the chemical structure of antibodies Roger Guillemin Andrew V. Schally 1977 Nobel-díj agyi peptid hormonok Rosalyn Yalow 1986 Nobel-díj for their discoveries of growth factors Stanley Cohen Rita Levi-Montalcini

12 Az aminosavak peptidek és fehérjék koronázatlan királyai, orvosi Nobel-díjak: Alfred G. Gilman Martin Rodbell 1994 Nobel-díj for their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal transduction in cells Günter Blobel 1999 Nobel-díj for the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell Stanley B. Prusiner 1997 Nobel-díj for his discovery of Prions - a new biological principle of infection

13 A legsokrétűbb biopolimer a fehérje; - katalizáló és szabályzó funkció (enzimek és hormonok) - jelző és jelátviteli funkció - szerkezeti funkciók (aktin, tubulin, kollagén, elasztin, keratin, stb.) - szállító fehérjék (pl. hemoglobin [oxigén], kazein [Ca 2+ ], ioncsatornák, stb.) - motorfehérjék (miozin, kinezin, dinein, stb.) - Minden sokrétűségük ellenére a fehérjék kémiailag igen konzervatív molekulák; csupán lineáris polimerek! elágazásmentes poliamidok tipikus építőelem

14 Az amid vagy peptidkötés kötésrendje és polaritása: határszerkezetek (rezonancia szerkezetek): C C N C C C N C tautomerek tautomerek C C N C C C N C határszerkezetek (rezonancia szerkezetek): Az amidkötésnek jelentős: - polaritása van (jelentős dipól ~3.5 Debye ) - kettőskötés jellege van a C-N kötés mentén.

15 A peptidkötés körüli geometriai izoméria: C C N C C C N transz és cisz izomerek C C C C N C C C N C C

16 Az aminosavak - szerkezet - előfordulása α-aminosav (β, γ, δ ) konstitúció L aminosav (D) konfiguráció fehérjealkotó (proteinogenic) α-l-aminosav természetes (natural) α-l-aminosav >200 fehérjealkotó (proteinogenic) α-l-aminosav összesen 22, ebből 20 az amelyik genetikailag kódolt, (spec. a yp és cisztin), memo: szelenocisztein) nélkülözhetetlen (essential) aminosav olyanok, amelyeket nem tud az organizmus de novo előállítani (humán pl. Ile, Arg, Lys, Met,..) Betegség: Kwashiorkór nem-szokványos (uncommon, non-standard) aminosavak: - fehérjékben (pl. yp) - fehérjéken kívül (pl. lantionin, 2-amino-izubutánsav, dehidroalanin)

17 Konfiguráció A fehérjealkotó (proteinogenic) α-aminosavak, a glicin kivételével mind királisak és a Cys kivételével mindegyik S-abszolút konfigurációjú. R C 2 Az alanin két enantiomerje 2 N 2 N C C 3 C N N C 2 N R R C C 2 C 2 C C 3 2 D- -alanin (R) 3 C 2 L- -alanin (S) az L- -aminosavak többnyire (S)-konf igurációjuak L-glicerinaldehid (S)

18 omokiralitás L-aminosav "S" 1 N 2 2 C 2 C 4 Q 3 1 N 2 4 Q 3 De: 2 N C 2 C glicin akirális 1 N 2 3 C 4 C 2 S 2 L-cisztein "R"

19 Két kiralitáscentrummal rendelkező aminosavak: C R N 2 2 N S C C R N 2 2 N S C S R R C 3 C 3 S C 3 C 3 C 2 5 C 2 5 D-treonin (2R,3S) L-treonin (2S,3R) D-izoleucin (2R,3R) L-izoleucin (2S,3S) C R N 2 2 N S C C R N 2 2 N S C R S C 3 S R C 3 C 3 C 3 C 2 5 C 2 5 allo-d-treonin (2R,3R) allo-l-treonin (2S,3S) allo-d-izoleucin (2R,3S) allo-l-izoleucin (2S,3R) (2X,3Y)-2-amino-3-hidroxibutánsav (2X,3Y)-2-amino-3-metilpentánsav

