Ringvorlesung Bio(an)organische Chemie. Kofaktoren und Vitamine Die Moleküle des Lebens. Armin Geyer. Fachbereich Chemie Philipps-Universität

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1 Ringvorlesung Bio(an)organische Chemie Kofaktoren und Vitamine Die Moleküle des Lebens Armin Geyer Fachbereich Chemie Philipps-Universität 15. Apr. 2005

2 Inhalt Definition und Übersicht Antioxidantien: Vitamin C und E para-chinone Redoxchemie der Chinone ydridübertragung mit Dihydropyridinen Struktur von -eterozyklen Vorlesungsteil Chemie (Folien: Chem) Vitamin E in Industrie und Labor ydridübertragung mit AD(P) Dihydropyridine -eterozyklen, Folsäure: Vom Kofaktor zum Medikament

3 Kofaktoren und Vitamine Viele Enzyme benötigen sogenannte Kofaktoren, um ihre Funktion erfüllen zu können. 1. Metallionen: Zink für Carboxypeptidase A, Eisen für ämoglobin 2. rganische Moleküle: Coenzyme Einige Coenzyme werden vom Protein nur vorrübergehend (transient) gebunden, andere sind permanent mit dem Protein verknüpft: Prosthetische Gruppen oloenzym = Apoenzym + Kofaktor Einige Kofaktoren kann der Körper nicht selbst synthetisieren. Diese müssen mit der ahrung aufgenommen werden: Vitamine und Spurenelemente. Vitamine sind die chemischen Vorstufen der Kofaktoren.

4 Kofaktoren und Vitamine Die wasserlöslichen Vitamine: B, C, Gruppenübertragungen und Redoxprozesse Zahlreiche weitere Stoffe werden mit der ahrung aufgenommen. Z.B.: Die essentiellen Aminosäuren etc.

5 Kofaktoren und Vitamine Die wasserlöslichen Vitamine: B, C, ur ein wasserlösliches Vitamin ist kein Koenzym: Ascorbinsäure (Vitamin C)

6 Kofaktoren und Vitamine Die fettlöslichen Vitamine in unserer ahrung: A, D, E, K Konjugierte Doppelbindungen absorbieren Licht para-chinone für Redox-Prozesse

7 Vitamin E Lecithin ist ein typischer Baustein von Biomembranen. Der homolytische C- Bindungsbruch erfolgt leicht bei ungesättigten Fettsäuren: R- wird zu R +

8 Vitamin E C 3 3 C C 3 C 3 C _ + _ C 3 C 3 Lipid-- C 3 C _ Lipid-- C 3 C 3 Tocopheroxy- Radikal C 3 C C3 C3 _ C 2 C 2 Semidehydroascorbinsäure Die Vitamin-Radikale ist stabilisiert (mesomere Grenzformeln). Ascorbinsäure übernimmt das Radikal in die wässrige Phase (Blut). Dort zersetzt es sich weiter und wird über die ieren ausgeschieden. Vitamin E wird mehrfach verwendet, Vitamin C nicht. Daran misst sich der tägl. Bedarf

9 Chem Vitamin E

10 Chem Vitamin E

11 Chem Vitamin E

12 Chem Wacker xidation Die xidation von Ethen zu Acetaldehyd mit Palladium(II)chlorid und Kupfer(II)chlorid - der Wacker-Prozess - ist einer der wichtigsten, katalysierten, industriellen Prozesse. Die grosstechnische Umsetzung von Ethen erfolgt in wässriger Salzsäure. Dieses System ist aber für endständige lefine aufgrund möglicher Umlagerungen der Doppelbindung nicht geeignet. Im ersten Schritt der Wacker-xidation erfolgt eine Komplexierung des lefins am Palladium(II)- Katalysator. Durch nucleophilen Angriff eines Wasser-Moleküls bildet sich ein Palladiumorganyl. Ein ydridshift führt zum Keton als Produkt. Die reduktive Eliminierung von Cl ergibt Palladium der xidationsstufe 0, das durch Kupfer (II) reoxidiert wird.

13 Chem Vitamin E

14 Chem Vitamin E

15 Kofaktoren und Vitamine Beispiel Folsäure (Folat) 1. Entwicklung von Medikamenten auf der Basis von Sulfanilamid 2. Funktion von Folat in unserem Körper: C 1 -Stoffwechsel

16 Folsäure Mikroorganismen können Folsäure (Folat) synthetisieren Ein wichtiger Baustein dafür ist para-aminobenzoesäure zusammen mit 2-Amino-6-methyl-4-oxo-pteridin und Glutaminsäure 2 2 C 3 2 C 2 C 2 C 2 2 Chemische Grundkörper: eterozyklen: Pteridin, Pyrimidin, Pyrazin, Pyridin 2 C 2 Substituierte Aromaten: Anilin, Benzoesäure

17 emmung der Folsäuresynthese para-aminobenzoesäure und Sulfonamide haben ähnliche molekulare Abmessungen. 6.7 A 6.9 A Bakterien verwechseln die Sulfonamide mit der para- Aminobenzoesäure. Sulfonamide stören den Stoffwechsel von Bakterien. Sulfanilamid-Derivate sind antiinfektiöse eilmittel 2.3 A para-aminobenzoesäure 2 S 2.4 A Sulfonamid (Grundgerüst) z.b. RP2254 auptwirkung: antiinfektiös ebenwirkung: Krämpfe durch zu niedrigen Blutzucker, diuretisch etc... S S

18 Vom Kofaktor zum Medikament z.b. Carzenid auptwirkung: diuretisch, ebenwirkung:? S 2 S Cl C 3 z.b. Tolbutamid auptwirkung: Antidiabetikum ebenwirkung: diuretisch, bakteriostatisch S z.b. RP2254 auptwirkung: antiinfektiös ebenwirkung: Krämpfe durch zu niedrigen Blutzucker, diuretisch etc... S S

19 Folsäure und ihre eigentliche Aufgabe in unserem Körper 2 2 Folsäure 2 R 2 R Folsäure wird in zwei Stufen über DF (Dihydrofolsäure) zu TF (Tetrahydrofolsäure) reduziert. Dihydrofolatreduktase DF 2 ADP R ein Tautomer Dihydrofolatreduktase ADP + + In dieser Form dient es als Kofaktor für den C 1 - Metabolismus TF 2 2 R = 2 2 R

20 Folsäure und ihre eigentliche Aufgabe in unserem Körper 2 Der TF-Pool dient als Quelle für C 1 -Bausteine. TF 2 R Diese werden für den Aufbau unterschiedlicher Stoffklassen eingesetzt. Beispiel: Glycinsynthase C C 2 Glycin 5, 10 - Methylen-TF TF 5, 10 - Methylen-TF C 2 R C C Formyl-TF Uracil Thymin istidin, Phosphatidylcholin etc..