Wykład Monograficzny [2]– Naturalne Związki Organiczne aminokwasy

Prezentacja na temat: "Wykład Monograficzny [2]– Naturalne Związki Organiczne aminokwasy"— Zapis prezentacji:

1 Wykład Monograficzny [2]– Naturalne Związki Organiczne aminokwasy
Dr inż. Hieronim Piotr Janecki Naturalne Związki Organiczne Aleksander Kołodziejczyk; Nowa Chemia Pierre Laszlo; Chemia Życia Steven Rose, Sarah Bullock; Wybrane zagadnienia z metod poszukiwania i otrzymywania środków leczniczych katarzyna Kieć-Kononowicz; Chemia Leków i Kosmetyków Hieronim Piotr Janecki

2 Martwe znasz prawdy, nieznane dla ludu, Widzisz świat w proszku, w każdej gwiazd iskierce. Nie znasz prawd żywych, nie obaczysz cudu! Miej serce i patrzaj w serce!" Zawarta w sorgo leucyna stosowana w nadmiarze może być szkodliwa dla organizmów Analizując szkodliwe i nieszkodliwe działanie aminokwasów widzimy analogię do działania witamin -Witaminy, których nadmiar bywa szkodliwy są rozpuszczalne w wodzie. Witaminy A, D, E i K, których nie można, przedawkować są rozpuszczalne w tłuszczach

3 co przyswajamy? 1- Aminokwasy - Aminokwasy są prekursorami biosyntezy alkaloidów Aminokwas – związek zawierający jednocześnie grupę aminową oraz karboksylową

4 Definicja Aminokwasy są organicznymi związkami chemicznymi zawierającymi kwasową grupę karboksylową -COOH oraz zasadową grupę aminową -NH2 patrz Rysunek ** Ogólnie dowolną grupę kwasową, np. sulfonową -SO3H oraz zasadową grupę aminową -NH2 []. Aminokwasy są amfolitami []. Należy zauważyć, że nietrwały karbamid HO-(C=O)-NH2 zawierający w strukturze grupę karboksylową i grupę aminową nie jest aminokwasem, lecz amidem kwasu węglowego. Wszystkie aminokwasy zawierają, co najmniej dwa atomy węgla. W ten sposób atom węgla, do którego podstawiona jest grupa aminowa decyduje, do jakiej klasy aminokwasów należy związek. , , Co to jest Zwitterion?

5 Najprostszy Aminokwas
Najprostszym Aminokwasem jest glicyna można ją otrzymać sztucznie w reakcji kwasu chlorooctowego z amoniakiem[2]. ClCH2COOH + 2NH3 → H2NCH2COOH + NH4Cl

6 https://pl.wikipedia.org/wiki/Aminokwasy_bia%C5%82kowe
wzory Ogólny wzór L-aminokwasu w projekcji Fischera Schemat obrazujący zasady projekcji Fischera

7 A. Kołodziejczyk - Naturalne związki organiczne str 22
Podział aminokwasów AMINOKWASY NATURALNE (DL) SYNTETYCZNE (DL,L, D) BIAŁKOWE (L) NIEBIAŁKOWE (D, L) piewszorzędowe (kodowane) drugorzędowe trzeciorzędowe endogenne egzogenne Naturalne związki organiczne – Aleksander Kołodziejczyk str 23 A. Kołodziejczyk - Naturalne związki organiczne str 22

8 https://pl.wikipedia.org/wiki/Aminokwasy_bia%C5%82kowe
Wyliczanka – co wiemy Znanych jest ponad 300 aminokwasów występujących naturalnie. W skład białek wszystkich organizmów żywych wchodzi głównie 20 podstawowych aminokwasów kwasami biogennych, które łącząc się ze sobą wiązaniem peptydowym wchodzą w skład białek. Aminokwasy są podstawowymi jednostkami budulcowymi peptydów i białek []. Zazwyczaj wymienia się 20 podstawowych (tak zwanych kanonicznych) aminokwasów białkowych[1

9 Wyliczanka – co wiemy? a-Aminokwasy nazwa ta dotyczy L-α-aminokwasów, w których grupa aminowa znajduje się przy drugim atomie węgla, licząc łącznie z atomem węgla grupy karboksylowej. Liczenie rozpoczyna się zawsze od atomu węgla grupy karboksylowej. Według IUPAC α-aminokwas jest 2-amino kwasem. Najprostszym przedstawicielem proteino gennych α-aminokwasów jest glicyna (Rysunek*) kwas amino octowy. Ten aminokwas odkryty w 2009 roku w komecie []!!!. Proteino -genne aminokwasy obok kwasów nukleinowych są budulcem białek wszystkich istot żyjących na ziemi.