20 A konfiguráció jelentősége: L-aminosavak - L-Phe (phenylketonuria, PKU) genetikailag öröklődő anyagcserezavar (fenilalanin-hidroxiláz enzim hiánya, Phe nem bontódik le, idegrendszeri károsodás) - L-Glu (Monosodium glutamate, MSG [E621]) ízfokozó, (1-2 milló tonna/év) - Pht-glutárimid (Contergan, thalidomide) Racém aminosavak: - szintézis - rezolválás - kormeghatározás (sztereo szelektivitás szignifikánsan csökken az idővel, múmia) D-aminosavak a természetben: - D-Glu (baktériumsejtfal, pl. lépfene) - D-Ser (földigiliszta) - D-Pro (anyarozs) - D-Phe (antibiotikumok, pl. gramicidin) - D-Cys (antibiotikumok, pl. penicillin) N f talimido rész glutárimid rész thalidomid (contergan) egyik enantiomer teratogén kísérleteznek ma is vele, mint AIDS, agydaganat stb. elleni szer (S) vagy D-Cys N

21 Fehérjealkotó aminosavak: 2 N glicin Gly G esszenciális aminosavak Semleges oldallánccal rendelkező apoláris, alifás aminosavak: etimológia: glikokoll <gör. glüküsz édes és kolla enyv szavakból> az ecetsav α-aminoszármazéka, fehérjében csak kis mennyiségben (kivéve a kollagént, a selyemfibroint és a zselatint) előállítás először (. Braconnot 1820): enyv savas hidrolízise Az első mesterségesen szint. aminosav (W.. Perkin 1858): bróm-ecetsav + ammónia Gyártás ma: formaldehid (C 2 ) + hidrogén-cianid (CN) + ammónia (N 3 ) -> amino-acetonitril ( 2 NC 2 CN), amit hidrolízálunk Ala 2-aminopropánsav N 2 alanin Ala A N 2 valin Val V N 2 izoleucin Ile I N 2 leucin Leu L

22 Fehérjealkotó aminosavak: esszenciális aminosavak Semleges oldallánccal rendelkező apoláris, aromás aminosavak: fenilalanin Phe F N 2 tirozin Tyr Y 2 N N N 2 triptofán Trp W

23 Semleges oldallánccal rendelkező aminosavak: N 2 szerin Ser S N 2 treonin Thr T N N prolin Pro P hidroxiprolin yp S N 2 cisztein Cys C

24 Diszulfidkötés: R S [] tiol [] R S S R diszulfid BPTI

25 Semleges oldallánccal rendelkező aminosavak: S N 2 metionin Met M 2 N N 2 aszparagin Asn N 2 N glutamin Gln Q N 2

26 Savas oldallánccal rendelkező aminosavak: 2 N glutaminsav Glu E Bázikus oldallánccal rendelkező aminosavak: 2 N N 2 N lizin Lys K 2 N N N 2 arginin Arg R

27 Szisztematikus nevezéktan: IUPAC-IUB (Recommendations 1983) Ala 2-aminopropánsav Arg 2-amino-5-guanidinopentánsav Asn 2-amino-3-karbamoilpropánsav Glu 2-aminopentándisav is 2-amino-3(1-imidazol-4-il)propánsav Lys 2,5-diaminohexánsav Met 2-amino-4-(metilszulfanil)butánsav Trp 2-amino-3(1-indol-3-il)propánsav Tyr 2-amino-3-(4-hidroxifenil)propánsav Val 2-amino-3-metilbutánsav Kémiai tulajdonságok és következményei: savas és bázisos jelleg (acidity, basicity) polaritás (polarity) aromacitás (aromaticity) térkitöltés (bulkiness) konformációs flexibilitás (conformational flexibility) keresztkötés-hajlam (ability to Xlink) -kötés akceptor/donor (ability to -bond) kémiai reaktivitás (chemical reactivity)

