Organische Experimentalchemie

Transkript

1 Dr. Franziska Thomas Georg-August-Universität Göttingen SoSe 2018 Veranstaltungsnummer: Organische Experimentalchemie Für Studierende der Humanmedizin, Zahnmedizin und Biologie (Lehramt) Marburg, 29. Juni 2018

2 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Künstliche Synthese Peptidsynthese mit Kupplungsreagenzien: 2

3 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Künstliche Synthese Mechanismus der DCC-aktivierten Peptidsynthese: Aktivester 3

4 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Biosynthese Proteinbiosynthese am Ribosom: a) b) Anticodon Codons Quellen: a) b) 4

5 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Abbau In der Natur: Im Labor: z.b. Totalhydrolyse In der Natur werden Peptide und Proteine durch Proteasen (Enzyme) abgebaut. Wichtige Enzymklassen: Serinproteasen 1 Alkohol Cysteinproteasen Thiol Threoninproteasen 2 Alkohol Aspartatproteasen Carbonsäure Glutamatproteasen Carbonsäure Metalloproteasen Metalle (z.b. Zink) Asparagin-Peptid-Lyase Asparaginrest Analyse der einzelnen Aminosäuren erlaubt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Peptids. Daneben ist auch die Sequenzanalyse durch iterativen Abbau einzelner Aminosäuren (Edmann-Abbau) oder durch Massenspektrometrie möglich. 5

6 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Sekundärstruktur Primärstruktur: N-Terminus C-Terminus Sekundärstruktur: a-helix: b-faltblatt: rechtsgängige Windung 3.6 AA pro Windung Reste nach außen gerichtet Struktur wird durch H-Brücken stabilisiert Ketten verlaufen zickzack-förmig und bilden b-stränge parallele oder antiparallele b-stränge Struktur wird durch H-Brücken zwischen den Strängen stabilisiert c Reste R (grün) zeigen aus der Ebene heraus 6

7 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine weitere Strukturen Primärstruktur: Sekundärstruktur: N-Terminus C-Terminus Tertiärstruktur: Dreidimensionale Raumstruktur eines Proteins, das aus einer einzelnen Peptidkette besteht. Quartärstruktur: Dreidimensionale Raumstruktur eines Proteins, das aus mehreren Peptidketten besteht. Die Untereinheiten werden durch Kräfte zusammengehalten wie: hydrophobe Wechselwirkungen ionische Wechselwirkungen H-Brücken 7

8 11. Biomoleküle: Peptide und Proteine Wechselwirkungen Disulfidbrücken: a Hydrophobe Wechselwirkungen: b H-Brücken: c Isoliertes Peptid Peptid in wässrigem Milieu Salzbrücken: d a) b) s_of_matter/atomic_and_molecular_properties/intermolecular_forces/hydrophobic_inter actions c) d) 8

9 11. Biomoleküle: Monosaccharide Monosaccharide werden nach der Zahl der C-Atome folgendermaßen unterteilt: Triosen (3 C-Atome) Tetrosen (4 C-Atome) Pentosen (5 C-Atome) Hexosen (6 C-Atome) etc. 9

10 11. Biomoleküle: Monosaccharide Epimere Epimere: Monosaccharide, die sich nur an einem stereogenen Zentrum in ihrer Konfiguration voneinander unterscheiden, bezeichnet man als Epimere. Beispiel Tetrosen Beispiel Hexosen 10

11 11. Biomoleküle: Glucose als Energieträger Glykolyse: Bei diesem Prozess handelt es sich um den schrittweise Abbau von Monosacchariden (z.b. D-Glucose) in Lebewesen zur Aufrechterhaltung des Energiestoffwechsels. 11

12 11. Biomoleküle: Reduzierende Zucker Als reduzierende Zucker bezeichnet man in der (Bio)Chemie Mono-, Di- oder Oligosaccharide, deren Moleküle in Lösung eine freie Aldehydgruppe besitzen. Diese funktionelle Gruppe kann unter oxidativen Bedingungen zu einer Carbonsäure oxidiert werden. Diese Eigenschaft kann als Nachweisreaktion genutzt werden. Fehling Probe: Tollens-Probe: 12

13 11. Biomoleküle: Uronsäuren Definition: Uronsäuren sind Carbonsäuren, die formal durch Oxidation der primären Hydroxygruppe von Monosacchariden zur Carboxygruppe entstanden sind. Merke: Uronsäuren spielen eine wichtige physiologische Rolle. Metaboliten werden durch Salzbildung mit Glucuronsäuren ausreichend hydrophil, um sie über die Niere ausscheiden zu können. 13

