Kémia | Biokémia » Csapó János - Aminosavak, peptidek

Aminosavak, peptidek Aminosavak Neutrális aminosavak COOCOO- COO+ H3N + C H H3N C H alanin (Ala) valin (Val) COO- + H3N C H H3N C H COO- + CH2 H C CH3 CH CH2 leucin (Leu) CH CH3 CH3 COO- CH3 CH3 C H CH3 H glicin (Gly) + H3N + H2N CH2 C H CH2 CH2 CH3 izoleucin (Ile) prolin (Pro) COO+ H3N C + H H3N C H H C OH CH2 OH + H3N C H CH2 + H3N C SH cisztein (Cys) treonin (Thr) COO+ H3N C H CH2 H CH2 CH3 szerin (Ser) COO- COO- COO- COO+ H3N C H CH2 COO+ H3N C H CH2 C CH NH CH2 S OH CH3 metionin (Met) fenilalanin (Phe) tirozin (Tyr) triptofán (Trp) Savas aminosavak COO+ H 3N C H CH2 COO- aszparaginsav (Asp) COO+ H3N C H CH2 CH2 COO- glutaminsav (Glu) Bázisos aminosavak COOCOO+ H3N C H + H3N C H CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH CH2 + NH3 lizin (Lys) COO+ H3N C H CH2 C HC + C NH2 NH2 arginin (Arg) NH2CH2CH2CH2CHCOOH o r n it in NH 2 NH + NH CH hisztidin (His) Monoamidok

+ H 3N CO O C H + H 3N C H2 CH2 CH2 C H 2N C O OC H C O H 2N a s z p a r a g in ( A s n ) O g l u t am in ( G l n ) 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. 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. Az α-aminosavak fizikai tulajdonságai Magas olvadáspont, oldékonyság szerkezet. Savval is, lúggal is sót képeznek. sójellegű Glicin ikerionos szerkezetének változása a pH hatására H3N + CH2 CO O H k ation s av - H+ + H+ H 3N+ CH2 COO - i ke ri on k ettős je lle mű - H+ + H+ H 2N CH 2 CO O - ani on bázis A természetes aminosavak fontosabb fizikai adatai Aminosav Op (°C) [α] pI pKs1 Gly 292 – 6,06 2,34 L-Ala 297 +14,6° 6,00 2,34 L-Val 315 +28,3° 5,96 2,32 L-Leu 295 +16,4° 6,02 2,36 L-Ile 283 +41,0° 5,98 2,36 L-Thr 253 –15,2° 6,16 2,71 L-Cys 258 –23,2° 4,8 1,65 L-Met 283 +23,2° 5,74 2,28 L-Phe 283 –4,5° 5,48 1,83 L-Tyr 344 –10,0° 5,66 2,20 L-Trp 282 –34,1° 6,30 2,38 L-Pro 222

–60,4° 5,89 1,99 L-Asp 270 +25,4° 2,77 1,88(3,65) L-Glu 249 +32,0° 3,22 2,19(4,25) L-Lys 224 +26,0° 9,74 2,18 L-Arg 238 +27,6° 10,76 2,17 α-helyzetű –NH2-csoport báziserőssége = NH3 de! pKb = 3,47 Lys ε-NH2 Arg guanidino-csoportja pKb = 1,52 Az α-aminosavak sztereokémiája O C COOH H OH C H OH C H CH2OH CH 2OH L-glicerinaldehid L-glicerinsav C OOH H2N C H R L-aminosav Konfiguráció bizonyítás az optikai eltolódás alapján. CH 3 H C NH 2 COOH L -a lan in (+) C H3 H C N H Ac COOR a cil-L ( + )-a la n in é sz te r etil-észter: 26° metil-észter: 29° CH 3 H C N HA c C ON H2 ac il-L (+ ) -a la nin am id A változás az L(+) tejsavnál teljesen azonos Alanin (+) konfigurációja = L-tejsav konfigurációjával Az α-aminosavak L- és D- izomerjei COOH NH2 C CH3 COOH H H C NH2 CH3 Optikai izoméria, D- és L-alanin. (A középső vonal a tükörsíkot jelenti.) Egy akirális, aszimmetria centrummal nem