28 Az aminosavak ikerionos szerkezete (avagy önmaga sója): Egy aminosavnak van mind bázikus (-N 2 ), mind savas (-C) csoportja, tehát amfoter. - gázfázisban neutrális, - szilárd vízmentes közegben dipoláris (iker- vagy zwitter-ionos), - vizes oldatban a p függvényében az egyensúlyi formák a jellemzőek: a kationos, az ikerionos vagy az anionos formák. Kajtár ha erősen savanyú a közeg főleg kation, - ha erősen bázikus a közeg főleg anion formában van jelen. A két p állapot között van az izoelektromos pont, IEP vagy pi, amikor az ikerionos forma koncentrációja a maximális, és a kationos és anionos formák egyensúlyban vannak egymással. 1) Az IEP-ban a molekula össztöltése zéró! 2) A pi minden aminosavra más és más (a konstitúció függvénye), ami kihasználható a jellemzésükre is. pi = ½ (pk a1 +pk a2 ) így az alanin izoelektromos pontja ½ (2,3+9,7) = 6,0

29 Tények, amelyek alátámasztják az aminosavak dipoláris jellegét: 1) igen magas (op.> 200 C) olvadáspont (amit bomlás pl. C 2 vesztés kísér) Ala 297 C, Ala.Cl 204 C Glu 248 C, Ala.Cl 214 C Gly 233 C, Ala.Cl 182 C Lys 224 C, Ala.Cl 263 C 2) Vízben jobban oldódnak (hidratáció), mint Et 2, C 2 Cl 2 és más szerves oldószerekben (szolvatáció) 3) Akár egy nagyságrenddel nagyobb a dipólus momentumuk, mint az egyszerű karbonsavaké vagy alifás aminoké: (D=Debye) 4) az ikerionos forma kevésbé savanyú, mint egy alifás karbonsav és kevésbé bázikus, mint egy alkilamin: memo: az ikerion nem -, hanem N-sav és nem N-, hanem -bázis!

30 rekollekció: savak és bázisok erőssége: K a és pk a A Cl vagy 2 S 4 tól eltérően a szerves karbonsavak gyenge savak T= 25 o C csak ~1% az Ac az egyensúlyi reakció jellemzése: K a egyensúlyi együttható K eq = C 3 C 3 C 3 C 2 K a = K eq 2 = C 3 C 3 C C Mivel a víz koncentrációja közel állandó (55,5M), ezért célszerű bevezetni K a -t a savi egyensúlyi együtthatót. Pl: hangyasavra; K a C = 1, , ecetsavra; K a Ac = 1, (memo: Praktikusabb a pk a = lgk a = log 10 (K a ) értéket megadni Néhány pk a érték: 1,4 (N 3 ), 0,18(TFA), 3,7( 2 C 3 ), 4,75(Ac), 9,9(fenol), 38(N 3 ) és 50(etán) 3 ha K a értéke nagy, akkor erős, ha kicsi, akkor gyenge a sav) pka analóg a p definíciójával növekvő savi erősség memo: C 3 C 2 C 3 C CF 3 C Cl pk a= 16 < 4,75 < 0,2 < esetén csak minden százezredik molekula deprotonált -7 esetén csak minden tízmilliomodik molekula protonált.

31 Emlékeztető kérdések: kérdés: mekkora a hidroxóniumion és mekkora a C 2 koncentráció a hangyasav 0,1M-os vizes oldatában (K a = 1, )? A hangyasav hány százaléka ionizált ekkor? Legyen x mind a [ 3 + ] mind a [C 2 ] és így (0,1 x) a [C]. Mivel K a kicsi ezért x értéke is kicsi és így (0,1 x)~ 0,1 tehát x 2 /0,1 = azaz x = 0,0042M (4,2mM), Az ionizáció mértéke (%) = 0,0042/0,1 *100 = 4,2% kérdés: mekkora a víz K a -ja, ha abba 25 o C-on az [ ]=10 7? válasz: K a =(10 7 )*(10 7 )/55,5 = 1, tehát a pka = 15.7 kérdés: az egyik sav K a ja 10-7 a másiké pedig +5. Melyik az erősebb sav? válasz: pk a = (log 10 7 ) = 7 valamint pk a = (log 5) = 0,699, tehát a második az erősebb sav.

