Aminosavak, peptidek
Aminosavak Neutrális aminosavak COOCOO-
COO+ H3N
+
C H
H3N C H
alanin (Ala)
valin (Val)
COO-
+ H3N C H
H3N C H
COO-
+
CH2
H C CH3
CH
CH2
leucin (Leu)
CH CH3 CH3
COO-
CH3 CH3
C H
CH3
H
glicin (Gly)
+ H3N
+ H2N
CH2
C
H CH2 CH2
CH3
izoleucin (Ile)
prolin (Pro)
COO+
H3N
C
+
H
H3N
C
H
H
C
OH
CH2 OH
+
H3N
C H CH2
+
H3N
C
SH
cisztein (Cys)
treonin (Thr) COO+
H3N
C
H
CH2
H
CH2
CH3
szerin (Ser) COO-
COO-
COO-
COO+ H3N
C
H
CH2
COO+ H3N C H CH2 C
CH
NH
CH2 S OH
CH3
metionin (Met)
fenilalanin (Phe)
tirozin (Tyr)
triptofán (Trp)
Savas aminosavak
COO+
H 3N
C
H
CH2 COO-
aszparaginsav (Asp)
COO+
H3N
C
H
CH2 CH2 COO-
glutaminsav (Glu)
Bázisos aminosavak COOCOO+
H3N
C H
+
H3N
C H CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH
CH2
+
NH3
lizin (Lys)
COO+
H3N
C H CH2 C HC
+
C NH2 NH2
arginin (Arg)
NH2CH2CH2CH2CHCOOH o r n it in
NH 2
NH +
NH
CH
hisztidin (His)
Monoamidok
+
H 3N
CO O C H
+
H 3N
C H2
CH2
CH2
C H 2N
C O OC H
C
O H 2N
a s z p a r a g in ( A s n )
O
g l u t am in ( G l n )
Glicin: 1820 zselatinból izolálták. Alanin: selyemfibroinban nagy mennyiségben. Szerin: 4–8%-ban a fehérjékben. Cisztein, cisztin: 1–2%-ban a fehérjékben. Diszulfidhidak révén nagy stabilitás. Treonin: állati fehérjékben 4,5–5%, gabonafélékben kevesebb. Metionin: esszenciális AS, állati feh.: 2–4%, növényi feh.: 1–2%. Arginin: félig esszenciális AS, fehérjében 3–6%-ban található. Valin: tojás- és tejfeh.: 7–8%, elasztin: 15%. Leucin: legtöbb fehérjében 7–10%. Izoleucin: 4–7%-ban van a fehérjében.
Lizin: hal: 10–11%, hús, tej, tojás: 7–9%, gabona: 2–4%. Aszparaginsav: állati fehérjében 6–10% Aszparagin: növényi csírák, fiatal növények fehérjéinek jellegzetes komponense. Glutaminsav: 1866-ban izolálták búzalisztből. Búzafehérjében >30%, szójában, kukoricában 20%. Fenilalanin: 4–5%-ban található a fehérjékben, tirozinná tud alakulni a szervezetben. Prolin: búzában kb. 10%. Hisztidin: 2–3% a fehérjékben. Triptofán: 1–2%-ban van jelen.
Az α-aminosavak fizikai tulajdonságai Magas olvadáspont, oldékonyság szerkezet. Savval is, lúggal is sót képeznek.
sójellegű
Glicin ikerionos szerkezetének változása a pH hatására H3N +
CH2
CO O H
k ation s av
- H+ + H+
H 3N+
CH2 COO -
i ke ri on k ettős je lle mű
- H+ + H+
H 2N
CH 2
CO O -
ani on bázis
A természetes aminosavak fontosabb fizikai adatai Aminosav
Op (°C)
[α]
pI
pKs1
Gly
292
–
6,06
2,34
L-Ala
297
+14,6°
6,00
2,34
L-Val
315
+28,3°
5,96
2,32
L-Leu
295
+16,4°
6,02
2,36
L-Ile
283
+41,0°
5,98
2,36
L-Thr
253
–15,2°
6,16
2,71
L-Cys
258
–23,2°
4,8
1,65
L-Met
283
+23,2°
5,74
2,28
L-Phe
283
–4,5°
5,48
1,83
L-Tyr
344
–10,0°
5,66
2,20
L-Trp
282
–34,1°
6,30
2,38
L-Pro
222
–60,4°
5,89
1,99
L-Asp
270
+25,4°
2,77
1,88(3,65)
L-Glu
249
+32,0°
3,22
2,19(4,25)
L-Lys
224
+26,0°
9,74
2,18
L-Arg
238
+27,6°
10,76
2,17
α-helyzetű –NH2-csoport báziserőssége = NH3 de! pKb = 3,47 Lys ε-NH2 Arg guanidino-csoportja pKb = 1,52
Az α-aminosavak sztereokémiája O C
COOH
H
OH C H
OH C H
CH2OH
CH 2OH L-glicerinaldehid
L-glicerinsav
C OOH H2N C H R L-aminosav
Konfiguráció bizonyítás az optikai eltolódás alapján. CH 3 H C
NH 2
COOH L -a lan in (+)
C H3 H C N H Ac COOR a cil-L ( + )-a la n in é sz te r
etil-észter: 26° metil-észter: 29°
CH 3 H C N HA c C ON H2 ac il-L (+ ) -a la nin am id
A változás az L(+) tejsavnál teljesen azonos
Alanin (+) konfigurációja = L-tejsav konfigurációjával
Az α-aminosavak L- és D- izomerjei
COOH NH2
C CH3
COOH H
H
C
NH2
CH3
Optikai izoméria, D- és L-alanin. (A középső vonal a tükörsíkot jelenti.)
