Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Naturalne związki organiczne Aleksander Kołodziejczyk Gdańsk 2013.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Naturalne związki organiczne Aleksander Kołodziejczyk Gdańsk 2013."— Zapis prezentacji:

1 1 Naturalne związki organiczne Aleksander Kołodziejczyk Gdańsk 2013

2 2 Program wykładów z Chemii Naturalnych związków Organicznych 30 godz. dla studentów kierunku Biotechnologia Treść 1. Aminokwasy6. Alkaloidy 2. Peptydy7. Sterydy i steroidy 3. Białka8. Hormony, w tym h. płciowe i kortykosterydy 4. Sacharydy9. Terpeny i terpenoidy 5. Lipidy10. Związki semiochemiczne, w tym feromony Zaliczenie wykładów: na podstawie sprawdzianu pisemnego lub pisemnego i ustnego ustnego materiału podanego na wykładach.

3 3 P.D. Bailey, ''An Introduction to Peptide Chemistry'', Wiley, Chichester, G.C. Barrett, ed., ''Chemistry and Biochemistry of Amino Acids'', Chapman and Hall Ltd, NY, G.C. Barrett and D.T. Elmore, ''Amino Acids and Peptides'', Cambrodge Universty Press, A.J. Barrett, N.D. Rawlings, J.Fred Woessner, ''Handbook of Proteolytic Enzymes CD-ROOM, Academic Press, S.V. Bhat. B.A. Nagasampagi, M. Sivakumar, Chemistry of Natural Products, Springer, Narosa, Berlin, Heidelbrg, New York, New Delhi, M.S. Blum ed., ''Chemistry and Toxicology of Diverse Classes of ALKALOIDS'', Scientific Publisher Alaken, M. Bodanszki, ''Peptide Chemistry'', Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, London, Paris, Tokyo, M. Bodanszky, ''Principles of Peptide Synthesis'', Second Edition, Springer-Verlag, Heidelberg, C. Branden and J. Tooze, ''Introduction to Protein Structure'', Garland Publishing Inc., New York, P.M. Collins, R.J. Ferrier, ''Monosacharides, Their Chemistry and Their Roles in Natural Products'', J. Wiley & Sons, Chichester, N. York, Brisbane, Toronto, Singapore, G. M. Coppola and H.F. Schuster, ""Asymmetric Synthesis: Construction of Chiral Molecules using Amino Acids'', Wiley, New York, A. Cziczibabin, ''Podstawy Chemii Organicznej'', PWN, Warszawa, R. Davenport-Hines, Odurzeni, Historia Narkotyków , WAB, Warszawa, J. Davies, ed., ''Amino Acids and Peptides'', Chapman and Hall Ltd, NY, R. H. Garrett, C. M. Grisham, ''Biochemistry'', Saunders College Publishing, J.P. Greenstein, M. Winitz, ''Chemistry of the Amino Acids'', J. Wiley, NY-London, B. Gutte. ''Peptides'', Academic Press, Z. Gyorgydeak, I. Pelyvas, ''Monosaccharide Sugars'', Academic Press, H. Jakubke i H. Jeschkeit, ''Aminokwasy, Peptydy, Białka'', PWN, Warszawa, J.H. Jones, ''The Chemical Synthesis of Peptides, Clarendon Press, Oxford, Literatura uzupełniająca

