Download - 2 Aminoacidos 2012 FINAL
QUIMICA ORGANICA IIAño 2012
Profesores Responsables
Dra. Ana N. SantiagoDra. Marisa Martinelli
Dr. Daniel A. Wunderlin
Péptidos
Dipéptido
Enlace amida(enlace peptídico)
CO
RN R
H
.. CO-
RN
R
H
+
Carácter de doble enlace parcialbarrera de rotación = 18 Kcal/mol
CO
N
Solapamiento de los orbitales p
-aminoácidos péptidos proteínas
COC
OH3N
R
H
+ -
+CO
C
OH3N
R
H
+ - -H2O CC
OH3N
R
H
+
CC
NH
RH -
O
Ocalor
Reacción de Aminoácidos - Síntesis de Péptidos
Secuencia: es el orden de los enlaces en un péptido
Alanilglicina (Ala-Gly)
AminoácidoN-terminal
AminoácidoC-terminal
Reacción bioquímica clave de los aminoácidos conversión en péptidos
Izquierda Derecha
A todos con excepción del C-terminal se le asigna sufijo il
+H3N CH C NHCH2C
O-
CH3
OO
AA
AA
AA
EnlacePéptidico
AA
LAS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DE PROTEÍNAS SE ASOCIAN EN GRAN MEDIDA CON SU ESTRUCTURA PRIMARIA, AUNQUE LA BIODISPONIBILIDAD DE AA CAMBIA EN FUNCIÓN DE OTROS ASPECTOS (por ej. accesibilidad de la unión peptídica para las proteasas intestinales).
PÉPTIDOS DE CADENA LARGA PROTEÍNAS.
ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS Estructura Primaria
Estructura Secundaria Proteínas (espiral)
Estructura Secundaria Laminar
Estructura Terciaria:El péptido se pliega sobre si mismo, manteniendo las estructuras espiraladas y las laminares, sumado a regiones amorfas
Espiral
Laminas
Estructura Cuaternaria: Constituida por sub-unidades de péptidos asociados entre sí.
Importante en enzimas, ya que la distancia entre los sitios activos está determinada por la conformación espacial de las distintas sub-unidades de la proteína (enzima en este caso).
Las estructuras cuaternarias de las proteinas pueden ser determinadas por cristalografía de Rayos X.
Estructura Cuaternaria: algunas estructuras cuaternarias son arreglos mas lineales de una o mas proteínas
Las proteínas pueden forman redes tridimensionales de una o mas proteínas.Estas redes contribuyen a la estructura de alimentos, etc.
ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS:¿Cuales son las “fuerzas” que provocan los pliegues y dan rigidez estructural a las proteínas?
Interacciones y uniones implicadas en la estructura proteica y formación de redes:
electrsotática
Pte. Hidrógeno
HidrofóbicaPte. Disulfuro
Hidrofóbica
Dipolo-Dipolo
Interacciones y uniones implicadas en la estructura proteica
Enlace Covalente 330-380 1-2 S-SAgentes
REDUCTORES
Puente Hidrógeno 8-40 2-3 Amida, Oxhidrilo, Fenol
Detergentes, calentamiento
Interacción Hidrofóbica 4-12 3-5
Aminoácidos con cadenas laterales alifáticas largas o
aromáticas
Solventes Orgánicos
Interacción Electrostática 42-84 2-3Carboxilo, Amonio,
etc.Soluciones Salinas;
pH alto o bajo
van der Waals 1-9Dipolos
permanentes o inducidos
Enlaces e Interacciones en Proteínas
Tipo Energia kJ/mol Distancia Interacc. A
Grupos Funcionales que participan
Condiciones que lo perturban
PROTEÍNAS:DESDE ÚNIÓN PEPTÍDICA DE AMINOÁCIDOS HASTA LA ESTRUCTURA CUATERNARIA.
¿Podemos Sintetizar Proteínas?
¿Podemos hacer que esas proteínas sintéticas “funcionen”?