Egy akirális, aszimmetria centrummal nem rendelkező, a.) és egy királis, aszimmetria centrummal rendelkező, b.) molekula
a.)
b.)
Eredeti molekula
Eredeti molekula
A C X
A X
Akirális molekula: az eredeti molekulával fedésbe lehet hozni
Y
A
B X
C X
C
X
Királis molekula: az eredeti molekulával nem lehet fedésbe hozni
A
B B
X
C B Y
Racemizáció: L- vagy D-aminosavból
DL aminosav
Epimerizáció: Két aszimmetriacentrum közül csak az egyik szimmetriája változik meg. CH3
C2H5 *CH
H *C NH2 COOH L-izoleucin L-izoleucin
CH3
C2H5
*CH
H2N *C H COOH D-allo-izoleucin D-allo-izoleucin
Az aromás aminosavak UV-abszorpciója fenilalanin firozin triptofán
200−230 nm, és 250−290 nm-en abszorpciós maximum! Fehérje-meghatározás!
Az aminosavak kémiai tulajdonságai A karboxilcsoport reakciói: Aminosav-észterek R C C O OH + C 2H5O H NH2
HCl
R C C OO C 2H5 NH 2
α-aminosav-etilészter
Aminosav dekarboxilezése lizin kadaverin ornitin putreszcin
biogén aminok
H
CO O +
H 3N
C
H2N
H
H
CH2
CH2 CH2
C
–CO2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3
NH2
liz in (Lys )
ka dav er in
+
Az aminocsoport reakciói: Alkilezés szekunder, tercier, kvaterner aminovegyületek. Arilezés pl. 2,4 dinitro-fluor-benzollal 2,4 dinitro-fenil aminosavak Sanger (1945), a fehérjék aminosav-sorrendjének meghatározása.
O2N
F + H2N
CH
COOH
R
2,4-dinitro-fluor-benzol
NO2
HF
NO2
aminosav
O2N
NH
CH COOH R
2,4-dinitro-fenil-aminosav
Acilezés
N-acil-aminosavak
O R CH COOH + Cl C O CH2 C6H5 NH2 klór-hangyasav klór-hangyasav benzil-észter aminosav aminosav benzil-észter
R CH COOH NH C O CH2 C6H5 O
N-karbobenziloxiaminosav N-karbobenzoiloxi-
aminosav
H2 katalizátor
R CH COOH + CO2 + C6H5 CH3 NH2
Formaldehiddel
N-metilol származék és heterogyűrű
R R
CH
COOH + 3 HCOH
O
NH2
aminosav
H2C
formaldehid
CH N
COOH CH2 O
+ H2O
CH2
karbonsavszármazék
Salétromossavval HOOC
CH
NH2 + HO
nitrogénfejlődés NO
R
aminosav
HOOC
CH
OH + N2 + H2O
R
salétromossav
Oxidálószerek hatására L- R CH COO– + H2O + E NH2
FMN
hidroxisav
dezaminálódás R C COO–+ NH3 + E FMNH2 O
Kéntartalmú aminosavak reakciói Merkaptidok nehézfémekkel CH2 HC
SH
H+
NH2 + Ag+
CH2 HC
COOH
S Ag NH2
COOH
cisztein-fém-merkaptid
Tioéterek alkil-jodidokkal cisztein–SH + ICH2COO− = cisztein–S–CH2COO− + HI
Diszulfidok oxidálószerekkel –2H
R−SH + HS−R
+2H
R−S−S−R
Diszulfidhidak kialakulása erélyes oxidációval CH2 S
CH2 SH 2 HC
NH2
COOH
cisztein
oxidálószer
S CH2
HC NH2
HC NH2
COOH
COOH
cisztin
perhangyasav
CH2
SO3H
2 HC NH2 COOH
cisztein-szulfonsav
Hidroxi-aminosavak reakciói: C H 2 OH CH NH2
CH3
120 o C Ba(O H)2 vagy 6 M H C l
CH NH2
C OOH
CO O H
szerin
alanin
Az aminosavak színreakciói: Ninhidrinnel kékes-ibolya színű vegyület, de ! prolin sárga O