4 4 P. Illes, C. Farsang, Regulatory Roles of Opiod Peptides, VCH, Weinheim, N. York, P. Kafarski i B. Lejczak, Chemia Bioorganiczna, PWN, Warszawa, A. M. Kołodziejczyk, Oils in the environment, Proc. 4th International Conference, Gdansk 2005, p A.M. Kołodziejczyk, Przemysłowa produkcja aminokwasów, Przemysł chemiczny, 84, (2005). 1. A.M. Kołodziejczyk, A. S. Kołodziejczyk, Muramylopeptydy i ich farmakologiczne własności, Postępy Biochemii, 33, (1987). E. Pawełczyk, red. ''Chemia Leków'', PZWL, Warszawa, G. Patrick, Chemia Leków, Krótkie wykłady, PWN, Warszawa, W. Pigman, D. Horton, ed., ''The Carbohydrates, Chemistry/Biochemistry'', Academic Press, N.Y. and London 1970E. Pijanowski, M. Dłużewski, A. Dłużewska. A. Jarczyk, ''Ogólna technologia żywności'', W N-T, Warszawa, C. Ratledge, B. Kristiansen, ed., ''Basic Biotechnology'', Cambridge Univesity Press G. Reineccius, Flavor Chemistry and Technology, Taylor&Francis, Boca Raton, London, N. York M.J. Sadler, J.J. Strain, B. Caballero, ed., ''Encyclopedia of Human Nutrition'', 3-Volume set with Online version, Academic Press, N. Sewald, H. Jakubke, Peptides: Chemistry and Biology, Wiley-VCH, Weinheim, I. Z. Siemion, ''Biostereochemia'', PWN, Warszawa, Z.E. Sikorski, red., praca zbiorowa Chemia żywności. Skład, przemiany i własności żywności'', W N-T, Warszawa, W. Steglich, B. Fugmann i S. Lang-Fugmann ed., ''Natural Products Rompp Encyklopedia'', Georg Thieme Verlag, Stuttgard, New York, L. Stryer, ''Biochemia'', PWN, Warszawa, F. Świderski, red., ''Żywność wygodna i żywność funkcjonalna'', W N-T, Warszawa, E. Theimer, ''Fragrance Chemistry: The Science of the Sense of Smell'', Academic Press, A.J. Turner, Neuropeptides and their Peptidases, VCH, Ellis Horwood, Wienheim, N. York, Chichester, 1987.

5 5 D.E. Vance, J.E. Vance, ''Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and membranes'', Elsevier, B. Weinstein, ''Chemistry and Biochemistry of Amino Acids, Peptides and Proteines'', Marcel Dekker Inc. NY R. M. Williams, ''Synthesis of Optically Active -Amino Acids'', Pergamon Press, Oxford, A. Wisniewski, J. Madaj, Podstawy chemii cukrów, AGRA-ENVIRO lab, Poznań-Gdańsk, X. Liang, W. Fang, Medicinal Chemistry of Bioactive Natural Products, J. Wiley & Sons, New Jersey, A. Zejca, M. Gorczyca, ed., ''Chemia Leków'', PZWL, Warszawa S. Zito, ed., ''Pharmaceutic Biotechnology'', Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster-Basel, ''Żywność wygodna i żywność funkcjonalna'', praca zbiorowa pod redakcją F. Świderskiego, W N-T, Warszawa, A. Kołodziejczyk, Naturalne Związki Organiczne, PWN, Warszawa 2012, poprawione wznowienie drugiego wydania. A. Kołodziejczyk, Naturalne Związki Organiczne, PWN, Warszawa 2013, wydanie 3, rozszerzone i poprawione, przewidywana data wydania październik 2013

6 6 1. A M I N O K W A S Y Aleksander Kołodziejczyk Gdańsk 2013

7 7 -aminokwas A M I N O K W A S Y białkowe (L) niebiałkowe (D lub L) pierwszorzędowe (kodowane) drugorzędowe trzeciorzędowe

8 8 Aminokwasy kodowane alifatyczne Wzórnazwa kod 3-literowykod 1-literowy pH i glicyna GlyG5,97 alanina AlaA6,02 walina ValV5,97 leucyna LeuL5,98 izoleucyna IleI6,02 prolina ProP6,10

9 9 Hydroksyaminokwasy seryna Ser S5,68 treonina Thr T6,53 hydroksyprolina Hyp -5,71

10 10 Aminokwasy siarkowe cysteina Cys C5,02 metiona Met M5,75 cystyna Cys -

11 11 Aminokwasy aromatyczne fenyloalanina Phe F 5,98 tyrozynaTyrY 5,65 tryptofanTrp W5,88

