Лекция 22. Аминокислоты. Белки.

Лекция 22
Аминокислоты. Белки
Работа – лучший способ наслаждаться жизнью.
И. Кант
Š Номенклатура аминокислот. Природные аминокислоты.
Хиральность аминокислот, образующих протеины. Кислотноосновные свойства, амфотерность аминокислот.
Изоэлектрическая точка. Синтезы α-и β-аминокислот и
разделение рацемических форм.
Свойства аминокислот: функционализация по аминогруппе,
карбоксилу, окисление аминокислот.
Номенклатура пептидов. Основные принципы синтеза
полипептидов; защита аминогруппы и активация
карбоксильной группы. Твердофазный синтез пептидов.
Общие принципы определения строения пептидов и белков.
Первичная, вторичная и третичная структура белков. Понятие
о ферментах и ферментативном катализе.
Аминокислоты с неполярными алифатическими заместителями
H3 N
H
H3N
Глицин
Аланин
COO
COO
H
CH2
CH3
H
CH3
H
H3N
CH3
Лейцин
COO
COO
COO
H3N
H
H
CH3
H3N
H
H3C
CH3
Валин
OOC
H
H2N
CH2
CH3
Изолейцин
Пролин
Аминокислоты с неполярными ароматическим заместителями
COO
H3N
H
CH2
COO
COO
H3N
H
H3N
H
CH2
CH2
HN
OH
Фенилаланин
Тирозин
Триптофан
Аминокислоты с полярными заместителями
COO
COO
H3N
H
CH2OH
H3N
H
H
COO
H3N
OH
CH2
CH3
SH
Серин
Треонин
COO
COO
H3N
H
H3N
CH2
CH2
S
CH3
Метионин
H
Цистеин
COO
H3N
CH2
H2N
H
CH2
CH2
O
H2 N
Аспарагин
H
O
Глутамин
Аминокислоты с кислотными заместителями
COO
COO
H3N
H
H3N
H
CH2
CH2
COOH
CH2
COOH
Аспарагиновая
кислота
Глутаминовая
кислота
Аминокислоты с основными заместителями
H 3N
H
H2N
H
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH
NH2
C
Лизин
COO
COO
COO
H2N
H3N
H
CH2
NH
N
NH2
Аргинин
Гистидин
Синтез аминокислот
Синтез Штреккера-Зелинского и Бухерера-Бергcа
HCl
NaCN/NH4Cl
H2N
O
R1
O
R2 NaCN
H2O
R1
R2
HO
CN
O
R2
OH
NH2
(NH4)2CO3
R1
-
R1
OH или H
H2N
CN
R2
HN
COOH
R1
R2
H2N
CN
CO2
O
NH
O
R1
R2
HN
CN
COOH
H
N
Ph
H
Ph
O
H
O
NaCN/NaHSO3
NC
N
Ph
H
O
N
O
HO
O
76 %
SMe
SMe
O
NaCN/NH4CO3
MeS
O Ba(OH)2
HN
NH
O
H2N
83%
O
OH
Синтезы на основе ацетамидомалоната
O Et
O
O Et
O
HNO2
Et
O Et
Et
O
H2/Pd
N
OH
O
O
Ac2O
O
Et
NHAc
O
O
O Et
O
O
O Et
Br
O
O
Et
NHAc
Et
O
O
O Et
O
O
O
55 %
O
Br
O
NHAc
AcHN
O
O Et
Et
NHAc
NHAc
NHAc
HO
Et
O
O
O
OH
Синтезы аминокислот на основе перегруппировок
O Et
O Et
O
Et
R
O
KOH
R
HN
O
N2H4
HO
O
R
HO
O
O
O
HNO2
O
O
R
OH
KOH O
NH2
O
N3
C
O
нагрев O
N
R
NH
R
NH2
HO
O
R
HO
O
O Et
O Et
RI/EtONa O
O
NHNH2
N2H4
R
R
NC
NC
O
NC
HNO2
Et
O
OH KOH
N3
O
NH
R
NH2
O
R
NC
нагрев O
EtOH
R
NC
Аминирование галогенкарбоновых кислот
O
O
OH
O Et
O
NaN3
Cl
Br2, PCl3
OH
NH3, EtOH
NH2
O Et
O
H2/Pd
O
O Et
O
H2N
N3
O
28%
O
LDA
O
NH2OMe
NH2
O
OH
55%
Аминирование кетокислот
NH2
O
OH
O
OH
NH4Br
NaBH3CN
O
49 %
O
NH2
NNHPh
OH
O
OH
O
H2/Pd
OH
O
87 %
Синтезы на основе глицина
Ph
O
H2N
Et
O
Ph
NH
Ph
O
N
Ph
Et
O
PhCH2Br