R
OH 2
OH O
ninhidrin
O C + C O2 H
+ H2N CH COOH R
aminosav
O
O N
3 H2O
O
O
színes termék
Reakció naftokinon-szulfonsavval vörös színű vegyület (Folin-féle meghatározás)
Reakció réz(II)-vegyületekkel komplex
COO
OOC Cu
R CH NH2
mélykék színű
CH R NH2
Az aminosavak közötti fontosabb reakciók Peptidkötés
H2N
,
R
R
CH COOH + H 2N
CH
R
-H2O COOH
H 2N CH
R' CO NH
CH
COOH
dipeptid R '' +
H2N
CH C OOH
-H2O
R H2N
R'
CH CO NH CH CO
R'' NH CH COOH
tripeptid R' ' ' +
H2N
CH
COOH
-H 2O
R H2N
CH CO
R' NH
R''
R' ''
CH CO NH CH CO
NH
CH COOH
tetrapeptid
H2N−CH2−CO−NH−CH2−COOH glicil-glicin A legegyszerűbb dipeptid A peptidszintézis lépései: ¾ védett aminosav-származékok előállítása, ¾ a peptidkötés kiépítése (kapcsolás), ¾ a védőcsoportok eltávolítása. 1. Az aminocsoport védése pl. klórhangyasav benzilészterrel, vagy tercierbutil-oxi-karbonil-aziddal O (CH3)3 CH2 O CON3+ H2N CH COOH R
tercier-butiloxi-karbonil-azid
aminosav
- N3H
(CH3)3 CH2 O C NH CH COOH R
BOC-aminosav
2. A karboxilcsoport védése pl. aminosav-tercier-butilészter formában CH3 H2N CH COOH + CH CH2 R CH3
aminosav
izo-butilén
H
CH3 H2N CH COO C CH3 R CH3
aminosav-terc-butilészter
2.1. Aktiválás karbonsav-kloriddal Z N H C H C O C l + H 2N C H C O O R 3 R2 R1
- HCl
N-karbo-benziloxi-aminosav-klorid Z NH C H C O H N CH CO OR 3 R2 R1
N-karbo-benziloxi-dipeptid-észter
2.2. Aktív észteres kapcsolás O
Cl
Z N H CH C O R1 Cl
Cl C l + H2N C H C OO C2H 5 Cl
N-karbobenziloxi-aminosav-pentaklór-fenilészter
R2
aminosav-etilészter
Cl O Z NH CH C N H CH COO C2H5 + HO R2 R1 Cl
N-karbobenziloxi-dipeptid-etilészter
Cl Cl Cl
pentaklór-fenol
3. Benzilészter katalitikus hidrogénezéssel Tercier-butil-oxi-karbonilcsoport savas hidrolízissel Aktív-észter hidrolízissel
Diketopiperazin-kötés R
R H2N COOH
CH
COOH
CH NH2
-2H2O
HN
CH
CO
OC
CH
NH
R
R
Ha 2 db. glicin 2,5-diketopiperazin Peptidláncok között pl. Lys és Glu, vagy Lys és Asp segítségével. Diszulfidhíd A cisztein −SH csoportjai között.
Ionos kötés Az amino- és karboxilcsoportok közti protonvándorlás révén. Hidrogénhíd-kapcsolat R1
R2 R3 C O C H N H C O C H N H CO C H N H C O
N H C H C O NH C H C O N H C H C O N H R4
R5
R6
Élelmiszerek D-aminosav-tartalma és hatása az emberi szervezetre Pasteur (1852): A bükkönyből előállított aszparaginsav optikailag aktív (királis), az ammónium-fumarát hevítésével előállított nem mutat optikai aktivitást. Az élő szervezet fehérjéit kizárólag L-aminosavak építik fel. A D- és az L-sztereoizomerek (enantiomerek) ugyanazzal a kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkeznek (kivétel a polarizált fény síkjának az elforgatása).
