Organska hemija-Skripta-Medicina-Hemija 6, Rezime od Hemija

Preuzmite Organska hemija-Skripta-Medicina-Hemija 6 i više Rezime u PDF od Hemija samo na Docsity! 51 3.7.4 Aminokiseline Dok nukleinske kiseline nose genetičku informaciju stanice, primarna odgovornost proteina jest izvršavati zadatke određene tom informacijom. Proteini su najraznolikiji od svih makromolekula, a svaka stanica sadrži nekoliko tisuća različitih proteina, koji izvršavaju široki raspon funkcija. Proteini služe kao strukturne komponente stanica i tkiva, djeluju u prijenosu i skladištenju malih molekula (hemogolobin i mioglobin), prenose informacije među stanicama (proteinski hormoni) i omogućuju obranu protiv infekcije (antitijela). Jako je važno svojstvo proteina da mogu djelovati kao enzimi koji kataliziraju gotovo sve kemijske reakcije u biološkom sistemu. Proteini su polimeri aminokiselina. Od velikog broja aminokiselina koje se pojavljuju u prirodi biološki su važne uglavnom samo one kiseline koje sadrže amino skupinu na C – 2 – atomu ili α – C – atomu. U proteinima se redovito nalazi svega dvadeset različitih aminokiselina. Svaka amino kiselina sastoji se od ugljikova atoma (α – C – atoma) vezanog na karboksilnu grupu (COO-), amino grupu (NH3 +), atom vodika i različiti pobočni lanac. Specifična kemijska svojstva različitih pobočnih lanaca aminokiselina određuju ulogu svake aminokiseline u proteinskoj strukturi i funkciji. Dakle, sve su aminokiseline α – aminokiseline, osim prolina koji spada u α – iminokiseline. Sve su optički aktivne osim najjednostavnije aminokiseline glicina. Po konfiguraciji pripadaju L – seriji, a mogu biti desno – ili lijevo – skretne. U tablici su prikazane strukture 20 najvažnijih aminokiselina s njihovim uobičajenim kraticama i pojedinim svojstvima. Aminokiseline se mogu svrstati u četiri grupe prema svojstvima njihovih pobočnih lanaca. 1. Nepolarne aminokiseline. Deset aminokiselina ima nepolarne pobočne lance koji nemaju interakcije s vodom (hidrofobni su). Glicin je najjednostavnija aminokiselina kojoj se pobočni lanac sastoji od samo jednog vodikova atoma. Alanin, valin, leucin i izoleucin imaju ugljikovodične pobočne lance koji se sastoje od najviše četiri ugljikova atoma. Pošto su pobočni lanci hidrofobni, smještaju se u unutrašnjost proteina gdje nisu u kontaktu s vodom. Slično, prolin ima ugljikovodični lanac, ali jedinstven je po tome što mu je pobočni lanac vezan na dušik amino grupe kao i na α – C – atom, formirajući tako cikličku strukturu. Pobočni lanci dvije aminokiseline, cisteina i metionina, sadrže sumpor. Metionin je prilično hidrofoban, ali cistein je manje hidrofoban zbog sulfhidridne grupe (SH). Sulfidridna grupa igra vrlo važnu ulogu u strukturi proteina jer se disulfidne veze mogu stvarati među pobočnim lancima različitih cisteina. Napokon, dvije nepolarne kiseline, fenilalanin i triptofan, imaju pobočne lance koji sadrže vrlo hidrofobne aromatske prstenove. Glicin Gly (G) 2 – aminooctena kiselina, najjednostavnija aminokiselina i jedina koja nema asimetrični C atom. Glicinski ostatak ima vrlo malen volumen, što je važno za izgradnju određenih struktura, npr. kolagena. 52 Alanin Ala (A) Alanin se može shvatiti kao ishodni spoj za sve druge aminokiseline jer zamjenom jednog ili obaju vodika u metilnoj grupi nekim drugim ostatkom nastaju strukturne formule ostalih aminokiselina. valine Val (V) leucine Leu (L) izoleucine Ile (I) Valin (2 – aminoizovalerijanska kiselina) , leucin (2 – amino – 4 – metil – valerijanska kiselina) i izoleucin (2 – amino – 3- metil valerijanska kiselina) imaju razgranat ugljikov skelet. Kemijski su razmjerno slični, pogotovo leucin i izoleucin. prolin Pro (P) Prolin je ciklički građen. Dušikov atom u α položaju uključen je u prsten, pa stoga nije primaran, već sekundaran amin. Prolin, povezan u peptidu, može se hidroksilacijom modificirati u hidroksiprolin što je bitno npr. u sintezi kolagena. Cistein Cys (C) Cistein sadrži sumpor, sulfhidridna skupina prilično je reaktivna. Važno je da se cistein i unutar peptida može lagano dehidrogenirati, a pri tome nastaje disulfid. To povezivanje preko S-S veze nalazi se u mnogih proteina. metionine Met (M) Metionin jest esencijalna aminokiselina, S – metil derivat homocisteina. Metilna grupa može se u metabolizmu prenijeti na druge molekule, te je metionin time glavni donor –CH3 grupa. 