32 Iker- vagy Zwitterion C C memo: az ecetsav disszociációja: + pk = 4,8 C C: 2 N C C Q + 3 N C C: 2 N C C: + Q Q pk 1 = 2,4 pk 2 = 9,6 pk a1 = első savi disszociációs állandó pk a2 = második savi disszociációs állandó memo: a metilamin disszociációja: 3 N C + 2 N C pk = 10,6

33 Aminosav pk a1 pk a2 pk a3 pi α-c α-n + 3 R-csoport semlegesek G Gly 2,3 9,6 6,0 A Ala 2,3 9,7 6,0 V Val 2,3 9,6 6,0 L Leu 2,4 9,6 6,0 I Ile 2,4 9,7 6,1 F Phe 1,8 9,1 5,5 Y Tyr 2,2 9,1 10,1 5,7 W Trp 2,4 9,4 5,9 S Ser 2,2 9,2 5,7 T Thr 2,6 10,4 6,5 P Pro 2,0 10,6 6,3 yp 1,9 9,7 6,3 C Cys 1,7 10,8 8,3 5,0 Cys-Cys 1,6; 2,3 7,9; 9,9 5,1 M Met 2,3 9,2 5,8 N Asn 2,0 8,8 5,4 Q Gln 2,2 9,1 5,7

34 Aminosav pk a1 pk a2 pk a3 pi α-c α-n + 3 R-csoport savasak D Asp 2,1 9,8 3,9 3,0 E Glu 2,2 9,7 4,3 3,2 bázikusak protonált R-csoport K Lys 2,2 9,0 10,5 9,8 R Arg 2,2 9,0 12,5 10,8 is 1,8 9,2 6,0 7,6 memo: egy α-aminosav (de nem az ikerion) a konjugáció miatt erősebb sav, mint a megfelelő alifás karbonsav: 3 N alanin kation (pk a1 =2,3) 3 N alanin ikerion pk a2 =9.7

35 Sav és konjugált bázisának egyensúlya: A A + Η + enderson-asselbalch-egyenlet: pk a = p + lg([a]/[a ]) A levezetés: K a = [+ ] [A ] [A] [ + ] = K a [A] [A ] [A] pk a = p + log [A ] [A] log [ + ] = log K a log [A ] p = pk a [A] log [A ] a savi disszociációs állandó, pk a tehát az a p érték, - ahol a sav félig semlegesített, azaz [A]=[A ]. indoklás (bizonyítás): mivel pk a = p ezért 0 = log([a]/[a ]), azaz 1= [A]/[A ] s ez pont az amit állítottunk!

36 kérdés: mire jó a enderson asselbalch egyenlet? válasz: ha tudjuk egy ionizálható csoport pk a értékét, akkor a &- egyenlet segítségével meg tudjuk határozni annak töltését, pontosabban a [A]/[A ] értéket a p függvényében gyakorlat: a például a p=(pk a 2), akkor a & szerint +2 = lg[a]/[a ] azaz 100[A ]=[A], vagyis a funkciós csoport ~99%-ban protonált, s így annak kémiai jellege függvényében töltése vagy 0, vagy +1. a a p=(pk a +2), akkor a & szerint -2 = lg[a]/[a ] azaz 0,01[A ]=[A], vagyis a funkciós csoport ~99%-ban deprotonált, s így a kémiai jellegének függvényében töltése vagy -1, vagy 0. a a p=pk a, akkor a & szerint 0 = lg[a]/[a ] azaz [A ]= [A], vagyis a funkcióscsoport 50%-ban deprotonált Ez a ±2 szabály (K a =±2), a protonáltsági fokra ad jó kvalitatív becslést.

