Wykad Monograficzny 2 Naturalne Zwizki Organiczne aminokwasy Dr

Wykład Monograficzny [2]– Naturalne Związki Organiczne aminokwasy Dr inż. Hieronim Piotr Janecki http: //janecki. pr. radom. pl/polimery/lchpolimerow. htm

Martwe znasz prawdy, nieznane dla ludu, Widzisz świat w proszku, w każdej gwiazd iskierce. Nie znasz prawd żywych, nie obaczysz cudu! Miej serce i patrzaj w serce!" Zawarta w sorgo leucyna stosowana w nadmiarze może być szkodliwa dla organizmów Analizując szkodliwe i nieszkodliwe działanie aminokwasów widzimy analogię do działania witamin -Witaminy, których nadmiar bywa szkodliwy są rozpuszczalne w wodzie. Witaminy A, D, E i K, których nie można, przedawkować są rozpuszczalne w tłuszczach https: //pl. wikipedia. org/wiki/Witaminy 2021 -06 -05 2

co przyswajamy? 1 - Aminokwasy są prekursorami biosyntezy alkaloidów Aminokwas – związek zawierający jednocześnie grupę aminową oraz karboksylową 2021 -06 -05 3

Definicja • Aminokwasy są organicznymi związkami chemicznymi zawierającymi kwasową grupę karboksylową -COOH oraz zasadową grupę aminową -NH 2 patrz Rysunek ** Ogólnie dowolną grupę kwasową, np. sulfonową -SO 3 H oraz zasadową grupę aminową -NH 2 []. Aminokwasy są amfolitami []. Należy zauważyć, że nietrwały karbamid HO(C=O)-NH 2 zawierający w strukturze grupę karboksylową i grupę aminową nie jest aminokwasem, lecz amidem kwasu węglowego. Wszystkie aminokwasy zawierają, co najmniej dwa atomy węgla. W ten sposób atom węgla, do którego podstawiona jest grupa aminowa decyduje, do jakiej klasy aminokwasów należy związek. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Aminokwasy , • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Amfolity , 2021 -06 -05 Co to jest Zwitterion? 4

Najprostszy Aminokwas • Najprostszym Aminokwasem jest glicyna • można ją otrzymać sztucznie w reakcji kwasu chlorooctowego z amoniakiem[2]. • Cl. CH 2 COOH + 2 NH 3 → H 2 NCH 2 COOH + NH 4 Cl 2021 -06 -05 5

wzory • Ogólny wzór L-aminokwasu w projekcji Fischera • Schemat obrazujący zasady projekcji Fischera 2021 -06 -05 https: //pl. wikipedia. org/wiki/Aminokwasy_bia%C 5%82 kowe 6

Podział aminokwasów AMINOKWASY SYNTETYCZNE (DL, L, D) NATURALNE (DL) BIAŁKOWE (L) piewszorzędowe (kodowane) endogenne 2021 -06 -05 NIEBIAŁKOWE (D, L) drugorzędowe trzeciorzędowe egzogenne A. Kołodziejczyk - Naturalne związki organiczne str 22 7

Wyliczanka – co wiemy • Znanych jest ponad 300 aminokwasów występujących naturalnie. W skład białek wszystkich organizmów żywych wchodzi głównie 20 podstawowych aminokwasów kwasami biogennych, które łącząc się ze sobą wiązaniem peptydowym wchodzą w skład białek. Aminokwasy są podstawowymi jednostkami budulcowymi peptydów i białek []. • http: //www. chemorganiczna. com/teksty-o-chemii/21 -aminokwasy. html, 2021 -06 -05 https: //pl. wikipedia. org/wiki/Aminokwasy_bia%C 5%82 kowe 8

Wyliczanka – co wiemy? • a-Aminokwasy nazwa ta dotyczy L-α-aminokwasów, w których grupa aminowa znajduje się przy drugim atomie węgla, licząc łącznie z atomem węgla grupy karboksylowej. Liczenie rozpoczyna się zawsze od atomu węgla grupy karboksylowej. Według IUPAC α-aminokwas jest 2 -amino kwasem. Najprostszym przedstawicielem proteino gennych α-aminokwasów jest glicyna (Rysunek*) kwas amino octowy. Ten aminokwas odkryty w 2009 roku w komecie []!!!. Proteino -genne aminokwasy obok kwasów nukleinowych są budulcem białek wszystkich istot żyjących na ziemi. • http: //stardust. jpl. nasa. gov/news 115. html, https: //pl. wikipedia. org/wiki/Konfiguracja_D_i_L 2021 -06 -05 http: //aminokwasy. com/aminokwasy/ 9