10 https://pl.wikipedia.org/wiki/%CE%92-Alanina
Wyliczanka – L a oraz b Lokalnie Lokalnie1 β-Alanina (kwas 3-aminopropionowy), NH2CH2CH2COOH – organiczny związek chemiczny z grupy aminokwasów, izomer konstytucyjny α-alaniny, podstawowego aminokwasu białkowego. Należy do tzw. β-aminokwasów, w których grupa aminowa znajduje się przy węglu β w stosunku do grupy karboksylowej.

11 Wyliczanka – co wiemy? β-Aminokwasy: grupa aminowa β-aminokwasów przyłączona jest do trzeciego atomu węgla. Według IUPAC 3-Aminokwasy. Najprostszym przedstawicielem jest β-alanina NH2(CH2)COOH. kwas 3-aminopropionowy

12 Wyliczanka – co wiemy? γ- Aminokwasy; w tych aminokwasach grupa aminowa przyłączona jest do czwartego atomu węgla licząc od węgla grupy karboksylowej. Zgodnie z nomenklaturą IUPAC-są to tzw. 4-aminokwasy. Najprostszym przedstawicielem jest kwas g-aminomasłowy, kwas 4-amino-masłowy, GABA 13- Steven Rose Chemia życia, str 27, str 41; 14- oraz 15- Artur Molski Chemia Piękna

13 Aminokwasy Aminokwasy zazwyczaj są rozpuszczalne w wodzie i w warunkach fizjologicznego pH są zjonizowane. Wartość pH, w której aminokwas istnieje w roztworze głównie w formie jonu obojnaczego, a stężenia formy anionowej i kationowej są sobie równe określa się, jako punkt izoelektryczny – pI. Dla aminokwasów obojętnych (zwierających jedną grupę aminową i jedną grupę karboksylową) pI wynosi 5 – 6, Skóra kobiety ma pH 5,5 ale skoro mowa o płynie do higieny intymnej, to zapewne ma pH podobne do pH pochwy kobiety, które wynosi 3,6-4,5

14 Aminokwas Dla aminokwasów zasadowych (zwierających więcej grup zasadowych niż kwasowych) pI wynosi ok. 10. Dla aminokwasów kwasowych (zawierających więcej grup kwasowych niż zasadowych) pI wynosi ok. 3. Zmiany właściwości aminokwasu na przykładzie glicyny ilustruje Rysunek 159 oraz Rysunek*.

15 Zmiana pH glicyny w czasie miareczkowania roztworem NaOH

16 Zmiana właściwości glicyny następująca wraz ze zmianą środowiska

17 Aminokwasy Obecność w aminokwasach grupy karboksylowej i grupy aminowej powoduje, że są one związkami amfoterycznymi. W roztworach wodnych występują głównie w formie jonów. W zależności od pH środowiska jony te mogą mieć charakter kwasowy bądź zasadowy: NH3+-CH2-COOH fg NH2CH2-COO fg NH2-CH2-COO-

18 Zmiany stanu jonizacji aminokwasów w zależności od pH

19 Aminokwasy mogą powstawać w wyniku hydrolizy peptydów
Hydroliza peptydu na aminokwasy Reakcja odwrotna syntezy peptydu

20 Przykładowe aminokwasy
Alanina (Ala) jest prostym endogennym α-aminokwasem, należy do dwudziestu standardowych aminokwasów białkowych. Za jej pojawienie się w łańcuchu polipeptydowym odpowiada obecność kodonów GCU, GCC, GCA lub GCG w łańcuchu mRNA []. Łańcuch boczny alaniny stanowi grupa metylowa. Ponieważ przy atomie węgla α występują cztery różne podstawniki (patrz - Izomeria przestrzenna) alaninę zalicza się do grupy aminokwasów optycznie czynnych. W białkach występuje jako izomer szeregu L. Alanina jest aminokwasem niepolarnym alifatycznym. Alanina stanowi średnio około 7.8% reszt aminokwasowych występujących w białkach.