Síntesis de Péptidos no Dirigida
Phe + Gly
CH2C6H5
NH3CHCO
O
Fenilalanina
CH2C6H5
NH3CHCO
O
Fenilalanina
H3NCH2CO
O
Glicina
H3NCH2CO
O
Glicina
H3NCH2CO
O
Glicina
CH2C6H5
NH3CHCO
O
FenilalaninaCH2C6H5
NH3CHCO
O
H3NCH2CO
O
Fenilalanina Glicina
Phe-Gly + Phe-Phe + Gly-Phe + Gly-Glycalor
Síntesis de Péptidos Dirigida - EstrategiaPhe + Gly Phe-Gly
+
CH2C6H5
NHCHCOH
O
H2NCH2C
O
FenilalaninaN-protegida
Z Y
GlicinaC-protegida
Estrategia de Síntesis
CH2C6H5
NHCHC
O
NHCH2C
O
Z Y
Phe-Gly protegida
Formación del enlace peptídico
- H2O
Phe-Gly
CH2C6H5
CHC
O
NHCH2C
O
H3N+
O-
Desprotección
Acilación del Grupo Amino - Protección N Terminal
CO2CH3-CH-
NH3
CO2HCH3-CH-
NH2
Alanina
-
+ ¨
CH3COCCH3
O O
Anhídrido acético
NH2-C-O-CHCH3
OCCH3O
HO2C
H3CNH-CCH
CH3HO2C
H3C O
N-Acetilalanina89-92%
+ CH3COH
O
Intermediario tetrahédrico
Agentes acilantes: cloruros de ácido anhídridos
Reacciones de los Aminoácidos
Acilación del Grupo Amino - Protección N Terminal
CO2-H3NCH-
Alanina
+
O1. NaOH, H2O
2. H+
O
CH3
CH2OCCl+
CH3
CH2OCNHCHCO2H
Cloruro de benciloxicarbonilo
(Cloroformiato de bencilo)
N-Benciloxicarbonilalanina
Cloruro de ter-Butoxicarbonilo (Boc-)
(CH3)3COCCl
O
Amida de un éster carbamato (uretano)
Z-Ala
Desprotección del Grupo Amino
O
CH3
CH2OCNHCHCO2H
CO2
CH3
H2NCHCO2H
Boc- Resistente a la hidrogenólisis
N-Benciloxicarboalanina
Boc-Péptido
Hidrogenólisis
Tratamiento ÁcidoO
(CH3)3CO C-NH-CH -CONH
R ó CF3COOH+ CO2 +
R2-metilpropeno
NH3-CH-CONH(CH3)2C=CH2+
N-ter-Butoxicarbonil péptido
HBr
CH3 O
CH3
CNHCHCO2HOH+
Ác. carbámico
H2, Pd
Esterificación del Grupo Carbonilo- Protección C Terminal
Éster etílico del hidrocloruro de alanina (90-95%)
CH3CH2
OH
:
HCl
COCH2CH3CH3-CH-
NH3
O
+
Cl-
CO2CH3-CH-
NH3
CO2HCH3-CH-
NH2
Alanina
-
+ ¨
Alanina
+ H+
CO2H3NCH-+
CH3
CH2OH-
H3NCH-COCH2+
CH3
O
Éster bencílico de alanina (90%)
Esterificación de Fisher
Desprotección del Grupo Carboxilo
H2, PdH3NCH-COCH2+
CH3
OH3NCH-CO
+
CH3
O-
CH3
+
Hidrogenólisis
COCH2CH3NH3-CH-
H2C
O+
Ph
H3O+
COHNH3-CH-
H2C
O+
Ph
+ CH3CH2OH
Hidrólisis
DCCI= N,N´-diciclohexil-carbodiimida (R=ciclohexil)
O-Acilisourea
+
CH3
CH2OCNHCHCOHOO
RN=C=NR
CH3
CH2OCNHCCO
OO
CNR
NHR
+
CH3
CH2OCNHCHCO-OO
RHN=C=NR+
Síntesis de Péptidos - Método en Solución
Paso 1: Activación del grupo carboxilo
Síntesis de Péptidos - Método en Solución
Paso 2: Formación del enlace peptídico
Valina-C-protegida
Crece por el extremo C-terminal
CH3
NHCC O
O
C
NR
NHR +ZCH(CH3)2
NH2CHC-YO
CH3
NHCC
O
ZCH(CH3)2
NHCHC-YO
+ CO
NHR
NHR
FASE LÍQUIDA
Se fija un aminoácido N-protegido
Síntesis de Péptidos - Fase Sólida - Síntesis de Merrifield
Poliestireno funcionalizado al 10 %Resina de Merrifield
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2C l NHR´ CH
CO
O
CO
O
Crece por el extremo N-terminal
