N-metilezés (példa egy SN reakcióra): tapasztalat:
Állati és növényi sejtekben a -CH3 csoport átvihető a metioninról (Met) a megfelelő molekula nitrogénatomjára. A reakció 14C tartalmú Met-tel nyomon követhető: az izotóppal jelölt metilcsoport egy sor molekulában kimutatható:
memo:
kolin (neuron ingerület átvitel), adrenalin (vérnyomás emelő), nikotin (NAD, alkaloid, méreg)
a tényleges metilezőszer: az S-adenozilmetionin
Az S-adenozilmetionin képződése (SN reakció):
mechanizmus: a metionin kénatomja mint nukleofil megtámadja az ATP-t, és az SN -reakcióban a trifoszfát anion a távozó csoport. A reakció során a szulfid metilszulfónium kationná alakul.
TD ρ= 0.0004 a.u.
EPS -0.08 ≤ töltés ≤ 0.08
A tényleges metilezés: az etanolamin N,N-dimetil származékának metilezése
1. memo: az etanolamin N,N-dimetilszármazéka N- és nem O-nukleofil. A szulfóniumsó metil- (és nem a metilén-) szénatomján megy végbe a reakció, mivel az utóbbi sztérikusan gátolt.
2. memo: azért nem támad az N közvetlenül az S+-ra mert akkor nincs jó távozó csoport. Viszont a szulfid (tioéter, -CH2-S-CH2-) az jó távozó csoport.
CH2 S
? R
CH2
CH3
N R
R'
megjegyzés: Az N-metilezés nem közvetlenül megy végbe, hanem S-adenozilmetionin (SAM, újabban AdoMet, lásd növényélettan) közvetítésével.
DNS szintézis: észter kötés kialakítása (egy SN reakció foszfor centrumon) A DNS és RNS hidrolizálhatósága savas hidrolízis
„depurinálás” (A v. G) RNS lúgos hidrolízis
(RNS) P B
O H O
H
O P O
B
O
O H
P
P
O O
H H
O
O
OH
H
H
H
O
O
O H
H
OH
P O
R
H R-O
O H
H
H
O
H OH
PO3 O
O
B
R-OH O
H
H
eredmény: lánchasadás
memo: ezért az RNS kevésbé, míg a DNS jobban ellenáll a lúgos hidrolízisnek
Védőcsoportok I: a bázisok védelme „permanens” csoportokkal Cél a primer aminok védelme, avagy a nukleofil csop. álcázása, hogy a kapcsolásnál már csak a ridóz 5’ OH legyen az egyetlen nukleofil.
Védőcsoportok II: a foszfodiészter védelme „permanens” csoporttal
B O H H N C cianoetilészter formában
O
H
O P
H
H
O B
O
O H
CNE
H
O
H H
H
Mindkét típusú permanens védőcsoport (mind az N-acil, mind a cianoetilészter) eltávolítható vizes ammóniával. memo: a szintézis végén az összes állandó védőcsoportot vizes ammóniával kvantitatív módon eltávolítható.
Védőcsoport: az 5’-OH csoport „ideiglenes” védelme Dmtr MeO
OMe (enyhén savas rendszer)
CH2Cl2 +
B
O H N C
3% CCl3-COOH
O
O
H
H
O
H
P
B
HO
O H
H
N C
O
O
H
H
O
H
P
H
O
O
O
MeO
Szilárd hordozó: CPG
(controlled pore glass) kontrolált pórusú üveg -kémiailag inert -nem duzzad -amino funkcionalizált
narancs szín
OMe
OMe
CPG Si (CH2)n NH2 OMe
„Linker”: O
Pl. borostyánkősav H2C
COOH
H2C
COOH
O C
H C O
N
OMe (CH2)n Si CPG OMe
NH3 / H2O hasító hely O
DNS szintézis:
Dmtr
-szilárdfázisú szintézis 3’-től 5’ irányba a „Caruthers”-módszer
O
memo: a bioszintézis iránya 5’-től 3’ irányba
B1 O H
H
1. Dmtr hasítás O
H
H
(dimetoxi-tritil) O
C
H H N
C O
OMe (CH2)n
Si CPG OMe
enyhe savas detritilezés (3% TCA)
H
O
B1 O H
H
H
O
H
C
O
C O
2. Aktiválás és kapcsolás Dmtr
H
O
H N
CNE
(CH2)n
Si CPG OMe
B2 O
foszforamidit
OMe
H
O
MeCN
H
H
O
H
P
H
+
H
N N
N
tetrazol N (gyenge sav)
N SN (5' OH SN reakciója)
O
Dmtr
O H
CNE
O
H
H
O
H
P
H