21 kodon Tabela kodonów Kodon (triplet) – jednostka w sekwencji
mRNA składająca się z trzech nukleotydów kodujących określony aminokwas.

22 Alanina

23 Prolina Prolina (Pro) należy do grupy α-aminokwasów, zawierających w swej strukturze pięcioczłonowy pierścień pirolidynowy. Punkt izoelektryczny: 6,30. Prolina ma słodki smak. Prolina jest składnikiem wielu białek, wpływającym w znacznym stopniu na ich strukturę trzeciorzędową. Struktura helisy alfa jest niemal pozbawiona proliny. Aminokwas ten obok swojej pochodnej – hydroksyproliny jest głównym składnikiem struktury helisy kolagenu. Przekształcenie proliny w hydroksyprolinę jest katalizowane przez hydroksylazę prolinową w obecności koenzymu – witaminy C. Zaburzenia tego procesu wskutek niedoboru witaminy C mogą prowadzić do szkorbutu [].

24 Piękno jest w oku widza 
Renault Laguna – królowa lawet…. Natomiast - Prolina – królowa aminokwasów L-prolina jest żywieniowo niezbędnym aminokwasem u młodych ssaków (22) oraz rannych zwierząt i ludzi (23). Wiąże się to z faktem, iż endogenna synteza tego aminokwasu z L-argininy jest niewystarczająca, aby pokryć zapotrzebowania organizmu w wymienionych powyżej stanach fizjologicznych.

25 Prolina

26 Selenocysteina Selenocysteina (Sec) jest aminokwasem naturalnie występujący w licznych białkach. Znajduje się w tRNA w katalitycznej części niektórych enzymów. Reszta selenocysteinowa powstaje przez modyfikację seryny związanej z cząsteczką tRNA. [].

27 Selenocysteina

28 Seryna Seryna (Ser) jest kwasem α-amino-β-hydroksypropionowym. Seryna jest aminokwasem kodowanym, endogennym, wchodzi w skład białek - kazeina w mleku czy fibroina jedwabiu. Jest obojętna elektrycznie. Niezbędna w diecie człowieka. Seryna pełni ważną funkcję w trawieniu białek jako składnik proteaz serynowych [, ]. Proteazy serynowe (EC [1]) – podpodklasa enzymów, należąca do klasy hydrolaz i podklasy proteaz. Katalizują selektywnie hydrolizę wiązania peptydowego. Grupą reaktywną jest grupa hydroksylowa (-OH). Do proteaz serynowych należą m.in. chymotrypsyna, trypsyna, trombina.

29 Seryna Seryna należy do proteaz - Do proteaz serynowych należą m.in. chymotrypsyna, trypsyna, trombina. Proteazy serynowe (EC [1]) – podpodklasa enzymów, należąca do klasy hydrolaz i podklasy proteaz. Katalizują selektywnie hydrolizę wiązania peptydowego. Grupą reaktywną jest grupa hydroksylowa (-OH). Do proteaz serynowych należą m.in. chymotrypsyna, trypsyna, trombina.

30 Treonina Treonina (nazwa skrótowa Thr lub T, kwas α-amino-β-hydroksymasłowy) - obojętny elektrycznie hydroksyaminokwasem [] aminokwas kodowany, składnik wielu białek. Należy do egzogennych aminokwasów niezbędnych. Treonina jest aminokwasem optycznie czynnym posiadającym drugi asymetryczny atom węgla obok węgla α.