Premio Nobel 1984
Primer aminoácido fijado
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2O
CO
C HR N H C O
O
Cl
Desprotección del grupo amino
FASE LÍQUIDA
Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield
Primer aminoácido fijado
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2O
CO
C HR N H C O
O
CF3 COOH
CH2Cl2
Se fija el segundo aminoácido
N-protegido, C-activado
Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield
FASE LÍQUIDA
NHR´ CH
CO
O
CO
O
Primer aminoácido fijado
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2O
CO
C HR N H 2
RN=C-NHR
Desprotección del grupo amino
FASE LÍQUIDA
Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield
CH2Cl2
CF3 COOH
Segundo aminoácido fijado
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2O
CO
C HR N H
N HR ´ C H
CO
O
C O
Se libera el péptido del polímero
FASE LÍQUIDA
Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield
HF
Segundo aminoácido fijado
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
C H 2O
CO
C HR N H
N H 2R ´ C H
CO
Liberación del péptido
FASE LÍQUIDA
Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield
OHC
O
CHR NH
NH2R´ CH
CO
Péptido obtenido
FASE SÓLIDA INSOLUBLE
OHC
O
CHR NH
NH2R´ CH
CO
C H 2F
Premio Nobel de
Química 1984.Robert
Bruce Merrifield
Merrifield estudió química en la Universidad de
California (Los Ángeles). En 1949 fue nombrado
investigador auxiliar de la Escuela Médica y Docente
del Instituto Rockefeller, cargo que ostentó hasta 1966,
a partir de aquel momento ocupó la cátedra de bioquímica
en esta misma institución. Merrifield murió el 14 de mayo de 2006
Nació en el año 1921
(Fort Worth, EUA ).
Falleció en 2006, en
Cresskill.
La síntesis peptídica en fase sólida (SPPS en sus siglas en inglés), cuyo pionero fue Merrifield constituyó un cambio
de paradigma para la comunidad científica dedicada a la síntesis química de péptidos. En la actualidad es el método
usado en la creación de péptidos y proteínas en laboratorio. La SPPS permite sintetizar péptidos naturales difíciles de
expresar en bacterias, incorporar aminoácidos no proteicos, modificar el esqueleto de péptidos y proteínas y sintetizar
proteínas a partir de D-aminoácidos. En esta síntesis, pequeñas partículas porosas pero insolubles, son tratadas con
unidades funcionales (agentes de acoplamiento) sobre las que se construyen las cadenas
peptídicas. El péptido permanece unido covalentemente a la partícula hasta que es
desanclado por reactivos como el fluoruro de hidrógeno líquido o el ácido trifluoroacético
(TFA). El péptido queda así inmovilizado en la fase sólida y permanece retenido durante el
proceso de filtrado, mientras que los reactivos de la fase líquida y los subproductos de la
síntesis son eliminados.