B2
H
dialkilamin amely jó távozócsoport
O
B1
O H
O 3. Lánczárás (az elreagálatlan 5’-OH-t acetilezzük)
N
H
H
O
H
C
H
C O
H N
OMe (CH2)n Si CPG OMe
4. Oxidálás I2 (H2O vagy THF) Dmtr
O
B2
O H
CNE
H
H
O
H
H
P O O O
B1
O H
O
H
H
O
H
C
H
C O
H N
OMe (CH2)n Si CPG
Ciklus végén: OMe - minden permanens védőcsoport eltávolítása - gyantáról való lehasítás - kromatográfiás tisztítás
NH4OH-val
Koleszterin bioszintézise (addíció, izomerizáció, anionotrópia, elimináció):
szteroidok bioszintézise : a szkvalénből egy enzim (terpenoid cikláz) alakítja ki a 4-gyűrűs szteránvázat szkvalén C30H50
H CH3
∗
CH3 ∗ ∗
∗
HO H3C
H CH3
∗
CH3 ∗ ∗
HO
∗
H
H ∗
∗
CH3
CH3
∗
H
∗
CH3 lanoszterin C30H49OH
7 királis (asszimetriás) szénatom 27= 128 lehetséges sztereoizomer közül csupán egyetlen egy keletkezik
19 további lépés
∗
H
∗
H
memo: cholesterol, lanosterol (alkohol jellegre utaló angol nevek)
koleszterin 8 asszimetriás szénatom 28= 256 lehetséges sztereoizomer
hol itt a szerves kémia?
∗
CH3
A szkvalén (polién) egy oxidációs lépést követően 3(S)-2,3-epoxiszkvalénné (egy epoxiddá) alakul amely protonálódik. A gyűrűhasadással kialakuló karbokation egy alkénaddíció-szerű láncreakcióban vesz részt.
Bruttó addíciós séma:
memo: Markovnyikov szabály
memo: a 3. számú szénatom konfigurációja
Érvényesül a Markovnyikov-szabály: a tercier karbokation képzõdik
1
O H
3 CH3
O H
2 CH 3
4
O H szekunder karbokation (a kevésbé stabil) nem képződik
A gyűrűzárást eredményező négy lépésből (AdE) a harmadik nem követi a Markovnyikov-szabályt (kivétel erősíti a szabályt):
CH3 15
C15 szekunder karbokation
CH3 CH3 C14 tercier 14 karbokation CH3
A lanoszterin képződésének második szakaszában bázis hatására képződő karbokation „stabilizálódik”: (Bruckner II/2 1394) CH3 protoszteril kation I CH3
CH3
H3C
H
CH3
CH3
HO
1,2-hidrid vándorlás C17-C18
H
H3C CH3
H
CH3 protoszteril kation II CH3
CH3
CH3
H
H
CH3
CH3
HO
1,2-hidrid vándorlás C13-C17
H3C CH3 protoszteril kation III CH3
CH3
H H
H
CH3
CH3 CH3 1,2-metanid vándorlás C14-C13 majd C8-C14
CH3
HO H
H3C CH3 protoszteril kation IV
CH3
CH3
CH3 H
CH3 CH3
CH3
H
HO H
H3C
végül egy bázis kiváltotta elimináció
CH3
B CH3 H
lanoszterin
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
H
HO H3C
CH3
B
H
Biológiai oxidáció (epoxidképződés, addíció): Oxidáció hatására karcinogén metabolitok képződnek a májban és a belekben. Epoxidáció a májban a citokróm P450 segítségével keletkezik (lásd sejttan) p
j
l
dibenzo[a,l]pirén
o
l
h
e n
j
f
a
a d
f
h
dibenzo[def,p]krizén
3
d
4
enzimes epoxidálás ("aktiválás") addíció
5
1 O
7 14 13 12 11 HO
DNS-hez kötõdés SN
8 10
9
OH dibenzo[a,l]pirén-11,12-diol -13,14-oxid
guanin
O
N
CH2
O 2"
9' N 1"
NH 2' N
NH
HO 14
dezoxiribóz
OH dibenzopirén-származék dezoxiguanozin adduktum
HO OH
peroxisavas oxidáció
O
Az epoxidok erős elektrofilek és ezért rákkeltőek KMnO4 -os oxidáció
O
HO OH
memo: nukleofil (amin, imin, tiol, stb.) reakciója epoxidokkal: H O
O
H O
+H HO
HO OH
HO OH
OH NH2R
- ha pl. glutationhoz (-SH) kapcsolódik, akkor vízoldhatóvá válik és távozik a szervezetből, - ha dezoxiguanozinnal (-NH2) találkozik, akkor ahhoz kapcsolódva negatív hatást fejthet ki.
