Tentamen Biomoleculaire Chemie Vrijdag 3 juli 2015, 14:00 -‐ 17:00 Vermeld op ieder antwoordvel je naam en studentnummer Zie voor de structuren van de gebruikte co-‐factoren de bijgevoegde appendix Opgave 1 (20 punten) DAG lipases knippen vetstaarten van diacylglycerol. Deze enzymen hebben in hun active site een Serine-‐Histidine-‐Aspartaat (Ser-‐His-‐Asp) triade. Ze kunnen geremd worden met de recent ontdekte alpha-‐ketoheterocycle LEI105 (1). A) Geef het mechansmie waarmee DAG lipases vetstaarten van diacylglycerol knippen. B) LEI105 is een zogenaamde covalente reversibele inhibitor. Geef het mechanisme waarmee DAG lipases worden geremd door LEI105 en leg kort de werking van een covalente reversibele inhibitor uit. His Ser OH
O O HO
NH N
Asp O O
OH
long chain lipid O
HO
long chain lipid
O
long chain lipid O
O long chain lipid
OH O
LEI105
O N O
1
His
His Ser
NH OH
N
Ser
Asp
N
O
O O O
O O HO
long chain lipid
N
Asp
His
HO
H
Ser
O
O
OH
O long chain lipid
long chain lipid O
NH
O
long chain lipid
O
Asp O O
H
H
OH
long chain lipid O
N
O
O
HO
O
long chain lipid
O
For a detailed mechanism see Dictaat His His Ser
NH OH
N
Asp Ser
O O
NH N
O OH
O N
O
Asp O O
N
O
electrophilic center no leaving group
Tol
Het keton in LEI105 is een goed electrofiel dat kan reageren met de nucleofiele serine. NB: de imidaat functie (O-‐C=N) is niet electrofiel omdat het een onderdeel is van een aropmatisch system, hier zal geen nucleofiule aanval op plaatsvinden). Aanval van de serine leidt tot een enigszins stabile hemiacetaal: het enzyme wordt covalent geremd. Echter de reactie is reversibel en het covalente adduct kan weer uit elkaar vallen tot het actieve enzyme en de inhibitor.
Opgave 2 (30 punten) TDP-‐L-‐eremosamine (5) is een thymidine-‐diphosphate donor die gebruikt wordt om vancomycine antibiotica te glycosyleren. De biosynthese van TDP-‐L-‐eremosamine staat hier beneden weergegeven. Vanuit TDP-‐D-‐glucose (2) wordt verbinding 3 gemaakt met behulp van een enzym dat een NAD+/NADH koppel gebruikt. Vervolgens wordt ketosuiker 3 met behulp van 3 enzymen en 2 cofactoren omgezet in TDP-‐suiker 4. Vervolgens wordt deze suiker in twee stappen omgezet in TDP-‐L-‐eremosamine (5). A) Geeft de mechanismen van de reacties die gebruikt worden om TDP-‐D-‐ glucose om te zetten in keto suiker 3. B) Geeft de mechanismen van de drie reacties die gebruikt worden om keto suiker 3 om te zetten in TDP-‐suiker 4. Twee van deze stappen gebruiken een co-‐factor, te weten SAM en pyridoxamine phosphate. C) Geef de mechanismen van de laatste twee stappen in de biosynthese van TDP-‐L-‐eremosamine 5, waarbij NADH wordt gebruikt als co-‐factor. HO HO
OH
O
O
HO
HO O-TDP
2
O
O
3 enzymes, 2 cofactors
O
Me
HO O-TDP
4
3
NH 2
O-TDP
two steps
5
Me O
HO
OTDP
H 2N
TDP-L-eremosamine
H2O OH HO HO
O
NAD+
NADH
OH O
O HO
HO O-TDP
O
O HO
HO O-TDP
HO O-TDP
2
O
O
O O
O
HO
O
HO O-TDP
O-TDP
O-TDP
3
H2O
pyridoxamine phosphate
O
O
O
H 2N
O
O
SAM
O
Me
H 2N
O-TDP
O
HO
O-TDP
4 NH 2
O-TDP
C5-epimerase
5
Me O
HO
OTDP
H 2N
TDP-L-eremosamine
Me O
NADH O
OTDP
H 2N
Voor gedetaileerde mechanismen: zie dictaat. NB: de PLP en SAM stap kunnen gecombineerd worden. In plaats van protonering van het PLP-‐suiker imine deeltje treed er dan een methylering op.
