QUIMICA ORGANICA IIAño 2012

Profesores Responsables

Dra. Ana N. SantiagoDra. Marisa Martinelli

Dr. Daniel A. Wunderlin

Aminoácidos – Péptidos - Proteinas

CH3NCHO

O+-

R

-Aminoácido

Péptidos

Dipéptido

Enlace amida(enlace peptídico)

CO

RN R

H

.. CO-

RN

R

H

+

Carácter de doble enlace parcialbarrera de rotación = 18 Kcal/mol

CO

N

Solapamiento de los orbitales p

-aminoácidos péptidos proteínas

COC

OH3N

R

H

+ -

+CO

C

OH3N

R

H

+ - -H2O CC

OH3N

R

H

+

CC

NH

RH -

O

Ocalor

Reacción de Aminoácidos - Síntesis de Péptidos

Secuencia: es el orden de los enlaces en un péptido

Alanilglicina (Ala-Gly)

AminoácidoN-terminal

AminoácidoC-terminal

Reacción bioquímica clave de los aminoácidos conversión en péptidos

Izquierda Derecha

A todos con excepción del C-terminal se le asigna sufijo il

+H3N CH C NHCH2C

O-

CH3

OO

AA

AA

AA

EnlacePéptidico

AA

LAS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DE PROTEÍNAS SE ASOCIAN EN GRAN MEDIDA CON SU ESTRUCTURA PRIMARIA, AUNQUE LA BIODISPONIBILIDAD DE AA CAMBIA EN FUNCIÓN DE OTROS ASPECTOS (por ej. accesibilidad de la unión peptídica para las proteasas intestinales).

PÉPTIDOS DE CADENA LARGA PROTEÍNAS.

ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS Estructura Primaria

Estructura Secundaria Proteínas (espiral)

Estructura Secundaria Laminar

Estructura Terciaria:El péptido se pliega sobre si mismo, manteniendo las estructuras espiraladas y las laminares, sumado a regiones amorfas

Espiral

Laminas

Estructura Cuaternaria: Constituida por sub-unidades de péptidos asociados entre sí.

Importante en enzimas, ya que la distancia entre los sitios activos está determinada por la conformación espacial de las distintas sub-unidades de la proteína (enzima en este caso).

Las estructuras cuaternarias de las proteinas pueden ser determinadas por cristalografía de Rayos X.

Estructura Cuaternaria: algunas estructuras cuaternarias son arreglos mas lineales de una o mas proteínas

Las proteínas pueden forman redes tridimensionales de una o mas proteínas.Estas redes contribuyen a la estructura de alimentos, etc.

ESTRUCTURAS DE PROTEÍNAS:¿Cuales son las “fuerzas” que provocan los pliegues y dan rigidez estructural a las proteínas?

Interacciones y uniones implicadas en la estructura proteica y formación de redes:

electrsotática

Pte. Hidrógeno

HidrofóbicaPte. Disulfuro

Hidrofóbica

Dipolo-Dipolo

Interacciones y uniones implicadas en la estructura proteica

Enlace Covalente 330-380 1-2 S-SAgentes

REDUCTORES

Puente Hidrógeno 8-40 2-3 Amida, Oxhidrilo, Fenol

Detergentes, calentamiento

Interacción Hidrofóbica 4-12 3-5

Aminoácidos con cadenas laterales alifáticas largas o

aromáticas

Solventes Orgánicos

Interacción Electrostática 42-84 2-3Carboxilo, Amonio,

etc.Soluciones Salinas;

pH alto o bajo

van der Waals 1-9Dipolos

permanentes o inducidos

Enlaces e Interacciones en Proteínas

Tipo Energia kJ/mol Distancia Interacc. A

Grupos Funcionales que participan

Condiciones que lo perturban

PROTEÍNAS:DESDE ÚNIÓN PEPTÍDICA DE AMINOÁCIDOS HASTA LA ESTRUCTURA CUATERNARIA.

¿Podemos Sintetizar Proteínas?