NH2R
H O
HO OH
Az oxidáció a normál méregtelenítő metabolizmus része: Az oxidálódott aflatoxin nukleofil szubsztitúciós reakció során kapcsolódik a glutationhoz, s így jóval polárisabbá válik. A vízoldható tioéter kiürül.
A normál méregtelenítő metabolizmus kísérője a karcinogén vegyülete képződése:
A fenti dezoxiguanozin-származék képződése miatt a helyes DNS bázispár térbeli okok miatt már nem tud kialakulni
citozin
guanin 2,8 Â
3,0 Â biológiai alkilezés helye
A citosztatikumok egyik fajtájának, a „mustároknak” gyógyító hatása hasonló típusú reakción alapszik mint a karcinogén hatás kiváltása (ismét egy SN-reakció):
S
C Cl H
C H H
N
C
C
C
CH3 H H
H
H
H H
H
H
Cl
Cl
C C
C
H
H H
H
H
Cl
bisz(2-klóretil)-metil-amin nitrogénmustár
bisz(2-klóretil)-szulfid kénmustár (egy igen reaktív f olyadék )
CH3 H H
H
H
N
C Cl
C C
C
H
H H
H
Cl
O
N 7
6
CH2
2
4
ribóz
N
O
NH NH2
N guanin (purinbázis)
OH OH SN
O
N 7
6
HN 2 H2N
Cl
4 N
CH3 H H
H
H
N
C H
H H
Cl
C C
C
H
N
N 7
6 4
N rib
O NH 2 N
NH2
bir
nitrogénmustárral "keresztkötésben lévõ" guaninok
Alkohollebontás (oxido-redukció, aromatizáció): A NADH egyensúlyi reakciója az acetaldehidet etil-alkohollá redukálja: leírás: a nikotinsav-amid nitrogénjének nemkötő elektronpárja delokalizálódik, a dihidropiridingyűrű aromássá válik az egyik C4-es hidrogénatomot anionként leadva. A hidridion redukálja az acetaldehidet, majd a képződő alkoholát anion protonálódik. A cink mint Lewis-sav fokozza a karbonil-szén pozitív polározottságát, s így annak elektrofil jellegét.
alkohol-dehidrogenáz enzim (NADH + inhibitor komplex)
méregtelenítés:
ha nagy az alkoholkoncentráció, akkor az egyensúlyi reakció megfordul és az etil-alkohol acetaldehidé oxidálódik
az alkohol-dehidrogenáz enzim apoenzim + koenzim + inhibitor
O
NH2 N
N N
O O
N O H
H
OH
OH
P
O O
OH
P
H
H2N O
N O
O
H
H
OH
OH
A NAD+ (Nikotinamid-adenin-dinukleotid) (az élő sejt egyik oxidáló vagy dehidrogénező szere) memo: az alkohol végzetes adalékai: metanol, etilénglikol . Miért mérgezők? válasz: mert a keletkező metabolitok erős sejtmérgek O
ox. CH3 OH metanol
HC
O
CH2 OH
OH
CH2 OH
hangyasav (sejtméreg)
etán-1,2-diol (etilénglikol)
ox. O
C
OH
C
OH
oxálsav (sejtméreg)
A látás fotokémiája (addíció, elimináció, izomerizáció): Az emberi szem kétfajta receptorsejtet tartalmaz: pálcikákat és csapokat pálcikák (retina peremén helyezkednek el, gyenge fényviszonyoknál aktívak színlátásra nem alkalmasak.) csapok (retina központi részén találhatók, erős fényviszonyok között aktívak, színlátásért felelősek) galambok (csak csapok: csak nappal látnak), baglyok (csak pálcika: színvakság, viszont szürkületben is látnak) A pálcikákban található rodopszin kromofórja a 11-cisz-retinal. A rodopszin kialakulása során a retinal karbonilcsoportjára addícionálódik a fehérje egy aminocsoportja (AdN-reakció), majd egy molekula víz eliminálásaval jön létre az imin (ez a rodopszin). 11