14 11. Biomoleküle: Zuckeralkohole Definition: Alditole (auch Zuckeralkohole oder Aldite) sind nichtcyclische Polyole, die sich strukturell als Reduktionsprodukte von Kohlenhydraten (Zuckern) ableiten. Eigenschaften: Zuckeralkohole ähneln im Geschmack der Saccharose. Daher werden einige Vertreter industriell als Zuckeraustauschstoffe in diätetischen Lebensmitteln verwendet. Gründe: keine Erhöhung des Blutzuckerspiegels kein Insulin für den Abbau nötig 14

15 11. Biomoleküle: Halbacetale und die Haworth-Projektion In der Haworth-Projektion (auch Haworth-Formel) werden die Ringatome des Halbacetals in eine Ebene gelegt und das O-Atom liegt rechts oben (ca. 1 Uhr). Merke: Was bei Fischer links ist, ist oben bei Haworth! (Floh-Regel) Merke: Stereoisomere Halbacetale, die sich in der Konfiguration am Acetal-C-Atom unterscheiden, nennt man Anomere Merke: Die Umwandlung der Anomere ineinander nennt man Mutarotation 15

16 11. Biomoleküle: Pyranosen und Furanosen Einige Zucker (z.b. Fructose) bilden Halbacetale unter Aufbau eines 5-gliedrigen (Furanosen) oder 6-gliedrigen Ringes (Pyranosen) aus. In beiden Formen (Pyranose- und Furanose-Form) entstehen Anomere. 16

17 11. Biomoleküle: Pyranosen und die Sesselkonformation Um Informationen zur Konformation von Pyranosen zu erhalten, muss von der Haworth-Projektion in die Sessel-Schreibweise gewechselt werden. Hierzu kann für die graphische Darstellung vom Cyclohexanring ausgegangen werden. Merke: Obschon die anomere OH Gruppe bei L-Pyranosen in der 1 C 4 -Konformation nach unten zeigt, wird die Konfiguration des anomeren C-Atoms als b bezeichnet. i.d.r. werden D-Pyranosen in der 4 C 1 -Konformation und L-Pyranosen in der 1 C 4 - Konformation gezeichnet 17

18 11. Biomoleküle: Glykoside Definition: Glykoside sind organisch chemische Verbindungen der allgemeinen Struktur R O Z. In derartigen Strukturen ist ein Alkohol (R OH) über eine sogenannte glycosidische Bindung mit einem Zucker (Z) verbunden. Glycoside sind somit Vollacetale von Zuckern. Merke: Statt eines O-Atoms können auch andere Atomsorten an das anomere C-Atom gebunden sein N-Atom N-Glykoside C-Atom C-Glykoside S-Atom Thioglykosid Se-Atom Selenoglykosid Merke: Vollacetale der Glucuronsäuren werden Glucuronide genannt. Sie spielen bspw. bei der renalen Ausscheidung von Arzneistoffen eine Rolle 18

19 11. Biomoleküle: Disaccharide Allgemein: Die Kondensation eines Monosaccharids mit einem weiteren Monosaccharid führt zu einem Disaccharid. In Abhängigkeit davon, über welche OH-Gruppen (eines anomer oder beide anomer) eine glykosidische Bindung aufgebaut wird, werden zwei Typen von Disacchariden unterschieden. Repräsentative Vertreter: Maltose, Cellobiose, Lactose, Isomaltose Repräsentative Vertreter: Saccharose, Trehalose 19

20 11. Biomoleküle: Disaccharide Spezifische Beispiele Allgemein: Die Kondensation eines Monosaccharids mit einem weiteren Monosaccharid führt zu einem Disaccharid. In Abhängigkeit davon, über welche OH-Gruppen (eines anomer oder beide anomer) eine glykosidische Bindung aufgebaut wird, werden zwei Typen von Disacchariden unterschieden. β-d-galactopyranosyl-(1 4)-D-glucopyranose Lactose (Typ I, reduzierend) Trehalose (Typ II, nicht reduzierend) 20

21 11. Biomoleküle: Polysaccharide Allgemein: Polysaccharide sind Kohlenhydrate, in denen eine große Anzahl ( 11) Monosaccharide über eine glycosidische Bindung verbunden sind. Amylose Stärkebestandteil (20-30%) a(1 4)-glykosidische Bindungen dominant (geringe Verzweigung) linear helikale Struktur (ca. 6 Monomere pro Windung) Cellulose Bestandteil von Zellwänden (ca. 50%) hauptsächlich b(1 4)-glykosidische Bindungen bestehend aus mehreren 100 bis > Monomeren Amylopektin Stärkebestandteil (70-80%) hauptsächlich a(1 4)-glykosidische Bindungen alle Monomere erfolgt eine a(1 6)- glykosidische Bindung 21