Universidad de Chile Departamento de Química orgánica y Fisicoquímica. Química Orgánica. Prof. Eduardo Arturo Soto Bustamante K.Peter C. Volhardt, Organic Chemistry W.H.Freeman and Co. New York, 1987 Andrew Streitwieser Jr., Clayton H. Heathoock. Introduction to Orgaanic Chemistry Macmillan Publishing Co. Inc. N.Y. 1976 Aminoácidos (AA): Constituyentes esenciales de las proteínas. Formados por átomos de C, H, O, N y algunos con S. Biológicamente son nutrientes que forman la base estructural de las proteínas.
Poseen un centro quiral en posición 2 o carbono alfa. En general poseen conformación (S). Su identidad la define el grupo R. Su estructura es similar a la de los azucares. PROYECCIONES DE FISCHER C2; Cα HO COOH H CH 2 OH N H 2 COOH R H N H 2 COOH R H H 2 N R H COOH S Existen AA esenciales (son 20) y no esenciales Tipos de estructuras : Definición del grupo R. Grupos alifáticos. Grupos conteniendo hidroxilos. Grupos conteniendo amina. Grupos conteniendo Mercapto sulfuros Grupos conteniendo ácidos carboxílicos
COOH N H 2 H R R AMINOÁCIDO Código pk a (-COOH) pk a (-NH 2 ) pk a (otro) -H Glicina Gli 2,4 9,8 CON GRUPOS ALIFATICOS -CH 3 Alanina Ala 2,4 9,9 -CH(CH 3 ) 2 Valina Val 2,3 9,7 -CH 2 CH(CH 3 ) 2 Leucina Leu 2,3 9,7 -CH(CH 3 )CH 2 -CH 3 Isoleucina Iso 2,3 9,7 -CH 2 -(C 6 H 5 ) Fenilalanina Fen 2,6 9,2 O NH+ O *Prolina Pro 2,0 10,6 CON HIDROXILOS -CH 2 OH Serina Ser 2,2 9,4 -CH(CH 3 )OH Treonina Tre 2,1 9,1 -CH 2 -(C 6 H 5 )-OH Tirosina Tir 2,2 9,1 10,1 H N N N H N H 2 COOH R H CON AMINO -CH 2 -CO-CH 2 Asparagina Asp 2,0 8,8 -CH 2 -CH 2 -CO-NH 2 Glutamina Glu 2,2 9,1 -(CH 2 ) 4 -NH 2 Lisina Lis 2,2 9,2 10,8 -( CH 2 ) 3 NH-(C=NH)-NH 2 Arginina Arg 1,8 9,0 13,2 N H Triptofano Trp 2,4 9,4 H N Histidina His 1,8 9,2 6,1 CON MERCAPTO SULUROS -CH 2 -SH Cisteína Cis 1,9 10,3 8,4 -CH 2 -CH 2 -S-CH 3 Metionina Met 2,2 9,3 CON ÁCIDOS CARBOXÌLICOS -CH 2 -COOH Ácido asparágino Asp 2,0 10,0 3,9 -CH 2 -CH 2 -COOH Ácido glutamino Glu 2,1 10,0 4,3 *Al estado de Clorhidrato
PRECIO DE AMINOÁCIDOS EN USD POR 100 G *Al estado de Clorhidrato AMINOÁCIDO S R RACEMATO Glicina (F) 3.6 Alanina 21 235 6 Valina 15 215 9 Leucina 12 420 27.5 Isoleucina 52 4.150 22.5 Metionina 15 245 1.5 Prolina 40 4.250 345 Fenilalanina 22 280 20 Triptofano 47 290 30 Serina 66 830 29 Teronina 47 138 51 Cisteína 35 12.400* 550* Tirosina 10 700 40 Asparagina 23 110 45 Glutamina 13 1380 210 Ácido asparágino 10 100 5.5 Ácido glutamino (F) 5.5 325 42 Lisina 5.5* 690* 14* Arginina 12 3.900* 505* Histidina 23 305* 83*
I. Reacción de Hell-Volhard-Zelinsky. II. Alquilación de esteres amino malónicos N-Substituidos (Síntesis de Gabriel) III. Síntesis de Strecker. IV. Otros métodos Carl Magnus Von Hell: 1849-1926, Profesor U. de Stutgart Jacob Volhard: 1834-1910, Profesor U. de Halle Nicolai Zelinsky: 1861-1953, Profesor U. de Moscú.
El compuesto A puede formar distintos α-amonoácidos racémicos por reacción con R-X o compuestos carbonilicosα-β no saturados.
VARIANTE: Uso del Dietil-N-Etanoil-2-Amino Propandioato OBTENCIÓN.
Ejemplos: Adolf Strecker: 1822-1871,químico alemán Profesoor U. de Würzburg RX de HCN con aldehidos. Variantes: uso de una imina.
Heterociclos: Prolina. Esterificaciones: Metanol, etanol o alcohol bencílico. El éster se separa como clorhidrato por recristalización. Preparación de ésteres bencílicos: En presencia de ácido bencenosulfónico como catalizador. El aminoácido se regenera sin el uso de hidrólisis ácida sino por hidrogenólisis.
Preparación de amidas. En medio básico: N-benzoilación bajo condiciones de Schotten-Baumann Con anhídrido acético. Preparación de sulfonamidas Identificación de aminoácidos: Reacción de la Ninhidrina Se produce un color púrpura que absorbe a 570 nm en forma intensa. Sólo el nitrógeno del grupo amino está comprometido. La prolina no da reacción.
Péptido: 2AA Oligopéptido: AA < 10. Polipéptido : AA > 10. Proteína: AA > 100. Clasificación. Estructura Primaria. (básica) Secuencia de AA. Determina el tipo de estructura secundaria y terciaria.