12
H3C
13
H3C
H3C
C
11-cisz-retinal
O
+
H
CH3
H2N
Fehérje
H2O
CH3
(opszin)
AdN + E H3C H3C
H3C
C
N
Fehérje
H
CH3
rodopszin
CH3
AdN + E H
δ+ δC O
H
H
H
OH
H
NH2R
H
OH2
H
C
C
C H
RNH2
O
NHR
H
H2O C
NR
H
NR
Eredeti megfigyelés: fényre a békák retinájának pigmentanyaga szint vált: vörös-liláról sárgára (1877-ben Franz Boll) A 11-cisz-retinal a kromofór, ez köti meg a fényt: 11-cisz
H3C H3C
H3C
C
N
Fehérje
H
CH3
rodopszin abszorpciós rodopszin CH3 λmax = 498 nm hν (foton) (vöröses lila szín)
150 kJ/mol
batorodopszin
CH3 CH3
néhány lépés
H 3C 11-transz
H 3C
H3C
C
N
Fehérje
metarodopszin
H CH3
AdN és E
CH3
H2O
H3C
all-transz retinal
11-transz
H3C
opszin + all-transz retinal λmax = 387 nm (sárga szín)
+ H 3C
C
H2N
O
Fehérje
(opszin)
H
AdN + E H
δ+ δC NR
H
H2NR H
H
NHR
H
C
C H
H2O
NR OH2
H
NRH2
H
C OH
H
C O
H
O
11-cisz retinal
all-transz retinal
all-transz retinalt tartalmazó szarvasmarha rodopszin (a metarodopszin elméleti modellje)
Delokalizált elektronok száma (dobozhossz [L] )
2π(≈2Â) 4π (≈5Â)
24π (≈30Â)
(≈ 2n)π (≈3nÂ)
n 2
≈7 eV
≈5 eV
≈2-3 eV
≈1,5 eV
Gerjesztési energia ( HOMO-LUMO átmenet)
UV
molekula
vörös ibolya látható
etilén etilén etilén
rhf6/3-21G rhf/6-311++Gdp b3lyp/6-311++Gdp
-0,380 -0,380 -0,282
0,187 0,049 -0,011
0,566 0,430 0,271
355 270 170
15,5 11,8 7,4
hullám hossz (nm) 80 106 168
butadién (cisz) butadién (transz)
b3lyp/6-311++Gdp
-0,242
-0,053
0,189
118
5,2
241
b3lyp/6-311++Gdp
-0,243
-0,043
0,200
126
5,5
227
b3lyp/6-311++Gdp// rhf/3-21G b3lyp/6-311++Gdp// rhf/3-21G
-0,219
-0,090
0,129
81
3,5
352
-0,217
-0,091
0,126
79
3,5
360
retinal (11-cisz) retinal (all-transz)
módszer
HOMO LUMO
IR
dE dE dE (Hartree) (kcal/mol) (eV)
Biodegradáció: amidok hidrolízise (addíció, elimináció) Szerin-proteázok működési mechanizmusa:
Asp 102 H2C
His 57 CH2
O C
O
H
Ser 195
N
CH2
N
O
H
O
H N
C R
R
Asp 102 H2C
nukleofil addíció
His 57 CH2
O C
szubsztrátkötő zseb
O
H
Ser 195
N
CH2
N H
O O
H N R
C R
tetraéderes intermedier
Asp 102 H2C
His 57 CH2
O C
O
H
Ser 195
N N
H
O
N
C
O
H H2O
CH2
acilezett szerin
R
R Az aktív hely regenerálódása
Asp 102 H2C
His 57 CH2
O C
O
H
Ser 195
N N
RNH2
H
H
O
O
C
CH2 O R
acilezett szerin
Asp 102 H2C
His 57 CH2
O C
O
H
Ser 195
N N H
O
O
C
H2C
tetraéderes intermedier
O R
H
Asp 102
CH2
His 57 CH2
O C
O
H
Ser 195
N
CH2
N
karbonsav termék
H
H
O
O
C
regenerált aktív centrum
O R
memo: lehet készíteni olyan enzimet, amelyik a fordított folyamatot katalizálja a riboszómán a fehérjeszintézis során (RNS-részek közreműködésével) feltehetőleg ilyen fordított folyamat zajlik.