31 Treoninki Aminikwas niezbędny występujący naturalnie w formie - L, która jest formą aktywną [127] Produkty o dużej zawartości treoniny to twaróg, drób, ryby, mięso, soczewica, i ziarno sezamowe [, ]. , ,

32 Tryptofan Tryptofan (Trp) jest obojętnym elektrycznie aminokwasem, z podstawnikiem w łańcuchu bocznym zawierającym szkielet indolu. Tryptofan wchodzi w skład białek - mleka [], białka krwi, należy do aminokwasów egzogennych - niezbędnych (nie może być syntetyzowany w organizmie człowieka i musi być dostarczany z pożywieniem). Zdolność do jego syntezy mają niektóre rośliny i bakterie. Dzięki przemianom tryptofanu są powstają inne istotne związki, między innymi tryptaminy. Do najbardziej znanych tryptamin naturalnych należą: serotonina i melatonina. W organizmach zachodzi przemiana Trp → 5-hydroksytryptofan → serotonina, niacyny i roślinne hormony wzrostu -auksyny. ; ;

33 Tryptofan http://www.laboratoriumurody.pl/forum/tryptofan,t924.html,

34 Tryptofan http://www.laboratoriumurody.pl/forum/tryptofan,t924.html,

35 Tryptofan

36 Tryptamina Tryptamina to aminowy organiczny związek chemiczny powszechnie występujący w organizmach żywych. Jak wspomnieliśmy uprzednio- In vivo jest ona syntetyzowana z tryptofanu, jako etap pośredni wytwarzania indolu oraz wielu alkaloidów [, ]. ,

37 Tryptamina , Swoje doświadczenia z badań nad tryptaminami opisał farmakolog, syntetyk i badacz leków, znany z prowadzenia kampanii na rzecz legalizacji wybranych substancji psychoaktywnych - Alexander Shulgin w książce TiHKAL - Tryptamines i Have Known and Loved: The Continuation. []. ,

38 Tryptamina

39 Walina Walina (Val, V) - organiczny związek chemiczny, aminokwas egzogenny, kodowany przez kodony GUU, GUC, GUA oraz GUG. Jest aminokwasem niepolarnym o alifatycznym, rozgałęzionym łańcuchu bocznym -CH-(CH3)2 [, ].

40 Walina Valine was first isolated from casein in 1901 by Hermann Emil Fischer.[3] The name valine comes from valeric acid, which in turn is named after the plant valerian due to the presence of the acid in the roots of the plant.[4][5]

41 Aminokwasy Reasumując - Aminokwasy są składnikami budulcowymi peptydów i białek (aminokwasy proteinogenne). Niektóre aminokwasy wchodzą w skład lipidów, seryna występuje w fosfolipidach, a glicyna w solach żółciowych. Glutaminian, asparaginian oraz glicyna odgrywają role neuroprzekaźników. Wszystkie aminokwasy za wyjątkiem lizyny i leucyny, mogą być metabolitami pośrednimi szlaku glukoneogenezy (aminokwasy glukogenne), służą do biosyntezy glukozy.

42 Następny krok- peptydy
Z punktu widzenia budowy chemicznej peptydy są amidami kwasowymi. Peptydy mogą rozpadać się w wyniku hydrolizy na aminokwasy. Krótkie peptydy o długości do ok. 10 reszt aminokwasowych określa się jako oligopeptydy, łańcuchy dłuższe to polipeptydy lub białka.

43 Zastosowanie??? kosmetyki
Ochronny płaszcz hydrolipidowy naskórka w 40% tworzą aminokwasy. Są one podstawowym składnikiem budulcowym, jak również substancją uczestniczącą w biosyntezie wielu związków i procesów w komórkach, np.: • Arginina - przeciwzapalna, przyczynia się do pobudzenia komórek skóry, • Prolina - ma najwyższą zdolność wiązania wody, • Glicyna, alanina, prolina - aktywują syntezę kolagenu, • Leucyna, alanina, glicyna – przeciwutleniacze (antyoksydanty), które wspierają naturalne mechanizmy obronne komórek

44 Zastosowanie??? kosmetyki
Powtarzam - ochronny płaszcz hydrolipidowy naskórka w 40% tworzą aminokwasy. Są one podstawowym składnikiem budulcowym, jak również substancją uczestniczącą w biosyntezie wielu związków i procesów w komórkach, np.: • Seryna - reguluje płaszcz hydrolipidowy, • Lizyna - podnosi odporność skóry na wirusy. Peptydy to organiczne związki chemiczne, powstające przez łączenie się cząsteczek aminokwasów w łańcuchy za pomocą wiązania peptydowego – co najmniej dwóch lub więcej aminokwasów.