¿Podemos hacer que esas proteínas sintéticas “funcionen”?

Síntesis de Péptidos no Dirigida

Phe + Gly

CH2C6H5

NH3CHCO

O

Fenilalanina

CH2C6H5

NH3CHCO

O

Fenilalanina

H3NCH2CO

O

Glicina

H3NCH2CO

O

Glicina

H3NCH2CO

O

Glicina

CH2C6H5

NH3CHCO

O

FenilalaninaCH2C6H5

NH3CHCO

O

H3NCH2CO

O

Fenilalanina Glicina

Phe-Gly + Phe-Phe + Gly-Phe + Gly-Glycalor

Síntesis de Péptidos Dirigida - EstrategiaPhe + Gly Phe-Gly

+

CH2C6H5

NHCHCOH

O

H2NCH2C

O

FenilalaninaN-protegida

Z Y

GlicinaC-protegida

Estrategia de Síntesis

CH2C6H5

NHCHC

O

NHCH2C

O

Z Y

Phe-Gly protegida

Formación del enlace peptídico

- H2O

Phe-Gly

CH2C6H5

CHC

O

NHCH2C

O

H3N+

O-

Desprotección

Acilación del Grupo Amino - Protección N Terminal

CO2CH3-CH-

NH3

CO2HCH3-CH-

NH2

Alanina

-

+ ¨

CH3COCCH3

O O

Anhídrido acético

NH2-C-O-CHCH3

OCCH3O

HO2C

H3CNH-CCH

CH3HO2C

H3C O

N-Acetilalanina89-92%

+ CH3COH

O

Intermediario tetrahédrico

Agentes acilantes: cloruros de ácido anhídridos

Reacciones de los Aminoácidos

Acilación del Grupo Amino - Protección N Terminal

CO2-H3NCH-

Alanina

+

O1. NaOH, H2O

2. H+

O

CH3

CH2OCCl+

CH3

CH2OCNHCHCO2H

Cloruro de benciloxicarbonilo

(Cloroformiato de bencilo)

N-Benciloxicarbonilalanina

Cloruro de ter-Butoxicarbonilo (Boc-)

(CH3)3COCCl

O

Amida de un éster carbamato (uretano)

Z-Ala

Desprotección del Grupo Amino

O

CH3

CH2OCNHCHCO2H

CO2

CH3

H2NCHCO2H

Boc- Resistente a la hidrogenólisis

N-Benciloxicarboalanina

Boc-Péptido

Hidrogenólisis

Tratamiento ÁcidoO

(CH3)3CO C-NH-CH -CONH

R ó CF3COOH+ CO2 +

R2-metilpropeno

NH3-CH-CONH(CH3)2C=CH2+

N-ter-Butoxicarbonil péptido

HBr

CH3 O

CH3

CNHCHCO2HOH+

Ác. carbámico

H2, Pd

Esterificación del Grupo Carbonilo- Protección C Terminal

Éster etílico del hidrocloruro de alanina (90-95%)

CH3CH2

OH

:

HCl

COCH2CH3CH3-CH-

NH3

O

+

Cl-

CO2CH3-CH-

NH3

CO2HCH3-CH-

NH2

Alanina

-

+ ¨

Alanina

+ H+

CO2H3NCH-+

CH3

CH2OH-

H3NCH-COCH2+

CH3

O

Éster bencílico de alanina (90%)

Esterificación de Fisher

Desprotección del Grupo Carboxilo

H2, PdH3NCH-COCH2+

CH3

OH3NCH-CO

+

CH3

O-

CH3

+

Hidrogenólisis

COCH2CH3NH3-CH-

H2C

O+

Ph

H3O+

COHNH3-CH-

H2C

O+

Ph

+ CH3CH2OH

Hidrólisis

DCCI= N,N´-diciclohexil-carbodiimida (R=ciclohexil)