A kimotripszin két alegysége és a katalitikus triád
A kimotripszin és a hozzá kötött inhibitor
Peptid szintézis: N-terminális védőcsoportok: korábban: Boc-stratégia
O
CH3 H3C C
O
C
CH3
R N H
C H
O
hasítás TFA
ma:
C O H2
Fmoc-stratégia
hasítás HF
O
H
C
C
R N H
hasítás 20% DMF
C H
C O hasítás TFA
H N
Alkalmazott hordozó: HO O
„Wang”-linker
(600 polimer gyanta)
R-COOH
: hordozó
O R
: polimer gyöngy
C
O O
A Boc-védőcsoport hasításának mechanizmusa (savval-kiváltott (elektrofil) elimináció)
O
CH3 H3C C
O
C
CH3
N H
: peptid
+H
OH
CH3 H3C C
O
C
CH3
N H O H
CH3 H3C C
O
C
N
H CH2
H
CH3 O
H3C C CH2
C
O +
H H
N
Az Fmoc-védőcsoport hasításának mechanizmusa (Bázissal (nukleofillal) -kiváltott elimináció): H
: peptid N O
H C O H2
memo: a hajtóerő oka, hogy a kialakuló anion esetében az aromacitás kiterjed a mol. egészére
C
N H
proton transzfer
H
H N
+ O O
C
N H
O O H+
C
H+ N H
H H
H
N
H N H + O
H H
H N
C
O
Egy példa a C-terminális karboxilát aktiválására: N N
N-hidroxi-benztriazol
N N
N C
HOBt
OH PF6
N N HBTU
N O N
C
2-(1H-benzotriazol-1-il)-1,1,3,3-tetramethiluronium-hexafluorofoszfát
PF6
N
O
N O
N
C
R
N O N N
O R
C
N
+
O C
N
N
deprotonált HOBt
O
O R
C
O
O N
aktívészter
N N
+
N
C
N
N-alkilurea
Fmoc-A1-COOH
+
linker
O
Peptid szintézis lépései:
Fmoc-A1-C-O-linker piperidines hasítás
Linkerre kötés:
O NH2-A1-C-O-linker Fmoc-A2-OBt O Fmoc-A2-A1-C-O-linker + HOBt piperidines hasítás
O NH2-A2-A1-C-O-linker
hasítás a gyantáról védõcsoport eltávolítás kromatográfiás tisztítás
Jódfelvétel, a tiroxin bioszintézise (aromás elektrofil szubsztitúció): A jódfelvétel első lépése a reaktív jódvegyület képződése: I– + H2O2 → I-OH + OH– típusú reakció, amelyet a jódperoxidáz enzim katalizál. Az „aktivált” jódot (a I-OH-t) a tiroglobin fehérje tirozinjainak hidroxifenilcsoportjai kötik meg az alábbi reakcióban:
N H
H C
O C
N H
CH2
O
H C
C
N H
CH2
SE(aromás) Tyr
+
I
H2O2
CH2
OH
Tyr
I
+
H2O2
C H2
HO
C H2
I
A két tirozil-oldallánc ugyanahhoz a fehérjemolekulához tartozik!
OI I
HO
C H2
I
I
I HO
C
jódperoxidáz
I I
O
SE(alifás)
jódperoxidáz
OH
H C
I
SN(aromás)
- HI
majd SN(alifás) H3N
H C
O C
O
N H
CH2
H C
O C
N H
CH2
H C
O C
CH2
a fehérje hidrolízise
I
I O
I
I
I
O
O
I
I
I OH
tiroxin
H2C I
HO
C H2
I OH
I
I
H
1. lépés SE2 (aromás) OH
OH
OH
H
H
I
O
δ+
δ−
I I H
+I
hidroxilcsoport: orto-, para-irányítás, aktiválás (para-helyzet foglalt) alkilcsoport: orto-, para-irányítás, aktiválás (para-helyzet foglalt, orto-helyzet térben gátolt)
EPS
TD
-0.07 ≤ töltés.≤ 0.07 ρ= 0.0004 a.u.
2. lépés SE (alifás) I H
O
O I
I
H
I I
I
H O I
I +H
+I
Elektrof il szubsztitúció az oxigén centrumon
3. lépés SN(aromás) + SN(alifás) I
O
δ+
I
I
H I I I
H
I
I
O O
I
H
I
I O
O
H
H I
I
I O
I
H
Sztereokémiai inverzió (elimináció báziskatalízissel): A B6-viatmin egyik származéka, a piridoxál-foszfát (PLP) enzimhez kötött formában egy sor reakciótípus katalizálásában vesz részt: - transzaminálás (amino- és oxocsoportok kicserélése) - dekarboxilezés - sztereokémiai inverzió (konfiguráció megváltoztatása) - elimináció példa: Tekintsük a sztereokémiai inverziót pl. baktérium-sejtfalhoz (R)-alanin szükséges, amely a természetben elterjedtebb (S)-alaninból a következő módon szintetizálódik: Az aktív forma a piridoxál-5-foszfát és a megfelelő enzim alkotta imin:
Az alapvegyület és a foszforsav-észter szerkezete:
protontranszfer
Az aktív forma kialakulása egy AdN + E reakció, amelyet egy intramolekuláris protonálódás egészít ki: Enzim O
O P
O
H
O
C
O
O N
O
O P
O
AdN + E
H
O N
H
O NH2R
H
H
OH C
C
H
CH3
H
H
δ+ δC O
H
O
- H2O
CH3
N
C
H
AdN + E H
Enzim-NH2
H
OH2 C
NHR
H
C NR
H
H2O NR
H
RNH2
A megfelelő aminosavszármazék (R-alanin-piridoxál-foszfát) előállítása: (aciltranszfer lépés)
Enzim O
O P
O
H
C
O
N
H O
N H
CH3
(S)-(+)-alanin (L-alanin)
H3C H
H3C COO
C NH2
Enzim-NH2
O
O P
O
H
C
O
H N
COO H O
N H
CH3
A sztereokémiai inverzió:
Az enzimkatalízis nélkül végbemenő (bázis katalizált) racemizáció mechanizmusa igen hasonló:
Hogyan működik amíg hat a penicillin (aciltranszfer): A penicillin és fontosabb típusai:
Hogyan inaktiválja a penicillin a bakteriális sejtfal egyik enzimét (E):
Aktív enzim
O R
+
CNH CH C
H C
O
S
CH3 C
C H
N
O
R
CNH
CH3 O
COOH
β-laktám gyűrű (térbeli feszültség miatt aktív amid)
CH C
S
H C
CH3 C
HN
C H
CH3
COOH
Inaktív enzim
kérdés: hogyan lesz penicillin-rezisztens a baktérium? A rezisztens törzsekben megjelenik a penicillináz amely elhidrolozálja a reaktív β-laktámgyűrűt: (az így keletkező aminokarbonsav már nem tud acilezni) O R
O
CNH
CH
C O
H C
N
S
CH3 C
C H
CH3
COOH
R H2O penicillináz (β-laktamáz)
CNH O
CH
C OH
H C
HN
S
CH3 C
C H
CH3
COOH
Biológiai környezetvédelem (aromás nukleofil szubsztitúció) Korábban számos polihalogénezett bifenilszármazékot használtunk (pl. polimerekben, elektromos készülékekben). gond: toxikusak, valamint beépültek a táplálékláncba. (1979 óta betiltva) megfigyelés: az egyik bomlástermék a 4-klórbenzoesav, amelyet egyes baktériumok dehalogéneznek és így méregtelenítenek:
O
SCoA
O
SCoA
C
O
C
SCoA C
SNAr
O
Cl
O
O
C
O
Enzim
O O
Cl
C
O
O
C Enzim
O Enzim
H
B
O
SCoA
SCoA C
C
O
C
AdN + E
Enzim
H
OH
HO B
O C
H
B
OH
Enzim
leírás: a megfelelő enzim egy karboxilátcsoportja a 4-klórbenzoesav-tioészter származékot SN(Ar) reakcióba viszi. A Meisenheimer-komplexen át képződő aromás 4-hidroxibenzoesav-származék acilenzim-komplexe báziskatalizálta észterhidrolízist (AdN + E) szenved.
SN2 aromás SCoA
O
SCoA
O
O
SCoA
O
SCoA
Cl Enz Cl
O
Cl
Enz
O
Cl
O
O
O
O
O
O
Enz
Enz
AdN + E SCoA
O
SCoA
O
AdN
O
C
E O
O Enz
SCoA
O
O
C
Enz
OH
OH
H
HO
Enz
O H B
C
O
H
B
B
Hogyan világít a szentjánosbogár? Avagy a luciferin szubsztrát átalakulása Lucifer → lux + fero fénythozó
A reakció folyamatának biokémiai áttekintése •
I. Aktiválási lépés:
•
Az enzim köti a luciferint, egy ATP felhasználásával pedig aktiválja a karboxilcsoporton keresztül a szubsztrátot.
E n z im + L u c -C O O H M gA TP
PPi
•
II. Oxidáció:
•
Az oxidáció α-peroxilaktámon keresztül megy végbe, mely az enzimhez kötött gerjesztett terméket eredményez.
E n z im :L u c -C O -A M P O2 AM P CO2 H 2O
•
III. Kisugárzás (relaxáció):
•
Az aktivált komplex a reakció végső lépéseként fénykibocsájtás révén relaxál, létrehozva az alapállapotú végterméket.
E n z im :L u c = O * hυ
E n z im + L u c = O
A luciferin gyűjtőnév a luciferináz enzim szubsztrátjait jelenti: oxigén jelenlétében az enzim biolumineszcenciát eredményez.