Az aminosavak racemizációja: Az α-helyzetű szénatom hidrogénjének leszakadása planáris karbanion szerkezet kialakulása rekombinálódás racém keverék kialakulásával. A racemizáció függ: ¾ ¾
az aminosav szabadon vagy a peptidláncban kötött formában fordul-e elő, a hőmérséklettől, a pH-tól, és az R-csoport tulajdonságától.
Racemizációs felezési idő (amikor a D/L arány eléri a 0,33-at).
Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (% D-aminosav=[D/(D+L)]·100) Kezelt élelmiszer (Kezeletlen, Ref.)
Asp
Ala
Aminosavak Phe Leu
Val
Met
Piritós 10,5 2,8 2,4 2,7 1,1 1,7 (Kenyér, Bunjapamai 5,6 2,4 2,3 3,2 0,9 2,3 és mtsai., 1982) Fehér kenyér 1 perc 45 másodpercig melegítve, csak a felszín elemezve. Extrudált szója (Szójaliszt, Bunjapamai és mtsai., 1982)
7,6 4,4
2,2 2,5
2,4 2,8
2,7 1,47
0,8 1,0
– –
Szójafehérje 27,7 (Kezeletlen, Friedman 0,5 és Liardon, 1982) 3 óra, 65 °C, 0,1 M NaOH
9,9 0,2
19,7 0,5
3,1 0,2
1,0 0,03
18,2 0,3
Zein 40,2 (Kezeletlen, Jenkins 3,4 és mtsai., 1984) 4 óra, 85 °C, 0,2 M NaOH
17,6 0,7
31,3 2,2
5,0 0,7
2,9 0,4
19,5 0,9
Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%) (% D-aminosav=[D/(D+L)]·100) Kezelt élelmiszer (Kezeletlen, Ref.)
Asp
Hamburger 5,5 (Nyers marhahús, 6,2 Bunjapamai és mtsai., 1982)
Aminosavak Ala Phe
Leu
Val
Met
2,8 3,2
3,2 3,1
1,5 1,6
2,9 2,4
2,7 2,8
Hamburger: mindkét oldalán 4 percig sütve, a felületi hőmérséklet 250 °C, csak a felszín analizálva. Csirkeizom 22,4 (Nyers csirke, 2,9 Liardon és Hurrel, 1983) Hőkezelve 121 °C-on, 4 órán át.
0,5 0
0,4 0
0,1 0
0 0
0 0
Szalonna 180 °C (Hőkezeletlen, Fuse és mtsai., 1984) 20 perc sütés.
2,4 –
3,1 1,8
3,1 3,3
1,6 0,7
– –
12,0 1,5
– –
7,0 –
4,4 –
– –
10,7 2,4
Kazein 230 °C 31,0 (Hőkezeletlen, 3,1 Hayase és mtsai., 1973, 1975)
Élelmezési eredetű D-aminosavak D-aminosavak nem fő élelmiszer komponensek, mennyiségük technológiai beavatkozástól mentes élelmiszer alapanyagokban jelentéktelen. De! Tengeri kagylókban és egyéb puhatestűekben a D-aminosavak mennyisége az 1%-ot is meghaladhatja. Az élelmiszer kezelések (főzés, sütés, párolás, gőzölés, grillezés, mikrohullám, alkalikus körülmények) indukált racemizáció Daminosavak a fehérjékben. A lizinoalanin szinte mindenütt jelen van az élelmi anyagokban.
A tej, a hús és a gabonafélék nem tartalmaznak jelentős mennyiségben D-aminosavakat. A fogyasztásra történő előkészítés folyamán racemizáció játszódhat le. A kezeletlen nyers tej tartalmazza a legkevesebb D-aszparaginsavat (1,48%). A pirítósban, a sültszalonnában, csirkehúsban magas a D-aminosavak aránya. Azok az élelmiszerek tartalmaznak sok D-aminosavat, melyek baktériumos fermentáción mentek keresztül.
A D-aminosavak emésztése A hosszú időn keresztül történő fogyasztás hatása az emberi szervezetre még nem eléggé ismert. A D-aminosavak káros hatásai A D-aminosavak hasznosulása függ: ¾ felszabadulnak-e az L-D, D-L és D-D kötésekből, ¾ a felszabadult D-aminosavak hatékonyan át tudnak-e alakulni L-aminosavakká. Az alkáliával kezelt fehérje emészthetősége: Minden alkalommal csökkent emészthetőséget figyeltek meg. Néhány aminosav racemizációja lényeges veszteséget okozhat a környező esszenciális aminosavak tekintetében is, csökkentve a fehérje proteolitikus emészthetőségét.