Wyliczanka – L a oraz b • • http: //ztibsl. ch. pw. edu. pl/3 wm/upl/1361989118. pdf http: //www. chemia-pwsz. sanok. pl/cwiczenia_ogolna/cwiczenia 14. pdf Lokalnie 1 2021 -06 -05 https: //pl. wikipedia. org/wiki/%CE%92 -Alanina 10

Wyliczanka – co wiemy? • β-Aminokwasy: grupa aminowa β-aminokwasów przyłączona jest do trzeciego atomu węgla. Według IUPAC 3 -Aminokwasy. Najprostszym przedstawicielem jest β-alanina NH 2(CH 2)COOH. kwas 3 -aminopropionowy 2021 -06 -05 11

Wyliczanka – co wiemy? γ- Aminokwasy; w tych aminokwasach grupa aminowa przyłączona jest do czwartego atomu węgla licząc od węgla grupy karboksylowej. Zgodnie z nomenklaturą IUPAC-są to tzw. 4 aminokwasy. Najprostszym przedstawicielem jest kwas gaminomasłowy, kwas 4 -amino-masłowy, GABA 2021 -06 -05 12

Aminokwasy • Aminokwasy zazwyczaj są rozpuszczalne w wodzie i w warunkach fizjologicznego p. H są zjonizowane. Wartość p. H, w której aminokwas istnieje w roztworze głównie w formie jonu obojnaczego, a stężenia formy anionowej i kationowej są sobie równe określa się, jako punkt izoelektryczny – p. I. Dla aminokwasów obojętnych (zwierających jedną grupę aminową i jedną grupę karboksylową) p. I wynosi 5 – 6, 2021 -06 -05 13

Aminokwas • Dla aminokwasów zasadowych (zwierających więcej grup zasadowych niż kwasowych) p. I wynosi ok. 10. Dla aminokwasów kwasowych (zawierających więcej grup kwasowych niż zasadowych) p. I wynosi ok. 3. Zmiany właściwości aminokwasu na przykładzie glicyny ilustruje Rysunek 159 oraz Rysunek*. 2021 -06 -05 14

Zmiana p. H glicyny w czasie miareczkowania roztworem Na. OH 2021 -06 -05 15

Zmiana właściwości glicyny następująca wraz ze zmianą środowiska Wykres nasycenia p. H (bivalentnej) - Glicyny p. H 50%= 1/2 * ( p. Kd(c) + p. Kd(n) ) 1. 0 0. 8 Ya 0. 6 0. 4 0. 2 0. 0 1. 0 2. 0 3. 0 4. 0 5. 0 6. 0 7. 0 8. 0 9. 0 10. 0 11. 0 p. H 2021 -06 -05 16

Aminokwasy • Obecność w aminokwasach grupy karboksylowej i grupy aminowej powoduje, że są one związkami amfoterycznymi. W roztworach wodnych występują głównie w formie jonów. W zależności od p. H środowiska jony te mogą mieć charakter kwasowy bądź zasadowy: • NH 3+-CH 2 -COOH fg NH 2 CH 2 -COO fg NH 2 -CH 2 COO 2021 -06 -05 17

Zmiany stanu jonizacji aminokwasów w zależności od p. H 2021 -06 -05 18

Aminokwasy mogą powstawać w wyniku hydrolizy peptydów • Hydroliza peptydu na aminokwasy • Reakcja odwrotna syntezy peptydu 2021 -06 -05 19

Przykładowe aminokwasy • Alanina (Ala) jest prostym endogennym α-aminokwasem, należy do dwudziestu standardowych aminokwasów białkowych. Za jej pojawienie się w łańcuchu polipeptydowym odpowiada obecność kodonów GCU, GCC, GCA lub GCG w łańcuchu m. RNA []. Łańcuch boczny alaniny stanowi grupa metylowa. Ponieważ przy atomie węgla α występują cztery różne podstawniki (patrz - Izomeria przestrzenna) alaninę zalicza się do grupy aminokwasów optycznie czynnych. W białkach występuje jako izomer szeregu L. Alanina jest aminokwasem niepolarnym alifatycznym. Alanina stanowi średnio około 7. 8% reszt aminokwasowych występujących w białkach. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Alanina, 2021 -06 -05 20

kodon • Tabela kodonów Kodon (triplet) • – jednostka w sekwencji • m. RNA składająca się • z trzech nukleotydów • kodujących • określony aminokwas. 2021 -06 -05 21

