Universidad de ChileUniversidad de ChileDepartamento de Química orgánica y Fisicoquímica.Departamento de Química orgánica y Fisicoquímica.Química Orgánica.Química Orgánica.

Prof. Eduardo Arturo Soto BustamanteProf. 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.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.

NH2

HR

COOH

C2; Cα

S

NH2 H

R

COOH

NH2 H

R

COOH

OH H

CH2OH

COOH

PROYECCIONES DE FISCHER

Existen AA esenciales (son 20) y no esenciales

Tipos de estructuras : Definición del grupo R.

Grupos alifáticos.� Grupos alifáticos.

� Grupos conteniendo hidroxilos.

� Grupos conteniendo amina.

� Grupos conteniendo Mercapto sulfuros

� Grupos conteniendo ácidos carboxílicos

NH2 H

R

COOH

R AMINOÁCIDO Código pKa (-COOH) pKa (-NH2) pKa (otro)

-H Glicina Gli 2,4 9,8

CON GRUPOS ALIFATICOS

-CH3 Alanina Ala 2,4 9,9

-CH(CH3)2 Valina Val 2,3 9,7

-CH2CH(CH3)2 Leucina Leu 2,3 9,7

-CH(CH3)CH2-CH3 Isoleucina Iso 2,3 9,7

-CH2-(C6H5) Fenilalanina Fen 2,6 9,2

*Prolina Pro 2,0 10,6

CON HIDROXILOS

-CH2OH Serina Ser 2,2 9,4

-CH(CH3)OH Treonina Tre 2,1 9,1

-CH2-(C6H5)-OH Tirosina Tir 2,2 9,1 10,1

NH+

O

O

NH2 H

R

COOHNH

NH

NNHNH

CON AMINO

-CH2-CO-CH2 Asparagina Asp 2,0 8,8

-CH2-CH2-CO-NH2 Glutamina Glu 2,2 9,1

-(CH2)4-NH2 Lisina Lis 2,2 9,2 10,8

-( CH2)3NH-(C=NH)-NH2 Arginina Arg 1,8 9,0 13,2

Triptofano Trp 2,4 9,4

NH

NH

N

NH

NH

Triptofano Trp 2,4 9,4

Histidina His 1,8 9,2 6,1

CON MERCAPTO SULUROS

-CH2-SH Cisteína Cis 1,9 10,3 8,4

-CH2-CH2-S-CH3 Metionina Met 2,2 9,3

CON ÁCIDOS CARBOXÌLICOS

-CH2-COOH Ácido asparágino Asp 2,0 10,0 3,9

-CH2-CH2-COOH Ácido glutamino Glu 2,1 10,0 4,3

*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

PRECIO DE AMINOÁCIDOS EN USD POR 100 G*Al estado de Clorhidrato

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 malónicosN-Substituidos (Síntesis de Gabriel) 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 � Jacob Volhard: 1834-1910, Profesor U. de Halle

� Nicolai Zelinsky: 1861-1953, Profesor U. de Moscú.

El compuesto A A puede formar distintos αα--amonoácidosamonoácidosracémicos por reacción con RR--X X o compuestos carbonilicoscarbonilicos αα--ββ no saturados.

VARIANTE: Uso del Dietil-N-Etanoil-2-Amino Propandioato

OBTENCIÓN.

�� Ejemplos: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.

El aminoácido se regenera sin el uso de hidrólisis ácida sino por hidrogenólisis.

Preparación de ésteres bencílicos:

En presencia de ácido bencenosulfónico como catalizador.

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 NinhidrinaSe 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.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 terciariaEstructura 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.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). Premio Nóbel 1958 y 1980).

� Substitución nucleofílica con 2,4-dinitrofluorobenceno.

� Separación en la hidrólisis del péptido e identificación.

Método de Método de EdmannEdmann (1916, Profesor de la (1916, Profesor de la U Universidad de U Universidad de LundLund, Suecia) , Suecia)

� Con feniltioisocianato C6H5N=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 Lisina o ArgininaQuimotripsina Fenilalanina, Triptofano, Tirosina Pepsina 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. 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 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 fenilmetoxicarbonil o grupo carbobenzoxi (cbz)

Reacción de un aminoácido con clorometanoato de bencilo o el éster bencílico del

ácido 1-clorofórmico en medio básico.

Liberación por hidrogenólisis.

Producción de un ácido carbamínico el que se descompone liberando CO2 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 ensulfuro 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.