rendelkező, a.) és egy királis, aszimmetria centrummal rendelkező, b.) molekula a.) b.) Eredeti molekula Eredeti molekula A C X A X Akirális molekula: az eredeti molekulával fedésbe lehet hozni Y A B X C X C X Királis molekula: az eredeti molekulával nem lehet fedésbe hozni A B B X C B Y Racemizáció: L- vagy D-aminosavból DL aminosav Epimerizáció: Két aszimmetriacentrum közül csak az egyik szimmetriája változik meg. CH3 C2H5 *CH H *C NH2 COOH L-izoleucin L-izoleucin CH3 C2H5 *CH H2N *C H COOH D-allo-izoleucin D-allo-izoleucin Az aromás aminosavak UV-abszorpciója fenilalanin firozin triptofán 200−230 nm, és 250−290 nm-en abszorpciós maximum! Fehérje-meghatározás! Az aminosavak kémiai tulajdonságai A karboxilcsoport reakciói: Aminosav-észterek R C C O OH + C 2H5O H NH2 HCl R C C OO C 2H5 NH 2 α-aminosav-etilészter Aminosav dekarboxilezése lizin kadaverin ornitin putreszcin biogén aminok H CO O + H

3N C H2N H H CH2 CH2 CH2 C –CO2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 NH3 NH2 liz in (Lys ) ka dav er in + 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. O2N F + H2N CH COOH R 2,4-dinitro-fluor-benzol NO2 HF NO2 aminosav O2N NH CH COOH R 2,4-dinitro-fenil-aminosav Acilezés N-acil-aminosavak O R CH COOH + Cl C O CH2 C6H5 NH2 klór-hangyasav klór-hangyasav benzil-észter aminosav aminosav benzil-észter R CH COOH NH C O CH2 C6H5 O N-karbobenziloxiaminosav N-karbobenzoiloxi- aminosav H2 katalizátor R CH COOH + CO2 + C6H5 CH3 NH2 Formaldehiddel N-metilol származék és heterogyűrű R R CH COOH + 3 HCOH O NH2 aminosav H2C formaldehid CH N COOH CH2 O + H2O CH2 karbonsavszármazék Salétromossavval HOOC CH NH2 + HO nitrogénfejlődés NO R aminosav HOOC

CH OH + N2 + H2O R salétromossav Oxidálószerek hatására L- R CH COO– + H2O + E NH2 FMN hidroxisav dezaminálódás R C COO–+ NH3 + E FMNH2 O Kéntartalmú aminosavak reakciói Merkaptidok nehézfémekkel CH2 HC SH H+ NH2 + Ag+ CH2 HC COOH S Ag NH2 COOH cisztein-fém-merkaptid Tioéterek alkil-jodidokkal cisztein–SH + ICH2COO− = cisztein–S–CH2COO− + HI Diszulfidok oxidálószerekkel –2H R−SH + HS−R +2H R−S−S−R Diszulfidhidak kialakulása erélyes oxidációval CH2 S CH2 SH 2 HC NH2 COOH cisztein oxidálószer S CH2 HC NH2 HC NH2 COOH COOH cisztin perhangyasav CH2 SO3H 2 HC NH2 COOH cisztein-szulfonsav Hidroxi-aminosavak reakciói: C H 2 OH CH NH2 CH3 120 o C Ba(O H)2 vagy 6 M H C l CH NH2 C OOH CO O H szerin alanin Az aminosavak színreakciói: Ninhidrinnel kékes-ibolya színű vegyület, de ! prolin sárga O R OH 2 OH O ninhidrin O C + C O2 H + H2N CH COOH R aminosav O O N 3 H2O O O