Alanina 2021 -06 -05 22

Prolina • Prolina (Pro) należy do grupy α-aminokwasów, zawierających w swej strukturze pięcioczłonowy pierścień pirolidynowy. Punkt izoelektryczny: 6, 30. Prolina ma słodki smak. Prolina jest składnikiem wielu białek, wpływającym w znacznym stopniu na ich strukturę trzeciorzędową. Struktura helisy alfa jest niemal pozbawiona proliny. Aminokwas ten obok swojej pochodnej – hydroksyproliny jest głównym składnikiem struktury helisy kolagenu. Przekształcenie proliny w hydroksyprolinę jest katalizowane przez hydroksylazę prolinową w obecności koenzymu – witaminy C. Zaburzenia tego procesu wskutek niedoboru witaminy C mogą prowadzić do szkorbutu []. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Prolina, https: //pl. wikipedia. org/wiki/Helisa_alfa 2021 -06 -05 23

Piękno jest w oku widza • Renault Laguna – królowa lawet…. Natomiast • Prolina – królowa aminokwasów • L-prolina jest żywieniowo niezbędnym aminokwasem u młodych ssaków (22) oraz rannych zwierząt i ludzi (23). Wiąże się to z faktem, iż endogenna synteza tego aminokwasu z L-argininy jest niewystarczająca, aby pokryć zapotrzebowania organizmu w wymienionych powyżej stanach fizjologicznych. 2021 -06 -05 https: //www. twoje-odzywki. pl/l-prolina_-_krolowa_aminokwasow-a-33. html 24

Prolina 2021 -06 -05 25

Selenocysteina • Selenocysteina (Sec) jest aminokwasem naturalnie występujący w licznych białkach. Znajduje się w t. RNA w katalitycznej części niektórych enzymów. Reszta selenocysteinowa powstaje przez modyfikację seryny związanej z cząsteczką t. RNA. []. • http: //pubchem. ncbi. nlm. nih. gov/summary/sum mary. cgi? cid=6326983, 2021 -06 -05 26

Selenocysteina 2021 -06 -05 27

Seryna • Seryna (Ser) jest kwasem α-amino-βhydroksypropionowym. Seryna jest aminokwasem kodowanym, endogennym, wchodzi w skład białek - kazeina w mleku czy fibroina jedwabiu. Jest obojętna elektrycznie. Niezbędna w diecie człowieka. Seryna pełni ważną funkcję w [, trawieniu białek jako składnik proteaz serynowych ]. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Seryna, • http: //pubchem. ncbi. nlm. nih. gov/summary/summa ry. cgi? cid=5951&loc=ec_rcs, 2021 -06 -05 28

Seryna • Seryna należy do proteaz - Do proteaz serynowych należą m. in. chymotrypsyna, trombina. 2021 -06 -05 29

Treonina • Treonina (nazwa skrótowa Thr lub T, kwas α-aminoβ-hydroksymasłowy) - obojętny elektrycznie hydroksyaminokwasem [] aminokwas kodowany, składnik wielu białek. Należy do egzogennych aminokwasów niezbędnych. Treonina jest aminokwasem optycznie czynnym posiadającym drugi asymetryczny atom węgla obok węgla α. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Kategoria: Hydroksyaminokwasy, 2021 -06 -05 30

Treoninki • Aminikwas niezbędny występujący naturalnie w formie - L, która jest formą aktywną [127] • Produkty o dużej zawartości treoniny to twaróg, drób, ryby, mięso, soczewica, i ziarno sezamowe [, ]. http: //pl. wikipedia. org/wiki/Treonina , • http: //pubchem. ncbi. nlm. nih. gov/summary. cgi? cid=6288&loc=ec_rcs , 2021 -06 -05 31

Tryptofan • Tryptofan (Trp) jest obojętnym elektrycznie aminokwasem, z podstawnikiem w łańcuchu bocznym zawierającym szkielet indolu. Tryptofan wchodzi w skład białek - mleka [], białka krwi, należy do aminokwasów egzogennych - niezbędnych (nie może być syntetyzowany w organizmie człowieka i musi być dostarczany z pożywieniem). Zdolność do jego syntezy mają niektóre rośliny i bakterie. Dzięki przemianom tryptofanu są powstają inne istotne związki, między innymi tryptaminy. Do najbardziej znanych tryptamin naturalnych należą: serotonina i melatonina. W organizmach zachodzi przemiana Trp → 5 hydroksytryptofan → serotonina, niacyny i roślinne hormony wzrostu -auksyny. • http: //www. laboratoriumurody. pl/forum/tryptofan, t 924. html, 2021 -06 -05 32