H
O
N
N H N
N H N H
NH 2
NH
Cypridina Luciferin
O
CHO
O Latia Luciferin
N
N
HO
N H
O
Renilla Luciferin
N
NH
N HO
Chromophore of Aequorin
Az aktiválás mechanizmusa R-luciferin 2-(6-Hydroxy-benzothiazol-2-yl)-4,5-dihydro-thiazole-4-carb oxylic acid Az R forma a természetben elõforduló, de az S forma is mutatja a kemolumineszcencia H jelenségét HO COOH S N NH 6
1
3
3
1
N
4
40000 bogárból izoláltak néhány mg luciferint
4
2
∗
+
S O HO
O
P
O
Mg
O
N
O
OH
O
O
P
N
N
O
O
P
N
H
2+
H
H
OH
H OH
ATP
NH2 N
O HO
S
N
N
O O
O
P
H
S
H
H
OH
H OH
R-luciferin O
+
HO
N
O
OH N
N
P OH
O O
P OH
pirofoszfát
OH
AMP
Az oxidációs lépés Aktivált R-luciferin H
HO
S N
AMP
CH3 CH2 O
lazitott hidrogén
S
H O
CH3 CH2 O
O
O
S
C H
CH3
polimerizáció
OH
H3C
nukleofil addició
CH
H O-
O
-
S
N
AMP 18
N
S
O H
H O
-
S
O O-
N 18
N
S
AMP
O H
elimináció és dekarboxileződés -
S
N
N
S
O
O
polimer peroxid (szilárd, robban)
O
O
CH3
O
18
O
C H
- EtOH
O
N
AMP
O
CH3
O
O
N
C H
O2
H
-
S
H
N
O2 (bázikus közeg) O
O
O
∗
+ 18O
C
O
+ OH + AMP
H
n
A relaxáció
az oxidált termék gerjesztett elektronállapota felelős a fénykibocsájtásért
A pontos szint a fehérje módosítja
• •
N-terminális domén: kék (A β-réteg), lila (B β-réteg), zöld (β-hordó). C-terminális domén: sárga
Az elsődleges szerkezet
• •
Invariáns szekvencia (piros), 50%-nál nagyobb homológia: rózsaszín (Az összehasonlítás alapját 38 rokon fehérje szekvenciája képezi.)
A másodlagos szerkezet
A luciferáz aktív centruma
• •
Piros: invariábilis aminosavak (Lys206, Glu344, Asp422) Kék: variábilis aminosavak
A luciferin kötődése az árokba
Novokain szintézise (kokainhoz hasonló helyi érzéstelenítőszer) H3C
O2 N
8
O
O 3-benzoiloxi-8-metil-8-azabiciklo[3.2.1]oktán2-karbonsav-metil-észter (Bruckner III 913)
COOH
PCl5 / SOCl2 H
O O2N
O
C
H2C
CH2Cl
Cl
AdN +E
- HCl O
O2 N
SN
C
O
CH2 CH2
Cl
Et2NH O
O2 N
C
HCl O
CH2 CH2NEt2
red. H
O H 2N
C
O
CH2 CH2NEt2
CH3
3
kokain
O2 N
O
2
CH3
ox.
AdN +E
N
Cl
O
Savklorid előállítása (SN [szén vagy kéncentrumon], elimináció ) AdN +E O AdN
O
O
H
Cl
Cl
O
H
S
Cl
S
O
O
AdN
O C
O
H
Cl
H
C O
Cl
O
H
S
Cl
O
O
Cl
Cl
C
C
C
Cl
O
E
SOCl
O
E
C Cl O
S O
O
H
S Cl
(SO2 + HCl)
kokain
novokain
Az adrenalin szintézise (Bruckner 543) (meszkalinhoz hasonló molekula) pirokatechin
O +
HO
Cl
C
HO
CH2Cl
+ HO
HO
O
SE (aromás)
HO
Friedel-Crafts (nem jól megy)
C
CH2Cl
POCl3 AlCl3
HO O HO
C
SN HO
CH2
Cl
H2NCH3 O
HO
C
CH2 NHCH3
H2/kat. HO OH
MeO
MeO
MeO
CH CH2 NHCH3
*
HO
adrenalin (neurotranszmitter) CH2 CH2 NH2
meszkalin (Bruckner II/1 922) hallucinogén (kábítószer) Anhalonium lewinni növénybõl
A klóracilezés részletei (AdN + E), SE(oxigén centrumon), SE (aromás): HO
HO
HO HO
C
CH2Cl
HO
HO
H
O
HO
C
CH2Cl
O
O
O
O HO
C
H
O
CH2Cl
H 2O
C
CH2Cl
O O-acilszármazék
Fries- átrendeződés (POCl3 vagy AlCl3) HO
HO
H
HO
O C
O
C
O
CH2Cl
O
AlCl3
C
O
CH2Cl
AlCl3
AlCl3
O
CH2Cl elektrofil acilium kation
HO O HO
C
CH2Cl
AlCl3 + HCl a klóracetil-csoport vándorlásának végterméke
memo: analóg vegyületek
HO
HO OH CH CH2 NH2
*
HO
noradrenalin
COOH HO
CH2 hidroxi-fenilalanin
CH
NH2
A szacharin szintézise (Bruckner II/1 851) édes ízű molekula (Remsen és Fahlberg 1879) CH3
CH3
HOSO2Cl
SE
NH3
SN
SO2Cl
toluol
o-toluolszulfonil-klorid (és tozil-klorid) képzõdik CH3
COOH
-H2O
KMnO4 SO2NH2
ox. SO2NH2
o-toluolszulfonamid O
O
C
C NH
N
S
laktám képzõdik
Na
S
O
O
AdN + E
O
O
Szacharin (5-ször édesebb mint a szacharóz)
memo: a szacharóz (nádcukor, répacukor) HO HO H
H O
H
H
O H
OH HO HO
CH2
OH
O
CH2
H HO
H α-D-glükozil-β-D-fruktozid
H
OH
A szalvarzán szintézise (Bruckner II/1 685); az első kemoterápiás szer (vérbaj ellen Ehrlich - Hata 606. Próbálkozás 1909-ben) NH2
H3AsO4
H2O3As
hev.