O-Acilisourea

+

CH3

CH2OCNHCHCOHOO

RN=C=NR

CH3

CH2OCNHCCO

OO

CNR

NHR

+

CH3

CH2OCNHCHCO-OO

RHN=C=NR+

Síntesis de Péptidos - Método en Solución

Paso 1: Activación del grupo carboxilo

Síntesis de Péptidos - Método en Solución

Paso 2: Formación del enlace peptídico

Valina-C-protegida

Crece por el extremo C-terminal

CH3

NHCC O

O

C

NR

NHR +ZCH(CH3)2

NH2CHC-YO

CH3

NHCC

O

ZCH(CH3)2

NHCHC-YO

+ CO

NHR

NHR

FASE LÍQUIDA

Se fija un aminoácido N-protegido

Síntesis de Péptidos - Fase Sólida - Síntesis de Merrifield

Poliestireno funcionalizado al 10 %Resina de Merrifield

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2C l NHR´ CH

CO

O

CO

O

Crece por el extremo N-terminal

Premio Nobel 1984

Primer aminoácido fijado

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2O

CO

C HR N H C O

O

Cl

Desprotección del grupo amino

FASE LÍQUIDA

Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield

Primer aminoácido fijado

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2O

CO

C HR N H C O

O

CF3 COOH

CH2Cl2

Se fija el segundo aminoácido

N-protegido, C-activado

Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield

FASE LÍQUIDA

NHR´ CH

CO

O

CO

O

Primer aminoácido fijado

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2O

CO

C HR N H 2

RN=C-NHR

Desprotección del grupo amino

FASE LÍQUIDA

Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield

CH2Cl2

CF3 COOH

Segundo aminoácido fijado

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2O

CO

C HR N H

N HR ´ C H

CO

O

C O

Se libera el péptido del polímero

FASE LÍQUIDA

Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield

HF

Segundo aminoácido fijado

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

C H 2O

CO

C HR N H

N H 2R ´ C H

CO

Liberación del péptido

FASE LÍQUIDA

Síntesis de Péptidos - Síntesis de Merrifield

OHC

O

CHR NH

NH2R´ CH

CO

Péptido obtenido

FASE SÓLIDA INSOLUBLE

OHC

O

CHR NH

NH2R´ CH

CO

C H 2F

Premio Nobel de

Química 1984.Robert

Bruce Merrifield

Merrifield estudió química en la Universidad de

California (Los Ángeles). En 1949 fue nombrado

investigador auxiliar de la Escuela Médica y Docente

del Instituto Rockefeller, cargo que ostentó hasta 1966,

a partir de aquel momento ocupó la cátedra de bioquímica

en esta misma institución. Merrifield murió el 14 de mayo de 2006

Nació en el año 1921

(Fort Worth, EUA ).

Falleció en 2006, en

Cresskill.

La síntesis peptídica en fase sólida (SPPS en sus siglas en inglés), cuyo pionero fue Merrifield constituyó un cambio

de paradigma para la comunidad científica dedicada a la síntesis química de péptidos. En la actualidad es el método

usado en la creación de péptidos y proteínas en laboratorio. La SPPS permite sintetizar péptidos naturales difíciles de

expresar en bacterias, incorporar aminoácidos no proteicos, modificar el esqueleto de péptidos y proteínas y sintetizar

proteínas a partir de D-aminoácidos. En esta síntesis, pequeñas partículas porosas pero insolubles, son tratadas con

unidades funcionales (agentes de acoplamiento) sobre las que se construyen las cadenas

peptídicas. El péptido permanece unido covalentemente a la partícula hasta que es

desanclado por reactivos como el fluoruro de hidrógeno líquido o el ácido trifluoroacético

(TFA). El péptido queda así inmovilizado en la fase sólida y permanece retenido durante el

proceso de filtrado, mientras que los reactivos de la fase líquida y los subproductos de la

síntesis son eliminados.