színes termék Reakció naftokinon-szulfonsavval vörös színű vegyület (Folin-féle meghatározás) Reakció réz(II)-vegyületekkel komplex COO OOC Cu R CH NH2 mélykék színű CH R NH2 Az aminosavak közötti fontosabb reakciók Peptidkötés H2N , R R CH COOH + H 2N CH R -H2O COOH H 2N CH R CO NH CH COOH dipeptid R + H2N CH C OOH -H2O R H2N R CH CO NH CH CO R NH CH COOH tripeptid R + H2N CH COOH -H 2O R H2N CH CO R NH R R CH CO NH CH CO NH CH COOH tetrapeptid H2N−CH2−CO−NH−CH2−COOH glicil-glicin A legegyszerűbb dipeptid A peptidszintézis lépései: ¾ védett aminosav-származékok előállítása, ¾ a peptidkötés kiépítése (kapcsolás), ¾ a védőcsoportok eltávolítása. 1. Az aminocsoport védése pl. klórhangyasav benzilészterrel, vagy tercierbutil-oxi-karbonil-aziddal O (CH3)3 CH2 O CON3+ H2N CH COOH R tercier-butiloxi-karbonil-azid aminosav - N3H (CH3)3 CH2 O C NH CH COOH R BOC-aminosav

2. A karboxilcsoport védése pl. aminosav-tercier-butilészter formában CH3 H2N CH COOH + CH CH2 R CH3 aminosav izo-butilén H CH3 H2N CH COO C CH3 R CH3 aminosav-terc-butilészter 2.1 Aktiválás karbonsav-kloriddal Z N H C H C O C l + H 2N C H C O O R 3 R2 R1 - HCl N-karbo-benziloxi-aminosav-klorid Z NH C H C O H N CH CO OR 3 R2 R1 N-karbo-benziloxi-dipeptid-észter 2.2 Aktív észteres kapcsolás O Cl Z N H CH C O R1 Cl Cl C l + H2N C H C OO C2H 5 Cl N-karbobenziloxi-aminosav-pentaklór-fenilészter R2 aminosav-etilészter Cl O Z NH CH C N H CH COO C2H5 + HO R2 R1 Cl N-karbobenziloxi-dipeptid-etilészter Cl Cl Cl pentaklór-fenol 3. Benzilészter katalitikus hidrogénezéssel Tercier-butil-oxi-karbonilcsoport savas hidrolízissel Aktív-észter hidrolízissel Diketopiperazin-kötés R H2N COOH R CH COOH CH NH2 -2H2O HN CH CO 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. Ionos kötés Az amino- és karboxilcsoportok közti protonvándorlás révén. Hidrogénhíd-kapcsolat R1 R2 R3 C O C H N H C O C H N H CO C H N H C O N H C H C O NH C H C O N H C H C O N H R4 R5 R6 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). Az aminosavak racemizációja: Az α-helyzetű szénatom hidrogénjének leszakadása planáris karbanion szerkezet kialakulása rekombinálódás racém keverék kialakulásával. A racemizáció függ: ¾ ¾ 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). Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (% D-aminosav=[D/(D+L)]·100) Kezelt élelmiszer (Kezeletlen, Ref.) Asp Ala Aminosavak 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 (Szójaliszt, Bunjapamai és mtsai., 1982) 7,6 4,4 2,2 2,5 2,4 2,8 2,7 1,47 0,8 1,0 – – Szójafehérje 27,7 (Kezeletlen, Friedman 0,5 és Liardon, 1982) 3 óra, 65 °C, 0,1 M NaOH 9,9 0,2 19,7 0,5 3,1 0,2 1,0 0,03 18,2 0,3 Zein 40,2 (Kezeletlen, Jenkins 3,4 és mtsai., 1984) 4 óra, 85 °C, 0,2 M NaOH 17,6 0,7 31,3 2,2 5,0 0,7 2,9 0,4 19,5 0,9 Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (%

