Kap. 7. Aminosäuren, Peptide, Proteine: Inhaltsübersicht

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1 Kap. 7. Aminosäuren, Peptide, Proteine: Inhaltsübersicht ω ω ω ω ω ω ω ω Synthetische Polymere und Biopolymere Aminosäuren, Peptide, Proteine Proteine: Primärstruktur, Sekundärstruktur, Tertiärstruktur, Quartärstruktur Aminosäuren: Beispiele, physikalische Eigenschaften, Trennung, Analytik, Spektroskopie Chemie der Aminosäuren: Synthesen, stereoselektive Synthesen, Racemattrennung, Reaktionen Peptide: Peptidsynthese (Schutzgruppenchemie, Merrifield Festphasensynthese, kombinatorische Chemie), Peptidanalytik, selektive Abbaureaktionen Peptide und Proteine: Ausgewählte Einzelbeispiele Special Topics lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 1

2 Bibliographie! K. P. C. Vollhardt, N. E. Schore, Organic Chemistry - Structure and Function, 4 th ed., W.H. Freeman and Company, New York, 2003; Kap. 26.! P. Y. Bruice, Organic Chemistry, 3 rd ed., Prentice Hall, Upper Saddle River, 2001; Kap. 21.! E. Breitmaier, G. Jung, Organische Chemie: Grundlagen, Stoffklassen, Reaktionen, Konzepte, Molekülstruktur, 4 th ed., Thieme, Stuttgart, 2001; Kap. 36 und 37! H. Beyer, W. Walter, Lehrbuch der Organischen Chemie, S. Hirzel Verlag, Stuttgart, lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 2

3 Synthetische Polymere und Biopolymere! Synthetische Polymere! Biopolymere Polysaccharide Polypeptide/Proteine Nucleinsäuren Polyterpene/Naturkautschuk Siehe auch: Supramolekulare Formen von Lipiden: Lipid-Doppelschichten und Membranen, intermolekulare Wechselwirkung durch nichtkovalente Bindungen lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 3

4 Synthetische Polyamide und Peptide/Proteine! Synthetische Polyamide (Polyharnstoffe) Monomere: ω-aminocarbonsäuren oder Dicarbonsäuren/Diamine! Polypeptide/Proteine Aminosäuren (Monomere) Oligopeptide Polypeptide (Proteine) lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 4

5 Polypeptide und Proteine: Struktur Peptidbindung: Stereochemie und Strukturdynamik Konformationsanalyse von Peptiden (Sekundärstruktur): Ramachandran-Diagramm: (ϕ/ψ- Plot, ϕ [C(α)-NH)-Diederwinkel], ψ [C(α)-C(O)- Diederwinkel], vollständig gestreckte Kette: ϕ = ψ = 180 ; energiereiche Konfigurationen (Konformationen). Proteinstrukturen Primärstruktur Sekundärstruktur Tertiärstruktur Quartärstruktur lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 5

6 Sekundärstruktur von Proteinen: α-helix H-Brücke - 13-gliedriger Ring - α-helix 1 O N H H α R O H N H R O N H H R O H N pm 146 pm 730 pm Helix lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 6

7 Sekundärstruktur von Proteinen: β-faltblatt lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 7

8 Aminosäuren: Beispiele, Struktur, physikalische Eigenschaften, Analytik Natürliche Aminosäuren, Proteinaminosäuren, essentielle und nichtessentielle Aminosäuren Nomenklatur, Beispiele, funktionelle Gruppen Struktur, Chiralität, absolute Konfiguration Physikalische Eigenschaften - Titrationskurven, isoelektrischer Punkt, Löslichkeit Trennung, Analytik, Chromatographie, Kapillar- Elektrophorese, Ninhydrin-Reaktion, Spektroskopie lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 8

9 Chemie der Aminosäuren: Synthesen und Reaktionen Synthesewege Ausgewähltes Beispiel: Erlenmeyer- Synthese Enantioselektive Synthese Katalytische Hydrierung unter Verwendung optisch aktiver Rhodium-Komplexe Racemattrennung Derivatisierung und Reaktionen Ausgewähltes Beispiel: Diazoessigester aus Glycinethylester-hydrochlorid Polymergebundene Aminosäuren lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 9