12 12 Aminokwasy kwaśne i ich amidy kwas asparaginowy AspD2,87 asparagina AsnN5,41 glutaminaGlnQ5,65 kwas glutaminowy GluE3,22

13 13 lizyna LysK9,74 arginina ArgR10,08 hydroksy- lizyna Hly- histydynaHis H7,64 Aminokwasy zasadowe

14 14 Aminokwasy białkowe drugorzędowe powstają w wyniku postrybosomalnej modyfikacji głównie w reakcjach: N-alkilowania, C-hydroksylowania i C-halogenowania

15 15 Aminokwasy b. trzeciorzędowe powstają w procesach postryboso- malnych, w reakcjach pomiędzy grupami funkcyjnymi różnych AA Utlenienie Cys do (Cys) 2

16 16 Insulina

17 17 Reakcje funkcji bocznych aminokwasów

18 18 Aminokwasy niezbędne (egzogenne) Aminokwasdawka [g]aminokwasdawka [g] Arg1,8Met1,1 His0,9Phe1,1 Ile0,7Thr0,5 Leu1,1Trp0,25 Lys0,8Val0,8 Dzienne zapotrze- bowanie dla ludzi Nomenklatura L -alanina, D -walina, DL -leucyna Symbole trójliterowe i jednoliterowe aminokwasów białkowych oznaczają konfigurację L, np. Phe i F oznaczają L -fenyloalaninę, a Tyr i Y – L -tyrozynę Inną konfigurację należy zaznaczyć przed symbolem, np. D -Phe, DL -Tyr, D -P

19 19 Zamiast symbolu DL - można stosować przedrostek rac- co oznacza mieszaninę racemiczną, np. Niektórzy autorzy konfigura- cję D przedstawią symbolami pisanymi z małej litery, np. Konfigurację nieznaną oznacza się litery (czytaj ksi) rac-Asn ala, oznacza D -Ala -Ser v oznacza D -Val Konfiguracja aminokwasów Wszystkie aminokwasy białkowe (oprócz Gly) są chiralne i mają konfigurację L na C. lustro Projekcja Fischera

20 20 Chiralne AA białkowe, oprócz Cys mają na C konfigurację absolutną S Projekcja Newmana Dwa aminokwasy kodowane: Ile i Thr mają dwa centra chiralne

21 21 W cząsteczce aminokwasu grupy aminowa – NH 2 i kwasowa – COOH reagują z sobą tworząc sól wewnetrzną, tzw. jon obojnaczy, inaczej zwitterion Właściwości kwasowo-zasadowe Dysocjacja aminokwasów w roztworze wodnym:

22 22 Stałe dysocjacji: Krzywa miareczkowania glicyny

23 23 Stałe dysocjacji pK a niektórych aminokwasów kodowanych Stałe dysocjacji pK a niektórych aminokwasów kodowanych AminokwaspK 1 pK 2 pK 3 pH i Gly 2,39,6-5,97 Ala 2,39,7-6,01 Ser 2,29,2-5,68 Cys 1,78,310,85,02 Lys 2,29,110,59,82 Arg 2,29,012,810,76 Asp 1,93,79,62,77 Glu 2,24,310,03,24 Stałe dysocjacji pK a niektórych aminokwasów kodowanych

24 24 Stałe dysocjacji dla Asp Stałe dysocjacji dla Lys

25 25 Rozpuszczalność Jonowa budowa AA decyduje o ich rozpuszczalności – są polarne i większość AA kodowanych rozpuszcza się w wodzie. Są i trudno rozpuszczalne w wodzie: Najłatwiej w wodzie rozpuszczają się: Hyp – 36 g/100 cm 3 i Gly – 25 g/cm 3. Wszystkie AA kodowane rozpuszczają się w AcOH i NH 3. aq. Jedynie Pro jest rozpuszczalna w EtOH. Temperatura topnienia. Jonowa budowa AA wpływa na ich wysoką temp.top., zwykle przekracza ona 200 o C, a czasami nawet 300 o C. Niewielka zawartość wody znacznie obniża t.t AA. Zapach. Większość AA kodowanych jest bez zapachu. Cys i Met wydzielają nieprzyjemną woń siarkowodorowo-merkaptanową. Glu ma przyjemny, pobudzający apetyt zapach rosołu (hydrolizatu białkowego). Monoglutaminian sodu stosowany jest jako polepszacz smaku.