Estructura Primaria. Ejemplo, Insulina: Hormona producida por el páncreas, formada por 51,5 AA, encargada de regular la cantidad de azúcar en la sangre. Fig. Modelo molecular de la Insulina. Estructura secundaria Fig. Colágeno, componente más abundante de piel y huesos. Fotografía tomada con Microscopio electrónico.
Estructura secundaria Fig. Colágeno, componente más abundante de piel y huesos. Fotografía tomada con Microscopio electrónico. Estructura terciaria. El plegamiento de las estructuras primarias y secundarias le confiere una forma tridimensional. Actúa como interruptor biológico mediante la transducción de señales.
Estructura cuaternaria. Hemoglobina: transporta oxígeno por la sangre desde los órganos respiratorios hasta los tejidos.
Proteína desnaturalizada: únicamente la estructura primaria. En muchos casos, la desnaturalización es reversible: RENATURALIZACIÓN. En algunos casos, la desnaturalización conduce a la pérdida total de la solubilidad, con lo que la proteína precipita. La formación de agregados fuertemente hidrofóbicos impide su renaturalización, y hacen que el proceso sea irreversible.
SEGUNDO PASO: DETERMINACIÒN DE LA CANTIDAD DE AMINOÁCIDOS CONSTITUYENTES Hidrólisis de los péptidos con una solución de HCl 6M/L a 110 ºC por 24 hrs.
Desde el grupo N-Terminal. Método de Sanger (1918, Profesor de la Universidad de Cambridge, Premio Nóbel 1958 y 1980). Substitución nucleofílica con 2,4-dinitrofluorobenceno. Separación en la hidrólisis del péptido e identificación.
U Método de Edmann (1916, Profesor de la Universidad de Lund, Suecia) Con feniltioisocianato C 6 H 5 N=C=S y formación de un derivado de la urea Hidrolisable en condiciones bastante más suaves
DESDE EL GRUPO C-TERMINAL Carboxipeptidasa (enzima) hidrolisa amidas C-terminales La enzima continúa hidrolisando Se pueden determinar unos 3 0 4 grupos C-terminales LAS PROTEINAS PUEDEN SER FRAGMENTADAS SELECTIVAMENTE. Proteínas o péptidos pueden ser fragmentados. Algunas enzimas fragmentadas selectivamente. Tripsina Quimotripsina Pepsina Lisina o Arginina Fenilalanina, Triptofano, Tirosina Fenilalanina, Triptofano, Tirosina, Leusina, Ác. Asparagino, Ác. Glutamino.
Reactivos específicos como BrCn: fragmenta una unión a una metionina. Los péptidos fragmentados se someten a cromatografía Se separan y se identifican por el método de Edman Los Bloques de péptidos se analizan en conjunto Posible estructura de la proteína en estudio no debe incluir repeticiones de secuencias. La obtención del péptido por calentamiento de dos aminoácidos no funciona: Se obtienen mezclas -H2O Gly+ Ala Gly-Gly+ Ala-Ala + Ala-Gly+ Gly-Ala + Gly-Gly-Ala +... Δ La policondensación de un aminoácido produce homopolímeros, o polipéptidos: Reacción a través de la formación de una 2,5 dicetopiperazina. La formación del dímero en una primera etapa es lenta, el que rápidamente se cicla para formar la diamida cíclica. Ataque de otro aminoácido libre o alguna cadena en formación: Apertura del anillo y crecimiento de la cadena.
Requisitos: 1. Fácil de incluir en el aminoácido 2. Formación de un enlace de tipo amídico 3. Dicho enlace debe ser más fácil de hidrolizar que el del nuevo enlace peptídico. PROTECCIÓN DEL GRUPO AMINO Grupo fenilmetoxicarbonilo grupo carbobenzoxi(cbz) Reacción de un aminoácido con clorometanoatode benciloo el ésterbencílico del ácido 1-clorofórmico en medio básico. Liberación por hidrogenólisis. Producción de un ácido carbamínicoel que se descompone liberando CO 2 y el amoninoácido.
1,1-dimetiletoxicarbonil o terbutóxicarbonil (Boc) Reacción entre el aminoácido y Bis(1,1,-dimetiletil) bicarbonato o Di-ter-butildicarbonato. Deprotección por tratamiento en medio ácido suave. Ácido clorhídrico o ácido trifluoroacético a temperatura ambiente.
Formación de ésteres metílicos, etílicos o bencílicos. La hidrólisis o deprotección se produce en medio básico. Ésteres bencílicos pueden ser sometidos a hidrogenólisis. FORMACIÓN DEL ENLACE PEPTÍDICO; ACTIVACIÓN DEL GRUPO CARBOXI Y SÍNTESIS DEL PÉPTIDO. El grupo carboxílico se activa con agentes especiales. Diciclohexilcarbodiimida (DCC). Agente deshidratante. Preparación de DCC: Tratamiento de dos equivalentes de ciclohexilamina en sulfuro de carbono en presencia de óxido de mercurio (HgO). Mecanismo de la reacción: adición-eliminación
Síntesis de Glicinalanina. Anclaje de aminoácidos a un resina poliestirénica. Se funcionaliza el polímero (hasta un 10%) mediante una reacción de substitución electrofílica aromática ocupando diclorometano como solvente.
Se asegura, además, que el polímero poliestirénico no reaccione con si mismo entre los centros activados. La liberación del péptido se produce por hidrólisis con Ácido Fluorhídrico. El péptido así sintetizado puede ser lavado y filtrado cada vez que un siguiente aminoácido es agregado, antes de hacer la hidrólisis final.