Galardonada por
Reseña
Campo de trabajo
Química Orgánica
Por desarrollo del método de
síntesis peptídica en fase
sólida SPPS
Determinación de Estructura de Péptidos - Análisis de Aminoácidos
CC
OH3N
R
H
+
CC
NH
RH -
O
O
HCl (6M), 100°C
24 hsPéptido Aminoácidos
Hidrólisis enlace peptídico
Análisis aminoácidos totales (no secuencia)
El método de hidrólisis ácida / básica se usa para conocer la composición global de aminoácidos (en alimentos por ej.). Los aminoácidos hidrolizados son separados por cromatografía, coloreados por reacción con ninhidrina y medidos por densitometría o espectrofotometría
F
NO2
NO2
Análisis de la Secuencia – Estructura Primaria Péptidos y Proteínas.
– Determinación N-Terminal Reactivo de Sanger (Nobel 1958) 2,4-dinitrofluorobenceno (DNP)
O
CH(CH3)2
O
CH2C6H5
O O
CH3
O-
DNP-Val-Phe-Gly-Ala
O2N
NO2
HNCHC HNCHC HNCH2C HNCHC
DNP-Val + Phe + Gly + Ala
H3O+
Péptido
O
CH(CH3)2
O2N
NO2
H2NCHCF +
Se limita a conocer el aa-N-terminal, el resto se hidroliza sin conocer la secuencia
Degradación de Edman
Análisis de la Secuencia – Determinación N-Terminal
N C S
Fenil isotiocianato
+ H2NCHCO
RNHCHC
R´
ONHCHC
R´´
O
NHCHCO
R
NHCHC
R´
ONHCHC
R´´
O
NH
CS
HF anhidro
Derivado de feniltiohidantoína
+
HCHN N
OR
SH2NCHC
R´
ONHCHC
R´´
O
30 + ciclos de degradación.
Permite evaluar la secuencia primaria
Feniltiourea
CH2NCH2OH
O
Glicina
CH3NCH2O
O
forma zwitteriónica de la Glicina
+-
RESUMEN
Quirales (proteínas son L)
Compuestos difuncionales
Anfóteros – Comportamiento ácido-base
Punto Isoeléctrico
Las síntesis de laboratorio presentadas producen mezclas racémicas: Aminación de -haloácido Síntesis de Strecker Síntesis de Gabriel y Síntesis Malónica Aminación Reductiva
La síntesis natural es quiral
Dan las reacciones características de sus grupos funcionales: Acilación del grupo amino Esterificación del grupo carbonilo
CH3NCHO
O+-
R
-Aminoácido
H3N
CO2
RH
-+
+H3N
CO2
HR
-
RESUMEN
Dipéptido
-H2O CC
OH3N
R
H
+
CC
NH
RH -
O
OCO
C
OH3N
R
H
+ -
+CO
C
OH3N
R
H
+ -
Enlace amida(enlace peptídico)
Reactivo de Sanger Degradación de Edman
Análisis de la secuencia de Péptidos
Síntesis de Péptidos Método en Solución Fase Sólida
LAS PROTEÍNAS EN ACCIÓN: DE HARINA A MASA QUÍMICA DE ELABORACIÓN DEL PAN.
Estructura del GLUTEN: Gliadina (prot. globular) + Glutenina (prot. fibrilar)
Reacciones REDOX sobre las proteínas del Gluten: REDUCCIÓN
Cadenas de GLUTENINA unidas por puente disulfuro (S-S) inter-moleculares
SH
SH
Cadenas de GLUTENINA “libres”, con grupos TIOL (SH)
REDUCTOR
Cadenas de GLIADINA unidas por puentes disulfuro (S-S) intra-molecular.
REDUCTORSH SH
Cadenas de GLIADINA “abierta”, con grupos TIOL (SH)
SH
SH
Reacciones REDOX sobre las proteínas del Gluten: OXIDACIÓN
SH SH
SH
SH
SH
SH
OXIDANTE
S
S
S S
S
S
SS
Cadenas de Gliadina + Glutenina UNIDAS por puente disulfuro (S-S) INTER-molecular
Las proteínas pueden forman redes tridimensionales de una o mas proteínas.Estas redes contribuyen a la estructura de alimentos, etc.