26 26 Smak. Większość AA białkowych ma słodki (Gly, Ala, Ser, Thr) lub gorzki smak (Tyr, Leu i Ile). Niektóre AA są bez wyraźnego smaku (Lys, Trp, Asp, Asn i Cys). Zmiana konfiguracji z L na D zwykle zmienia smak AA, np. część gorzkich staje się słodkimi, zaś smak AA słodkich zostaje wzmocniony. O smaku wielu produktów, w tym serów, przyprawy sojowej i magii oraz ryb decyduje obecność wolnych AA. Kwas L -glutaminowy (Glu) ma smak obojętny, ale szczególnie jego sól monosodowa – MGN, wpływa na smak wielu potraw. Zdolność do polepszania smaku została określona jako umami; jest to piąty podstawowy smak obok słodkiego, kwaśnego, gorzkiego i słonego. Efekt umami przypomina działanie soli – niektóre potrawy niesłone są niesmaczne, ale bardzo zyskują na smaku po dodaniu niewielkiej ilości soli kuchennej, przy czym nie wyczuwa się smaku słonego. Większa ilość soli psuje smak – potrawy stają się za bardzo słone.

27 27 MGN dodaje się w ilości 0,2-0,8%. W naturalnych potrawach białko- wych jego stężenie dochodzi do 0,1%. Są potrawy zawierające więcej MGN, np przetwory pomidorowe (0,25%) czy sery (do 0,6%). Spożywanie nadmiernych ilości MNG (ponad 5g dziennie jest szkodliwe). monoglutaminian sodu – MGN Właściwości toksyczne AA. Nadmiar Leu, przy równoczesnym niedoborze Trp sprzyja pelagrze (rumieniowi lombardzkiemu). Schorzenie to jest rozpowszechnione wśród ludzi, których głównym pożywieniem jest sorgo. Sorgo – zboże, 5 miejsce pod względem światowej produkcji, uprawianie głównie w Afryce i Azji. Pelagra często dokucza niedożywionym więźniom i jeńcom przetrzymywanym w obozach koncentracyjnych.

28 28 Karmienie zwierząt doświadczalnych dietą niskobiałką z nadmiarem Tyr daje objawy neurotoksyczne, powoduje ubytek wagi, marskość wątroby i wysoką śmiertelność. Nadmiar Phe daje podobne objawy podobne do fenyloketonurii Nadmiar Trp wywołuje u zwierząt doświadczalnych depresję, nawet przy diecie wysokobiałkowej. Nadmiar Cys i Met powodują nekrozę wątroby i nerek Szkodliwy jest nadmiar AA hydrofobowych. Natomiast wiele AA hydrofilowych (Asp, Arg, Glu, Orn i Lys) jest stosowane jako leki i nawet w dużych dawkach nie wykazują szkodliwego działania.

29 29 Naturalne aminokwasy niebiałkowe

30 30

31 31

32 32 Zastosowanie aminokwasów do wzbogacania wartości odżywczej pokarmów i pasz jako substancje smakowe do karmienia pozajelitowego do produkcji aspartamu leki w syntezie peptydów Substraty chiralne substraty w syntezie chemicznej