Galardonada por

Reseña

Campo de trabajo

Química Orgánica

Por desarrollo del método de

síntesis peptídica en fase

sólida SPPS

Determinación de Estructura de Péptidos - Análisis de Aminoácidos

CC

OH3N

R

H

+

CC

NH

RH -

O

O

HCl (6M), 100°C

24 hsPéptido Aminoácidos

Hidrólisis enlace peptídico

Análisis aminoácidos totales (no secuencia)

El método de hidrólisis ácida / básica se usa para conocer la composición global de aminoácidos (en alimentos por ej.). Los aminoácidos hidrolizados son separados por cromatografía, coloreados por reacción con ninhidrina y medidos por densitometría o espectrofotometría

F

NO2

NO2

Análisis de la Secuencia – Estructura Primaria Péptidos y Proteínas.

– Determinación N-Terminal Reactivo de Sanger (Nobel 1958) 2,4-dinitrofluorobenceno (DNP)

O

CH(CH3)2

O

CH2C6H5

O O

CH3

O-

DNP-Val-Phe-Gly-Ala

O2N

NO2

HNCHC HNCHC HNCH2C HNCHC

DNP-Val + Phe + Gly + Ala

H3O+

Péptido

O

CH(CH3)2

O2N

NO2

H2NCHCF +

Se limita a conocer el aa-N-terminal, el resto se hidroliza sin conocer la secuencia

Degradación de Edman

Análisis de la Secuencia – Determinación N-Terminal

N C S

Fenil isotiocianato

+ H2NCHCO

RNHCHC

R´

ONHCHC

R´´

O

NHCHCO

R

NHCHC

R´

ONHCHC

R´´

O

NH

CS

HF anhidro

Derivado de feniltiohidantoína

+

HCHN N

OR

SH2NCHC

R´

ONHCHC

R´´

O

30 + ciclos de degradación.

Permite evaluar la secuencia primaria

Feniltiourea

CH2NCH2OH

O

Glicina

CH3NCH2O

O

forma zwitteriónica de la Glicina

+-

RESUMEN

Quirales (proteínas son L)

Compuestos difuncionales

Anfóteros – Comportamiento ácido-base

Punto Isoeléctrico

Las síntesis de laboratorio presentadas producen mezclas racémicas: Aminación de -haloácido Síntesis de Strecker Síntesis de Gabriel y Síntesis Malónica Aminación Reductiva

La síntesis natural es quiral

Dan las reacciones características de sus grupos funcionales: Acilación del grupo amino Esterificación del grupo carbonilo

CH3NCHO

O+-

R

-Aminoácido

H3N

CO2

RH

-+

+H3N

CO2

HR

-

RESUMEN

Dipéptido

-H2O CC

OH3N

R

H

+

CC

NH

RH -

O

OCO

C

OH3N

R

H

+ -

+CO

C

OH3N

R

H

+ -

Enlace amida(enlace peptídico)

Reactivo de Sanger Degradación de Edman

Análisis de la secuencia de Péptidos

Síntesis de Péptidos Método en Solución Fase Sólida

LAS PROTEÍNAS EN ACCIÓN: DE HARINA A MASA QUÍMICA DE ELABORACIÓN DEL PAN.

Estructura del GLUTEN: Gliadina (prot. globular) + Glutenina (prot. fibrilar)

Reacciones REDOX sobre las proteínas del Gluten: REDUCCIÓN

Cadenas de GLUTENINA unidas por puente disulfuro (S-S) inter-moleculares

SH

SH

Cadenas de GLUTENINA “libres”, con grupos TIOL (SH)

REDUCTOR

Cadenas de GLIADINA unidas por puentes disulfuro (S-S) intra-molecular.

REDUCTORSH SH

Cadenas de GLIADINA “abierta”, con grupos TIOL (SH)

SH

SH

Reacciones REDOX sobre las proteínas del Gluten: OXIDACIÓN

SH SH

SH

SH

SH

SH

OXIDANTE

S

S

S S

S

S

SS

Cadenas de Gliadina + Glutenina UNIDAS por puente disulfuro (S-S) INTER-molecular

Las proteínas pueden forman redes tridimensionales de una o mas proteínas.Estas redes contribuyen a la estructura de alimentos, etc.