Toxikusak-e a D-aminosavak? A különböző D- és L-aminosavak ugyanolyan akut toxicitással rendelkeznek, melyet LD50 értékük bizonyít (kivétel a D-prolin, melyről nagyobb letalitást állapítottak meg a csirke esetében, mint az L-prolinról). Néhány D-aminosav hosszú időn keresztül fejti ki toxicitását. Az élelmiszerekben lévő D-szerin, lizinoalanin és a különböző lúggal kezelt fehérjék kóros elváltozást idéztek elő patkányok veséjében. A szabad lizinoalanin sokkal nefrotoxikusabb, mint a peptidkötésben lévő.
A D-aminosavak hasznos hatásai A fehérje csökkent emészthetősége előnyös lehet, ha a proteolitikus emésztés után visszamaradó anyagok nem toxikusak. Fogyókúrás kezeléseknél az alacsony emészthetőség miatt rövid idő alatt jelentős súlycsökkenést lehet remélni. A D-fenilalanin és a D-leucin fájdalomcsillapító hatással rendelkezik. Használják őket makacs fájdalmak esetén.
PEPTIDEK Dipeptid Tripeptid Tetrapeptid Oligopeptid Polipeptid Fehérjék
2 aminosavból 3 aminosavból 4 aminosavból 10-nél kevesebb aminosavból 10-nél több aminosavból 100 vagy 100-nál több aminosavból
Glutation A sejt redoxfolyamataiban vesz részt. COOH HC
NH2
HC
CH2
C
O
C
CH2 S H O
Cys
NH CH2
Gly
COOH
redukált glutation
CH2
CH2
Glu
NH HC
HC NH2 CH2
NH2
CH2
CH2
2
COOH
COOH
–2 H
C
+2 H
NH HC C
C
O
O
NH CH2 O
S
S
CH2 HC C
O
NH
NH
CH2
CH2
COOH
COOH
oxidált glutation
Karnozin Emlősök harántcsíkos izmaiban
H2N CH2 CH2 CO NH CH COOH CH2 N NH
Oxitocin A simaizom-sejteket húzza össze Ile
Ty r
Cys
S
Phe
Tyr
Cys
S
Gln
As n
C ys
S
Gln
Asn
Cys
S
oxitocin
Pro
vazopresszin
Arg
Leu Gly Arg
Pro
Pro
Gly
NH2 Pro
Gly
Phe
Ser
bradikinin
Vazopresszin Vérnyomás-szabályozó
Pro
Phe
NH2 Arg
Kortikotropin vagy adrenokortikotrop hormon vagy ACTH A mellékvesekéreg hormontermelését szabályozza. H-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-ProVal-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-TyrPro.....25−39. Inzulin (hasnyálmirigy, vércukorszint szabályozás) S A-lánc
B-lánc
1
6 7 S S 7
S 11
20
21 S
19
S
30
Bradikinin Vérnyomás szabályozása. További peptidhormonok: növekedésihormon-reguláló faktor, parathormon, kalcitonin, lipotrop hormon, prolaktin, luteinizáló, follikulusstimuláló, tireoideastimuláló, glukagon.
Proteázgátlók: Leupeptin: plazmint, tripszint, papaint, katepszin B-t gátolja. Antipain: papaint, tripszint, katepszin A-t, B-t gátolja. Elasztin: elasztázt gátolja. Endorfin Morfinhoz hasonló fájdalomcsökkentő hatás. Antibiotikum: Aktinomicin, bacitracin, nizin, gramicidin, penicillin.
A peptidek semleges vagy keserű ízűek Peptid
Keserű ízintenzitás mM/dm3
Gly-Leu
19−23
Gly-D-Leu
20−23
Gly-Phe
15−17
Gly-D-Phe
15−17
Leu-Leu
4−5
Leu-D-Leu
5−6
D-Leu-D-Leu
5−6
Ala-Leu
18−22
Leu-Ala
18−21
Gly-Leu
19−23
Leu-Gly
18−21
Ala-Val
60−80
Val-Ala
65−75
Phe-Gly
16−18
Gly-Phe
15−17
Phe-Gly-Phe-Gly
1,0−1,5
Phe-Gly-Gly-Phe
1,0−1,5
Fehérjebomlás peptidek keserű íz. pl.: sajtoknál De! Aszparaginsav dipeptidjei édesek. H O O C C H 2 C H C O N H C H C OO C H 3 NH2 C H2
L-aszparagil-L-fenilalanin-metilészter (aszpartám)
Csak az L−L-származék édes. A D−D, L−D, D−L izomerek nem édesek. Édesítőképesség: 150−200 szorosa a répacukornak.