33 33 LpAminokwas Wielkość produkcji [t] Główna metoda produkcji Główne zastosowanie 1.Glu fermentacjapolepszacz smaku 2.Lys fermentacjadodatek paszowy 3.D,L-Met synteza chemicznadodatek paszowy 4.Thr fermentacjadodatek paszowy 5.Asp kataliza enzymatycznasubstrat aspartamu 6.Phe fermentacjasubstrat aspartamu 7.Gly synteza chemicznadodatek do potraw, słodzik 8.Cys 3 000redukcja cystyny dodatek do potraw, w farmacji 9.Arg 1 000fermentacjaw farmacji 10.Leu 500fermentacjaw farmacji 11.Ser 400kataliza enzymatycznasubstrat Trp, w farmacji 12.Val 500fermentacjapestycydy, w farmacji 13.Trp 300inżynieria genetycznaw farmacji 14.Ile 300fermentacjaw farmacji Produkcja najpopularniejszych aminokwsów

34 34 Przemysłowe otrzymywanie aminokwasów

35 35 metionina

36 36 Chemiczna synteza aminokwasów Aminowanie halogenokwasów Synteza Gabriela

37 37 Synteza z estru aminomalonowego Synteza Streckera Reakcja Michaela

38 38 Alkilowanie glicyny, np. kondensacja Perkina Alkilowanie zasady Schiffa – aminoacetonitrylu

39 39 Alkilowanie hydantoiny glicyny

40 40 Redukcyjne aminowanie -ketokwasów Syntezy specyficzne

41 41 Synteza aminokwasów znaczonych radioizotopami Synteza prebiotyczna

42 42 Aminokwasy chiralnie czyste Otrzymywanie: z hydrolizatów białkowych, z innych źródeł naturalnych, poprzez rozdzielanie AA racemicznych, poprzez syntezę chiralną. Oznaczanie czystości chiralnej: polarymetrycznie, za pomocą NMR, chromatograficznie, enzymatycznie lub mikrobiologicznie. Sposoby przedstawiania czystości chiralnej czystość optyczna – o.p. – (ang. optical purity) nadmiar enenacjomeryczny – e.e. – (ang. enanctiomeric excess) Jeżeli o.p. = 95%, to e.e. = 90% zawartość jednego enancjomeru względem drugiego zawartość enancjomeru w mieszaninie racemicznej

43 43 PRZYKŁADY SYNTEZ CHIRALNYCH AMINOKWASÓW 1. Syntezy Kagana i Coreya Y = 100%, e.e. = 98% (S)- -asparaginian metylu 2. Uwodornienie, -nienasyconych AA zawierających chiralny podstawnik

44 44 3. Redukcja wobec chiralnych katalizatorów Rozpuszczalne katalizatory rodowe, zawierające chiralne ligandy umożliwiają otrzymywanie związków chiralnych z dużą wydajnością chiralną. Kat.: Rh 2 LCl L: Ac-Phe-OMe; R: a = H; b = CH 3 katalizatorsubstratrozpuszczalnikY %e.e. (R) Rh 2 LClbbenzen879 Rh 2 LClbmetanol8966 Rh 2 LClametanol9980 [RhL 2 ] + BF - bbenzen9083 [RhL 2 ] + BF - bmetanol9167 [RhL 2 ] + BF - Ametanol9082 [RhL 2 ] + BF - bmetanol10086

45 45 Osadzenie katalizatora na stałym nośniku ułatwia jego regenerację wyd. chem 100% RS/SS 99,2/0,8 Do indukowania chiralnego centrum można wykorzystać związki naturalne.

46 46 5. Redukcja borowodorem zawierającym chiralne grupy

47 47 6. Metody mikrobiologiczne i enzymatyczne Najczęściej wykorzystywanym surowcem w produkcji AK jest glukoza.

48 48 Rozdzielanie racemicznych aminokwasów - krystalizacja soli enancjomerycznych - rodzielanie pochodnych diastereoizomerycznych - krystalizacja spontaniczna - metody enzymatyczne - metody chromatograficzne Sole diastereoizomeryczne diastereomeryczne sole

49 49 Diastereoizomeryczne sole rozdziela się najczęściej poprzez krystalizację chiralne zasady: fenyloetyloamina, nitrofenyloetyloamina, naftylofenyloamina, brucyna, efedryna chiralne kwasy: kw. dibenzylowinowy, kw. D -kamforosulfonowy Pochodne diastereoizomeryczne Aminokwasy mogą tworzyć pochodne z chiralnymi: - alkoholami estry - aminami amidy - chlorkami kwasowymi N-acyloaminokwasy - aminokwasami peptydy Diastereoizomeryczne pochodne AA można rozdzielać za pomocą krystalizacji, chromatografii lub elektroforezy.