NH2
COOH
nitrálás közvetlenül nem!
COOH védés
AdN + E
H2O3As H2O3As
NH
CO
COOH
NH2 nitrálás
SE
AdN + E
NO2 hidrol.
H2O3As
NH
CO
KOH NO2
HO
AsO3H2
H2O3As lúgos redukció
O2N
HO
As
H2N
Salvarsan (salve arsen)
OH
NO2
OH
As
NH2
COOH
Függelék néhány fontosabb vitamin: all-transz A-vitamin: retinol (zsíroldható vitamin)
H3C
CH2
OH
H3C H3C CH3 CH3
B1-vitamin: thiamin (vízoldható vitamin, ) tiaminpirofoszfát prekurzora Cl N
CH3
O-difoszfát: kokarboxiláz
N
koenzim H3C
N
NH3
S
Cl
CH2 CH2OH
B2-vitamin: riboflavin (vízoldható vitamin) FAD prekurzora O H3C
N
H3C
N
B6-vitamin: piridoxin (vízoldható vitamin) piridoxalfoszfát prekurzora
NH
N
CH2
O
OH
H2C
H2C
OH
H
C
OH
H
C
OH
N
H
C
OH
H
CH2OH
OH
CH3
3-hidroxi-4,5-bis(hidroximetil)2-metil-piridinium kation
B12-vitamin: cianokobalamin (vízoldható vitamin) Bruckner III/2 867, Solom.1087 X-ray: Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994) CH3 H C [1964 Nobel-díj] 3 CH2CONH2 H NOCH CH C 2
2
2
H 3C H2NOC
A
H2C
N
H3C
CN
N
B
CH2CH2CONH2
Co H2NOC
H2C
totál szintézis (11 évig tartott): HNOCH2CH2C Robert Burns Woodward (1917-1979, H 2C [1965 Nobel-díj]) H 3C
C
H
O
N
D
N
C
CH3
CH3
CH2CH2CONH2
CH3 O
N
P O
CH3
F
OH
O
CH3
E
N
G O
CH3
CH2OH
C-vitamin: L-aszkorbinsav (vízoldható vitamin) avitaminózis: skorbut Bruckner I/2 1103 COOH H H HO H
Szent-Györgyi Albert (1893 -1986) [1937 Nobel-díj]
O
COOH
OH C
C C C C
OH OH H OH
CH2OH
D-gulonsav
HO HO H HO
C C C C
O
HO
C
HO
C
H
C
HO
C
∗
O
O
H
∗
CH 2OH
H OH H
HO
∗ ∗
L-aszkorbinsav H
CH2OH
L-gulonsav
OH
H
HO
CH 2OH
OH
∗
O
∗
HO
H CH2OH
O
D3-vitamin: kalcitrol (zsíroldható vitamin) OH D3-vitamin aktív formája kalcitrol
CH3
CH3
H H CH2
CH2
D3-vitamin kolekalciferol HO
HO
OH CH3 OH
D3-provitamin H
UV-fény CH3
CH3 CH3
7-dehidrokoleszterin H
HO
H
D2-vitamin: ergokalciferol (zsíroldható vitamin) avitaminózis: angolkór D2-vitamin ergokalciferol CH3 ergoszterin H
CH3 CH3
CH2
H
H HO
HO
E-vitamin: tokoferol (zsíroldható vitamin) avitaminózis: terhesség megszakadása CH3 HO CH2 CH2
O
H3C
CH2
CH3
CH3
CH2 CH CH3
H
3
K-vitamin: fillokinon (zsíroldható vitamin) avitaminózis: vérzékenység O CH3
H O
3