37 A glicin titrálása, avagy p kontrolált töltésállapotok: 100% 3 N C 2 C: Izoelektromos pont Isoelectric point, pi 2,4 + 9,6 2 = 6,0 2 N C 2 C pk 1 pk p=2,3 p= 6,0 50% 50% p=9,6 p>11.5, akkor lényegében csak anion van jelen az oldatban. p=9.6, akkor az ikerionos forma fele már az anionos formává alakult át. 2 N C 2 C: p=6, akkor az összes kationos forma már ikerion formává alakult át. p=2.3, akkor a kationos forma fele már ikerion formává alakult át. p<1 akkor lényegében csak kation van jelen az oldatban.

38 Savas oldallánccal rendelkező aminosavak pi = ½ (pk a1 +pk a2 ) így az aszparaginsav izoelektromos pontja ½ (2,1+3,9) = 3,0 aszparaginsav

39 Az aszparaginsav titrálása aszparaginsav 1,9 + 3,6 2 = 2,75 pi = 3,0 3 N C C: C 2 C pk 1 pk 2 pk p 2,1 p 3,9 p 9,8 3 N C C C 2 C 2 N C C: C 2 C: 2 N C C: C 2 C:

40 Bázikus oldallánccal rendelkező aminosavak pi = ½ (pk a2 +pk a3 ), így a lizin izoelektromos pontja ½ (9,0+10,5) = 9,8

41 9,0 + 10,5 = 9,75 2 pi = 9,75 3 N C C: C 2 N 2 pk 1 pk 2 pk p 2,2 p 9,0 p 10,5 3 N C C (C 2 ) n N 3 2 N C C: (C 2 ) n N 2 2 N C C: (C 2 ) n N 2

42 A hisztidin titrálása 3 N C C: C 2 6,0 + 9,2 2 = 7,6 : N : N pi = 7,6 pk 1 pk 2 p K 3 pk p 1,8 p 6,0 p 9,2 p 15 3 N C C C 2 N : N 3 N C C: C 2 : N N 3 N C C: 2 N C C: C 2 C 2 : N : N : : : N : N

43 Az elektroforézis: The distribution of charged species in a sample can be shown experimentally by observing the movement of solute molecules in an electric field, using the technique of electrophoresis. Kísérleti körülmények: For such experiments an ionic buffer solution is incorporated in a solid matrix layer, composed of paper or a crosslinked gelatin-like substance. A kísérlet kivitelezésének módja: A small amount of the amino acid, peptide or protein sample is placed near the center of the matrix strip and an electric potential is applied at the ends of the strip. The solid structure of the matrix retards the diffusion of the solute molecules, which will remain where they are inserted, unless acted upon by the electrostatic potential. Példa: In the example shown here, four different amino acids are examined simultaneously in a p= 6.00 buffered medium.

44 Note that the colors in the display are only a convenient reference, since these amino acids are colorless.

45 Megfigyelés: 1) At p 6.00 Ala (alanine) and Ile (isoleucine) exist on average as neutral zwitterionic molecules and are not influenced by the electric field. 2) Arg (arginine) is a basic amino acid. Both base functions exist as "onium" conjugate acids in the p 6.00 matrix. The solute molecules of arginine therefore carry an excess positive charge, and they move toward the cathode. 3) The two carboxyl functions in Asp (aspartic acid) are both ionized at p 6.00, and the negatively charged solute molecules move toward the anode in the electric field. Megfigyelés és következtetések: It should be clear that the result of this experiment is critically dependent on the p of the matrix buffer. 1) If we were to repeat the electrophoresis of these compounds at a p of 3.00, the aspartic acid would remain at its point of origin, and the other amino acids would move toward the cathode. 2) Ignoring differences in molecular size and shape, the arginine would move twice as fast as the alanine and isoleucine because its solute molecules on average would carry a double positive charge.