D-aminosav=[D/(D+L)]·100) Kezelt élelmiszer (Kezeletlen, Ref.) Asp Hamburger 5,5 (Nyers marhahús, 6,2 Bunjapamai és mtsai., 1982) Aminosavak Ala Phe Leu Val Met 2,8 3,2 3,2 3,1 1,5 1,6 2,9 2,4 2,7 2,8 Hamburger: mindkét oldalán 4 percig sütve, a felületi hőmérséklet 250 °C, csak a felszín analizálva. Csirkeizom 22,4 (Nyers csirke, 2,9 Liardon és Hurrel, 1983) Hőkezelve 121 °C-on, 4 órán át. 0,5 0 0,4 0 0,1 0 0 0 0 0 Szalonna 180 °C (Hőkezeletlen, Fuse és mtsai., 1984) 20 perc sütés. 2,4 – 3,1 1,8 3,1 3,3 1,6 0,7 – – 12,0 1,5 – – 7,0 – 4,4 – – – 10,7 2,4 Kazein 230 °C 31,0 (Hőkezeletlen, 3,1 Hayase és mtsai., 1973, 1975) 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 Daminosavak a fehérjékben. A lizinoalanin szinte mindenütt jelen van az élelmi anyagokban. 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. 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: ¾ felszabadulnak-e az L-D, D-L és D-D kötésekből, ¾ 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. Toxikusak-e a D-aminosavak? A különböző D- és L-aminosavak ugyanolyan akut toxicitással rendelkeznek, melyet LD50 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. 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. 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 Glutation A sejt redoxfolyamataiban vesz részt. COOH HC NH2 HC CH2 C O C CH2 S H O Cys NH CH2 Gly COOH redukált glutation CH2 CH2 Glu NH HC HC NH2 CH2 NH2 CH2 CH2 2 COOH COOH –2 H C +2 H NH HC C C O O NH CH2 O S S CH2 HC C O NH NH CH2 CH2 COOH COOH oxidált glutation Karnozin Emlősök harántcsíkos izmaiban H2N CH2 CH2 CO NH CH COOH CH2 N NH Oxitocin A simaizom-sejteket húzza össze Ile Ty r Cys S Phe Tyr Cys S Gln

As n C ys S Gln Asn Cys S oxitocin Pro vazopresszin Arg Leu Gly Arg Pro Pro Gly NH2 Pro Gly Phe Ser bradikinin Vazopresszin Vérnyomás-szabályozó Pro Phe NH2 Arg Kortikotropin vagy adrenokortikotrop hormon vagy ACTH A mellékvesekéreg hormontermelését szabályozza. H-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-ProVal-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-TyrPro.25−39 Inzulin (hasnyálmirigy, vércukorszint szabályozás) S A-lánc B-lánc 1 6 7 S S 7 S 11 20 21 S 19 S 30 Bradikinin Vérnyomás szabályozása. További peptidhormonok: növekedésihormon-reguláló faktor, parathormon, kalcitonin, lipotrop hormon, prolaktin, luteinizáló, follikulusstimuláló, tireoideastimuláló, glukagon. 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. A peptidek semleges vagy keserű ízűek Peptid Keserű ízintenzitás mM/dm3 Gly-Leu 19−23 Gly-D-Leu 20−23 Gly-Phe 15−17 Gly-D-Phe 15−17 Leu-Leu 4−5 Leu-D-Leu 5−6 D-Leu-D-Leu 5−6 Ala-Leu 18−22 Leu-Ala 18−21 Gly-Leu 19−23 Leu-Gly 18−21 Ala-Val 60−80 Val-Ala 65−75 Phe-Gly 16−18 Gly-Phe 15−17 Phe-Gly-Phe-Gly 1,0−1,5 Phe-Gly-Gly-Phe 1,0−1,5 Fehérjebomlás peptidek keserű íz. pl.: sajtoknál De! Aszparaginsav dipeptidjei édesek. H O O C C H 2 C H C O N H C H C OO C H 3 NH2 C H2 L-aszparagil-L-fenilalanin-metilészter (aszpartám) Csak az L−L-származék édes. A D−D, L−D, D−L izomerek nem édesek. Édesítőképesség: 150−200 szorosa a répacukornak