NaOH
Bu4NCl
Ph
Ph
Ph
O
H2N
O
Et
O
N
Ph
O
Et
Модификация изонитрилов
O
O
Br
+
N
C
O
NC
O
NaH
O
Et
O
NaH
N
O
O
NC
Et
Et
O
O
O
Et
C
O
O
NC
Et
Модификации нитроуксусного эфира
O
O Et
O
O
O N
O N
O Et
Ph
OH
O N
O Et
Ph
H2/Ni O
O N
O
O
H2/Pd
BnBr
EtONa
O
O
Ac2O
O
O
O Et
Ph
H2N
O Et
Ph
O
H2N
H2/Pd
O Et
Ph
OH
O
H2N
O Et
Ph
Асимметрическое гидрирование енамидов
0.2 mol%
[ClRh(C8H14)2]2
H2, EtOH, C6H6
1 bar, 20 °C
HO2C
NHCOMe
HO2C
NHCOMe
72 % e.e. (R)
O
CH2PPh2
O
CH2PPh2
BF4
Ph
Me
Me
PPh2
MeO
Rh
P
Ph2
S,S-CHIRAPHOS
89 % e.e. (R)
P
Rh
P
Ph
MeO
R,R-DIPAMP
Синтезы β- и γ- аминокислот
OH
O
O
O
Ph
NH2
OH
NH2OH
Ph
O
NH4OAc
O
OH
30-40 %
OH
O
O
Et2NH
Et
TMSO
OH
Et
99 %
O
O
NK
N
Cl
CN
N
H2SO4
O
NHBoc BuLi
CO2
H2N
CN
O
O
OH
47-62 %
OH
NHBoc
55 %
O
Гомологизация α-аминокислот
O
(Boc)2O
OH
NH2
NaOH
O
Et
O
Cl
O
O
O
OH
O
Et3N
O
Et
NHBoc
NHBoc
CH2N2
O
O
BocHN
OH
N2
Ag
H2O
NHBoc
Синтез и гидролиз белков
MeS
R
H
H
+
H2N
CO2H
H2N
CO2H
синтез
белка
MeS
N
H
R
O
H
N
O
H2N
O
метионин
1
R
H
R
2
N
H
3
O
H
N
O
R
R
H
N
H
CO2H
новая амидная связь
4
H 2O
H H
H
H3N
1
C N
R O
R
H
H
2
COO
COO + H3N
H3N
R
1
COO
R
2
Определение структуры пептидов
X
Glu
Cys Gly
Glu
Cys Gly
Glu-Cys
Cys-Gly
NH2
H
N
HOOC
O
O
N
H
SH
Glu-Cys-Gly
OH
O
O
O
COO
OH
+
OH
O
Нингидрин
H3N
HO
+
H
HO
R
O
Нингидрин
Аминокислота
H
CO2 + R
O
O
N
O
O
пурпурный пигмент
O
Определение аминокислотной последовательности.
Деградация белков по Эдману (фенилизоцианатный метод)
N
C
S
O
+
Ph
HN
NH-пептид
H2N
OH
S O
NH-пептид
HN
Ph
Ph
H+
Ph
N
S
S
O
PhHN
HN
Ph
замещенный
фенилтиогидантоин
N
O PhHN
H+
Ph
S
N
OH
NH-пептид
Ph
R
NO2
F
+
H2N
H
O2N
O
HOOC
NH
NH гидролиз
NO2
R
O2N
белок
1-фтор-2,4-динитробензол
2,4-динитрофениламинокислота
COOH
O
O
+
O
O
CH3
N
R
O
H
NH гидролиз O
H2N
HO
белок
N
R
флуоресцентное производное
CH3
Dansyl chloride
SO2Cl
CH3
N
CH3
N N
Dabsyl chloride
SO2Cl
Синтез пептидов
O
H2N
O
OH
MeOH
H2N
O
SOCl2
O
DCC
O
O
H2N
OH
Boc2O
O
BocHN
OH
HN
O
BocHN
S
S
S
Азидный синтез пептидов (Курциус)
O
H2 N
O
OH
MeOH
SOCl2
H2N
O
O
Ac2O
AcNH
O
N2H4
O
O
O
AcNH
R
N
H
AcNH
CO2Me
N3
HNO2
AcNH
N
H
NH2
Влияние постадийного выхода на общий выход в синтезе пептидов
Число аминокислотных
остатков в конечном
полипептиде
Общий выход пептида (%)
в зависимости от
выхода в каждой стадии
96.0 %
99.8 %
11
66
98
21
44
96
31
29
94
51
13
90
100
1.7
82
Б. Меррифилд (B. Merrifield 1921-)
Нобелевская премия 1984
O
R
O
O-
N
H
O
O
O
O
O
R1
NH2
N
H
O
O
R
N
H
OH
O
R
O
TFA
O
+ H2N
N
O
R1
N
H
O
R
NH
O
HF
O
N
H
R1
O
Cl
O
R
N
H
O
O
Структура белка
δ−
O
O
O
δ+
N
N
N
H
H
H
α-Спираль (Л. Полинг, Р. Кори 1951г.)
Л. Полинг (L. Pauling 1901-1994)
Нобелевская премия 1954
β-Структура Фиброин (шелк)
(параллельные и антипараллельные складчатые листы)
β-Изгиб (реверсивный поворот)