46 fford-féle szabály: µ A = k z A M A 2/3 µ = mozgékonyság z = töltés M = molekulatömeg k = koefficiens fford-féle szabály alkalmazása: µ rel = µ A µ B = z A z B M B M A 2/3

47 Peptidek/fehérjék töltésviszonyai, fehérjék: komplex titrálási görbe N C C N C C N C C N C C N C C C C 2 3 C C 3 C C 2 S :N :N (C 2 ) 4 N 2 p p

48 α-aminosavak előállítása (pl.: Met) 1) módosított Gabriel-szintézissel kálium-ftálimidből

49 memo: aminok előállítása R-X + 2N 3 R-N 2 + N 4 X ahol X=F, Cl, Br alkil-halogenid alkil-amin Bruckner I/ o. gond: keveréket kapunk (R-N 2, R 2 N, R 3 N és R 4 NX) túlalkileződés primer szek. terc. kvat. 1. Primer aminok előállítása: (Gabriel-féle szint. 1887) N K -KBr Br R N-R ftálsav 2. Szekunder aminok előállítása: f tálimid-kálium N-alkilf tálimid 3 C C 3 C C + R'Br N R N R R' primer savamid szekunder savamid 3. Tercier aminok előállítása: szekunder aminok reakciója alkil-halogenidekkel. cc. Cl fõzés + R-N 2 C 3 -C R'R-N szekunder amin

50 α-aminosavak előállítása (pl.: Met) 2) Strecker-szintézis R CN N 3 CN R N ,hõ C R N 3 -amino-nitril DL- -aminosav A Strecker-szintézis mechanizmusa:

51 DL-aminosavak rezolválása C + R N 3 C R + N 3 racém elegy R R + C N 3 C N 3 (C 3 C) 2 R C N N-acil-aminosav egy (R)-konfigurációjúak L-α-aminosav egy (S)-konfigurációjúak L-α-aminosav deaciláz enzim R L- -aminosav C N D-N-acil-aminosav memo: a legtöbb enzim zsebe enantiospecifikus felismerő képességgel rendelkezik.

52 aszimmetrikus szintézis: C 3 C 3 C C NCC 3 2 [(Rh(R,R)-DiPAMP)cod] + BF 4 katalizátor C 3 C + 3 C C 3 C 100% kitermelás 95% enantioszelektivitás NCC 3 N 2 L-DPA (S)-3,4-dihidroxifenilalanin C 3 P P C 3 (R,R)-DiPAMP (R,R)-1,2-bisz[(2-metoxi-fenil)-fenil-foszfino]etán ródium királis liganduma cod 1,5-ciklooktadién

53 C NCC 3 katalitikus aszimmetrikus hidrogénezés 83% enantioszelektivitás (1) 2 / (R,R)-PNNP-Rh(I) (2) C 3, A 97% enantioszelektivitás átkristályosítás után C CC 3 CC 3 N 2 2 N S-fenilalanin-metilészter L-aszparaginsav N 2 N CC 3 C aszpartám 3 C N N C 3 P P (R,R)-PNNP N,N'-bisz(difenil-foszfino)-bisz[(R)-1-fenil-etil]etiléndiamin ródium királis liganduma

54 [Rh(nbd) 2 ]Cl 4 (R)-profosz [Rh((R)-profosz)(nbd)]Cl 4 + nbd királis ródium-komplex 7 3 C (C 6 5 ) 2 P P(C 6 5 ) 2 (R)-profosz (R)-1,2-bisz(difenil-foszfino)-propán 5 4 nbd 2,5-norbornadién 3 C 2 C (1), 2, hõ C NCC 3 [Rh((R)-profosz)() 2 (C 2 5 ) 2 ] + N 2 (2) N3 2-acetilamino-propénsav N-acetil-L-alanin 90% enanetioszelektivitás L-alanin R C NCC 3 (Z)-3-szubsztituált 2-acetilamino-propénsav (1) 2 / [Rh((R)-profosz)() 2 (oldószer) 2 ] + (2), 2, hõ (3) N3 C L-aminosav 87-93% enanetioszelektivitás