50 50 Do przekształcania DL -AK w estry można użyć np. mentolu Peptydy też mogą służyć do rozdzielania stereoizomerów. Metody chromatograficzne A.Stacjonarne fazy chiralne B.Chiralne fazy ruchome Krystalizacja spontaniczna

51 51 Metody enzymatyczne synteza chiralna anilid AK Hydroliza enzymatyczna Za pomocą proteaz można hydrolizować wiązania estrowe na centrum L.

52 52 Utlenienie enzymatyczne i dekarboksylacja Chromatografia cienkowarstwowa i bibułowa

53 53 Chromatografia cieczowa Analizator aminokwasowy

54 54 Pierwsze próby rozdzielania enancjomerów AA

55 55 Rozdzielenie enancjomerów mieszaniny aminokwasów

56 56 Chromatogram rozdzielonych enancjomerów wszystkich AA kodowanych 1 – Asp, 2 – asp 3 – Glu, 4 – Asn, 5 – glu, 6 – Ser, 7 – asn, 8 – ser, 9 – Gln, 10 - gln 11 – Thr, 12- Gly, 13 – thr, 14 – His, 15 – his, 16 – Ala, 17 – Arg, 18 – ala, 19 – arg, 20 – Tyr, 21 – tyr, 22 – Val, 23 – Met, 24 – Trp, 25 – met, 26 – val, 27 – Phe, 28 – Ile, 29 – trp, 30 – phe, 31 – Leu, 32 – leu, 32 – ile, 33 – leu, 34 – Lys, 35 - lys

57 57 HPLC Śladowe ilości Z- D -Phe- L -Phe-OMe w Z- L -Phe- L -Phe-OMe Elektroforeza skręcalność właściwa skręcalność molowa

58 58 Czystość chiralna aminokwasów komercyjnych Aminokwas lub jego pochodna Zawartość drugiego enancjomeru [%] Aminokwas lub jego pochodna Zawartość drugiego enancjomeru [%] Ala 0,03Leu 0,02 D- Ala 0,07 D- Leu 1,0 Boc -D- Ala 0,03Boc -D- Leu 0,1 Asp 0,02Met 0,02 D- Asp 0,2 D- Met 0,2 Glu 0,03Boc -D- Met 0,03 D- Glu 1,1Ser a 1,2 Boc- D- Glu 0,03Ser b 1,9 His 0,01Ser(Bzl) 0,1 D-His 0,04Ser 0,06

59 59 Skręcalność właściwa i molowa niektórych AA (t = 25oC, c = 1-2) aminokwas [ ] D w HOH[ ] D w HCl[ ] D w AcOH [M] D w HOH Ala 1, ,6 Arg Asn -5, ,4 Cys -16 6, (Cys) w HCl Phe ,5 -7,5 -57 Ser -7, ,9 Tyr ,9 - Val 5, ,6

60 60 Jon masowy [M + 1] + Phe i jony fragmentacyjne Jon masowy [M + 1] + Tyr i jony fragmentacyjne

61 61 Strategies for the Synthesis of Labeled Peptides Lisa Bibbs, a Nicholas P. Ambulos, b Steven A. Kates, c Ashok Khatri, d Katalin F. Medzihradszky, e George Ösapay, f and Susan T. Weintraub g FIGURE 3. Tandem mass spectrum obtained by collision-induced dissociation of [M+2H] 2+ (m/z 587.5) for the test peptide. The fragmentation pattern confirms the expected sequence.

62 62


Pobierz ppt "1 Naturalne związki organiczne Aleksander Kołodziejczyk Gdańsk 2013."

Podobne prezentacje


Reklamy Google