Tryptofan • • http: //www. laboratoriumurody. pl/forum/tryptofan, t 924. html, 2021 -06 -05 33

Tryptofan • • http: //www. laboratoriumurody. pl/forum/tryptofan, t 924. html, 2021 -06 -05 34

Tryptofan • • http: //www. biologia-chemia. cba. pl/biochemia/synteza_tryptofanu. gif 2021 -06 -05 35

Tryptamina • Tryptamina to aminowy organiczny związek chemiczny powszechnie występujący w organizmach żywych. Jak wspomnieliśmy uprzednio - In vivo jest ona syntetyzowana z tryptofanu, jako etap pośredni wytwarzania indolu oraz wielu alkaloidów [, ]. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Tryptamina, • http: //www. erowid. org/library/books_online/tihkal 53. shtml , • 2021 -06 -05 36

Tryptamina • , • Swoje doświadczenia z badań nad tryptaminami opisał farmakolog, syntetyk i badacz leków, znany z prowadzenia kampanii na rzecz legalizacji wybranych substancji psychoaktywnych - Alexander Shulgin w książce Ti. HKAL - Tryptamines i Have Known and Loved: The Continuation. []. • http: //www. erowid. org/library/books_online/tihkal. shtml , • https: //pl. wikipedia. org/wiki/Pi. HKAL 2021 -06 -05 37

Tryptamina • 2021 -06 -05 38

Walina • Walina (Val, V) - organiczny związek chemiczny, aminokwas egzogenny, kodowany przez kodony GUU, GUC, GUA oraz GUG. Jest aminokwasem niepolarnym o alifatycznym, rozgałęzionym łańcuchu bocznym -CH-(CH 3)2 [, ]. • http: //pl. wikipedia. org/wiki/Walina, • http: //pubchem. ncbi. nlm. nih. gov/summary. cgi? cid=1182 , 2021 -06 -05 39

Walina • Valine was first isolated from casein in 1901 by Hermann Emil Fischer. [3] The name valine comes from valeric acid, which in turn is named after the plant valerian due to the presence of the acid in the roots of the plant. [4][5] 2021 -06 -05 40

Aminokwasy • Reasumując - Aminokwasy są składnikami budulcowymi peptydów i białek (aminokwasy proteinogenne). Niektóre aminokwasy wchodzą w skład lipidów, seryna występuje w fosfolipidach, a glicyna w solach żółciowych. Glutaminian, asparaginian oraz glicyna odgrywają role neuroprzekaźników. Wszystkie aminokwasy za wyjątkiem lizyny i leucyny, mogą być metabolitami pośrednimi szlaku glukoneogenezy (aminokwasy glukogenne), służą do biosyntezy glukozy. 2021 -06 -05 41

Następny krok- peptydy • Z punktu widzenia budowy chemicznej peptydy są amidami kwasowymi. Peptydy mogą rozpadać się w wyniku hydrolizy na aminokwasy. • Krótkie peptydy o długości do ok. 10 reszt aminokwasowych określa się jako oligopeptydy, łańcuchy dłuższe to polipeptydy lub białka. 2021 -06 -05 42

Zastosowanie? ? ? kosmetyki • Ochronny płaszcz hydrolipidowy naskórka w 40% tworzą aminokwasy. Są one podstawowym składnikiem budulcowym, jak również substancją uczestniczącą w biosyntezie wielu związków i procesów w komórkach, np. : • Arginina - przeciwzapalna, przyczynia się do pobudzenia komórek skóry, • Prolina - ma najwyższą zdolność wiązania wody, • Glicyna, alanina, prolina - aktywują syntezę kolagenu, • Leucyna, alanina, glicyna – przeciwutleniacze (antyoksydanty), które wspierają naturalne mechanizmy obronne komórek 2021 -06 -05 https: //www. chantarelle. pl/peptydy-tajemniczy-eliksir-mlodosci. html 43

Zastosowanie? ? ? kosmetyki • Powtarzam - ochronny płaszcz hydrolipidowy naskórka w 40% tworzą aminokwasy. Są one podstawowym składnikiem budulcowym, jak również substancją uczestniczącą w biosyntezie wielu związków i procesów w komórkach, np. : • Seryna - reguluje płaszcz hydrolipidowy, • Lizyna - podnosi odporność skóry na wirusy. • Peptydy to organiczne związki chemiczne, powstające przez łączenie się cząsteczek aminokwasów w łańcuchy za pomocą wiązania peptydowego – co najmniej dwóch lub więcej aminokwasów. 2021 -06 -05 https: //www. chantarelle. pl/peptydy-tajemniczy-eliksir-mlodosci. html 44