10 Die Peptidbindung - Synthese von Peptiden Synthesestrategien und Durchführung: Synthese des Dipeptids Seryl-Alanin Aktivierung und Deaktivierung der funktionellen Gruppen Vorsicht: Racemisierung Verwendung von Schutzgruppen Aktivierte Carboxyfunktion Kupplungsreagentien (z. B. Carbodiimide) Festphasensynthese (Synthese an polymeren Trägern Merrifield, kombinatorische Synthese, Verbindungsbibliotheken) lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 10

11 Analytik von Peptiden: Sequenzbestimmung (Primärstruktur) Abbaureaktionen und Analytik Hydrolyse sämtlicher Amidbindungen (6 N HCl, 110 C, 24 h) Trennung durch Chromatographie. Quantifizierung durch Derivatisierung Selektive Spaltung von Amidbindungen (enzymatisch oder chemisch) Sequenzanalyse: Edman-Abbau (schrittweiser Abbau ausgehend vom N-terminalen Ende); Endgruppenbestimmung, Sanger-Reagenz(DNFB); Hydrazinolyse (wasserfreies Hydrazin) Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffe lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 11

12 Strukturbestimmung von Peptiden und Proteinen durch Spektroskopie (Sekundärstruktur, Tertiärstruktur und Quartärstruktur) Kernmagnetische Resonanz (NMR) 1 H-NMR, 13 C-NMR Zweidimensionale Spektroskopie Kern-Overhauser-Effekt Massenspektrometrie Elektronenspektroskopie: UV-Vis Chiroptische Methoden (Circulardichroismus), Röntgenstrukturanalyse lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 12

13 Peptide und Proteine: Ausgewählte Einzelbeispiele Dipeptid: Aspartam (Süßstoff) Tripeptid: Glutathion (GSH); Coenzym bei Redoxprozessen Cyclisches Peptid: Insulin, Polypeptid: ß-Faltblattstruktur der Seide Protein: Cytochrom c; Redoxenzym in der Atmungskette Protein: Hämoglobin, Myoglobin (Sauerstoff Transport, Sauerstoffspeicher) lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 13

14 Special Topics - 1 Synthese polymerer N-Alkoxycarbonylaminosäuren Synthese optisch aktiver Aminosäuren (enantioselektive Synthese) Chromatographische Auftrennung von Aminosäuren (einschliesslich Enantiomerentrennung) Schutzgruppen für die Amino-Funktion: Boc-Schutzgruppe; Fmoc- Schutzgruppe Carboxy-Aktivierung: Azid, Säurechlorid, Säure/HOBt/DCC Carboxy-Schutzgruppe: OBzl (Benzylester) Konformation von Polypeptiden: Ramachandran-Diagramm Chirale Auxiliare: Aminosäurederivate Methionin, S-Adenosylmethionin, Tetrahydrofulsäure (THF), Homocystein Penicillin Aminosäuren als chirale Synthesebausteine ( chiral pool ) lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 14

15 Special Topics - 2 Rolle der Proteine in der Zelle L-Arginin/L-Citrullin: Stickstoffmonoxid durch Oxidation Süssstoff: Aspartam, Saccharose, Saccharin, Cyclamat Glycokonjugate: Glycoproteine, Glycolipide, Glycophospholipide Peptidhormone: Oxytocin, Vasopressin Neurotransmitter: Serotonin, LSD (Serotonin Agonist) Hämoglobin Cytochrom c Metalloproteine: Plastocyanine Proteine und Evolution: Ursprung der Homochiralität lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 15

16 Further Readings» Paulings linksgängige α Helix: J. D. Dunitz, Angew. Chem. 2001, 113, lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 16

17 Problems - 1 " Welche Struktur hat das bei der Abbaureaktion des Tetrapeptids Alanyl-Lysyl-Phenylalanyl-Glycin (Ala- Lys-Phe-Gly bzw. A K F G) nach Edman entstehende Phenylthiohydantoin. a) Formulieren Sie die Formel des Tetrapeptids in der Keilstrichformel-Darstellung b) Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus der Abbaureaktion. c) Geben Sie die Struktur des Phenylthiohydantoins an lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 17

18 Problems - 2 " Welche Struktur hat das bei der Abbaureaktion des Tetrapeptids Alanyl-Lysyl-Phenylalanyl-Glycin (Ala- Lys-Phe-Gly bzw. A K F G) nach Edman entstehende Phenylthiohydantoin. a) Formulieren Sie die Formel des Tetrapeptids in der Keilstrichformel-Darstellung b) Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus der Abbaureaktion. c) Geben Sie die Struktur des Phenylthiohydantoins an lcnv303k07aw.ppt - OC_III - peptide 18

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