Opgave 3 (20 punten) De Thiazole/oxazole-‐modified microcins (TOMMs) zijn natuurproducten, die een onderdeel vormen van de Ribosomal gesynthetiseerde posttranslationeel gemodificeerde peptides (RIPPs), een groep natuurproducten met uiteenlopende structuren en biologische activiteiten. Hier beneden staat schematisch weergegeven hoe een thiazole eenheid gemaakt wordt vanuit een cysteine bevattend peptide. A) In de eerste stap van de azole biosynthese wordt peptide A omgezet in cyclische verbinding B. Bij dit process wordt ATP verbruikt. Geeft een plausible mechanism voor deze transformatie. B) In de tweede stap wordt een oxidatie reactie uitgevoerd om de azole eenheid te vormen. Welke cofactor wordt daar waarschijnlijk bij gebruikt? Geef het mechanism van deze reactie. Wat is een belangrijke drijvende kracht achter deze reactie? O O
peptide
H N
S
ATP
peptide
peptide
H N
N
HN HS
peptide
O
A
B
cofactor S
C
peptide
H N
N
peptide
O
O O
peptide
H N
S
ATP
peptide
peptide
H N
N
HN
O
A
HS
B
cofactor S
C
B
peptide
H N
N HO
peptide
O
peptide
O
S
peptide
H N
N H
N
HN
peptide
H R N
O
N
OR
O
O
H
S
O P O
peptide
S
peptide
H N
N H
H N
N
peptide
O
Voor gedetaileerde mechanismen: zie dictaat.
H
O
peptide B
B
Opgave 4 (30 punten) Griseofulvine (12) is een spirocyclisch natuurproduct, dat gebruikt kan worden tegen schimmelinfecties van de huid. Deze verbinding wordt gesynthetiseerd middels een polyketide synthese cascade zoals schematisch staat weergegeven in het schema hier beneden. Eerst wordt er een benzophenon precursor (10 en 11) gemaakt met behulp van Acetyl-‐CoA en malonyl-‐CoA bouwstenen. Vervolgens treed er een oxidatieve spiroring vorming op. Deze reactie wordt gekatalyseerd door een enzyme, gsfA, dat een ijzer(V)-‐heme complex in zijn active site heeft. A) Geef het mechanisme waarmee polyketide synthases de polyketide verlenging uitvoeren door gebruik te maken van malonyl-‐CoA (bv. 6 naar 7). B) Geef een plausibel mechanisme waarmee de eerste aromatische ring van de benzophenon structuur gevormd kan worden (8 naar 9). C) Na een paar modificaties (methylering, chloor additie) cylciseert het enzym gsfA benzophenon 11 tot spirocyle 12. Er zijn twee mechanismen voorgesteld voor de de vorming van dit product. Het eerste mechanisme gebruikt een biradicaal als reactief intermediair. Het tweede mechanism maakt eerst een epoxide intermediair. Laat de twee mechanismen zien en let daarbij op de (formele) oxidatie toestand van het ijzer atom van gsfA.
synthase cluster ACP
ACP
S
S
ACP
ACP
S
SH
O
O
O
O
O
6
OH
7
S
SH
ACP
ACP
ACP
ACP
O
O
S
SH
O
9
HO
O
O
HO
OMe
OH HO
MeO
OH
10
11
O
N
OH MeO
OH
S
N
gsfA
Cl
O OMe
12
Fe (V)
gspA active site
O O
MeO Cl
CO 2
O 2C Cys
O
O
OMe
N
O
8
OH
O
N
O
O
O
OH
O
synthase cluster
synthase cluster
ACP
ACP
ACP
ACP
S
S
S
S
O
O
S
SH
O
O
ACP
ACP
O
O O
6
O
6
7
ACP
ACP
S
SH
ACP
ACP O
O
O
O
O
O
S
SH
O
O
O
O
O
O
O
H H
8
8
B
BH
ACP
ACP S
O
O
O
O
H
S
OH
E1cb
O O
O
O
2x keto-enol
O
O O
O
H 2O
O
ACP S
O
O
O
O HO
OMe
OMe
O
MeO
O MeO Cl
H
OMe
O
MeO
O
O MeO
O
Fe (III)
MeO OMe
O
OMe
OMe
H OH Cl
O
H 2O
Fe (IV)
O MeO
O MeO Cl
H
Fe (V)
OMe
MeO
O
OH
O
11
O
Cl
H
OH
O OMe
12 O
O
MeO
Fe (V)
Cl
11
O
O
H
H
O O
MeO Cl
BH
OMe
O OMe O O
MeO Cl
OH
B
H
Appendix OH OH O N
N
O
O
O P O N
N
P O
O
NH 3 O
NH 2
O N
O
O
NH 2
O
OH OH
NAD
OH
O P O N H
pyridoxamine phosphate H 2N
NH 2 N
Me H 3N
S O
CO 2
N
O
N
O
O P O P O P O N
O
O
N
N
O
O
O
OH OH
N
N
OH OH
SAM
ATP
O N N
NH 2
NH N
N N
OH
O O
S
H 2N
OH
HO
H
N
O
O
N
P O P O O
O
O
O
O
O P O P O
N
O
O
N
N
thiamine pyrophosphate
OH OH H 2N
Flavin adenine dinucleotide (FAD) O S
N H
O
O N H
O
OH
O
O
N
N
O P O P O
Acetyl Coenzyme A (AcS-CoA) HN
O
O
N
N
OH OH
H
N H 2N
N N
N
O
H N
OH
O
O
5,10-Methylenetetrahydrofolate (MTHF) O
O