55 4. Kisele (monoamino – dikarboksilne) aminokiseline. Dvije aminokiseline, asparaginska i glutaminska kiselina imaju kisele pobočne lance koji završavaju karboksilnim grupama. Ove aminokiseline su negativno nabijene unutar stanice i stoga često imenuju kao asparat i glutamat. Kao bazične aminokiseline, vrlo su hidrofilne i obično locirane na površini proteina. Asparaginska kiselina Asp (D) Glutaminska kiselina Glu (E) Na pobočnom lancu imaju još jednu kiselu skupinu kojoj se proton lagano odcjepljuje disocijacijom. Zbog toga nastaju dodatni negativni naboji (važno za elektrokemijska svojstva proteina). Neke aminokiseline koje dolaze u proteinima životinjski organizam može sam sintetizirati – aminiranjem odgovarajućih 2 – okso – kiselina ili pregradnjom iz drugih aminokiselina. Kiseline koje organizam ne može izgraditi sintetiziraju biljke a u organizam se unose hranom. To su nezamjenjive ili esencijalne aminokiseline. Označene su superskriptom e. Svojstva aminokiselina. Premda sadrže amino- i karboksilnu skupinu, aminokiseline se po nekim svojstvima razlikuju od amina i karboksilnih kiselina pa i od većine organskih spojeva. To su nehlapljive kristalne tvari koje se tale na relativno visokim temperaturama od oko 300°C. Netopljive su u nepolarnim otapalima a dosta su dobro topljive u vodi. Po fizičkim svojstvima su dakle slične ionskim spojevima. Objašnjenje za to je dipolarna ionska struktura aminokiselina, koja nastaje prelaskom protona kisele karboksilne skupine na baznu amino – skupinu iste molekule. Aminokiselina otopljena u vodi može djelovati kao donor ili kao akceptor protona, tj. može neutralizirati i baze i kiseline. Tako se tumače puferska svojstva aminokiselina i proteina kao visokopolimernih spojeva izgrađenih iz aminokiselina. Oblik aminokiseline u otopini ovisi o pH, što se može prikazati na nekim primjerima. Monoamino – monokarboksilna kiselina, npr. glicin, u otopini može biti prisutna kao kation, dipolarni ion ili anion. 56 Vrijednost pH kod kojeg u otopini prevladava dipolarni ion (izoelektrična točka) je aritmetička sredina prijednosti pK karboksilne i amino – skupine. U jako kiseloj otopini aminokiselina je prisutna kao kation, kod pH izoelektrične točke prevladava dipolarni ion, a u jako lužnatoj otopini aminokiselina postaje anion. Kod monoamino – dikarboksilne kiseline, npr. asparaginske kiseline, u otopini su moguća četiri oblika. pH vrijednost izoelektrične točke je sredina između pK1 i pK2 i iznosi 2,8. Četiri oblika moguća su i kod diamino – monokarboksilne kiseline, npr. lizina. pH vrijednost izoelektrične točke je sredina između pK2 i pK3 i iznosi 9,7. Vrijednosti pK za α – COOH (pK1 karboksilnih skupina) kreću se u uskom području od 1,7 do 2,6 – u prosjeku 2,2, dok se za α – NH3 + pK vrijednosti kreću od 8,9 do 10,6 – u prosjeku 9,5. Tu su još i funkcionalne skupine pobočnih lanaca aminokiselina. Na primjer, pK za –SH skupinu cisteina iznosi 8,3 a za imidazolski prsten histidina 6,0. kako je pK vrijednost imidazola blizu pH neutralnog medija, histidin može djelovati kao donor odnosno akceptor protona kod enzimskih kataliza koje se zbivaju u neutralnom području. Histidinski ostaci nalaze se zbog toga u aktivnim centrima mnogih enzima. 57 Aminokiseline reagiraju dakle kao kiseline i kao baze. Osim toga, one pokazuju reakcije tipične za karboksilne kiselina i za primarne amine. Navest ćemo najvažnije. a) Dekarboksilacija Produkti dekarboksilacije su primarni amini, tzv. 'biogeni amini'. Mnogi od njih su farmakološki zanimljivi, neki ulaze u sastav koenzima a neki su važni kao prekursori hormona ili kao hormoni. Struktura amina nastalog dekarboksilacijom lako se može izvesti iz formule aminokiseline. serin etanolamin (kolamin) histidin histamin triptofan triptamin 5 - hidroksitriptofan serotonin Dekarboksilacijom diamino – monokarboksilnih kiselina nastaju diamini. 1,4 – butandiamin ili putrescin i 1,5 – pentandiamin ili kadaverin nastaju pri razgradnji proteina dekarboksilacijom aminokiselina ornitina odnosno lizina. Neugodnog su mirista a nalazimo ih npr. u pokvarenom mesu.