3 clase - proteÍnas y aminoacidos
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SÍNTESIS DE SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
Dr. Américo Castro Luna
SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOSSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS
1.1. La reacción de La reacción de Hell Hell –– Volhard Volhard –– Zelinsky Zelinsky, es , es una reacción de sustitución (por una reacción de sustitución (por desprotonación) que se da en el átomo de desprotonación) que se da en el átomo de carbono adyacente al grupo carbonilo carbono adyacente al grupo carbonilo (aldehídos y cetonas), es utilizada para la (aldehídos y cetonas), es utilizada para la halogenación en la posición alfa de un ácido halogenación en la posición alfa de un ácido carboxílico. El ácido alfa halogenado carboxílico. El ácido alfa halogenado carboxílico tratado con exceso de amoníaco carboxílico tratado con exceso de amoníaco (amonólisis) genera un alfa aminoácido (amonólisis) genera un alfa aminoácido racémico.racémico.
Válido para: glicina, alanina, serina, treonina, valina, leucina,
nor leucina, fenilalanina
CH3
C
COOH
H H
CH3
C
COOH
H Br
H Br
Br2 + PBr3
CH3
C
COO
H NH3
25ºC
4 diasH2O
NH3
H Br
80%
56%
Rendimientos relativamente
bajos
R R
R
(SN2)
(R,S) – α - aminoácido
Aminación de α-halo ácidos Hell-Volhard-Zelinsky
Es la forma más inmediata de introducir un grupo amino en a a un ácido carboxílico
exceso
1. Br2 PBr3
NH3
O
Br
CH3CHCH2CH2COH2. H2O
CH3 O
CH3CHCH2CHCOH
NH2
CH3 O
CH3CHCH2CHCOH
ácido 4-metilpentanóico ácido 2-bromo-4-metilpentanóico
(R,S)-leucina (45%)
CH3
CH2Ph
Br
CH2 COOH1. Br2 PBr3
2. H2OCH2Ph CH COOH
CH2Ph CH COO-
exceso
NH3
NH2
+NH4
(D,L)-fenilalanina (sal)
(30 - 50%)
ácido 3-fenilpropanóico
2.2. Síntesis de Strecker.- Síntesis de Strecker.- Es un método que Es un método que consiste en obtener un alfa aminoácido a consiste en obtener un alfa aminoácido a través de dos etapas: través de dos etapas:
a)a) Tratando un aldehído con solución acuosa de Tratando un aldehído con solución acuosa de amoníaco en presencia de HCN ó KCN / NaCN.amoníaco en presencia de HCN ó KCN / NaCN.
b)b) El producto que se obtiene es un alfa-El producto que se obtiene es un alfa-aminonitrilo intermediario, que por hidrólisis da el aminonitrilo intermediario, que por hidrólisis da el alfa aminoácido racémico.alfa aminoácido racémico.
CHO + C
aldehído
R NH3 + HCN R
H
NH2
C NH+
H2OCR
H
NH3
COO-
+
alfa-aminonitrilo (R,S)-alfa-aminoácido
3.3. Síntesis de Gabriel y Malónica.- Síntesis de Gabriel y Malónica.- La síntesisLa síntesis malónica es una reacción de alquilación del malónica es una reacción de alquilación del malonato de dietilo, con posterior hidrólisis y malonato de dietilo, con posterior hidrólisis y descarboxilación, generando un ácido acético descarboxilación, generando un ácido acético alquilado.alquilado.
CH
COOEt
H
éster malónico
-OEt
COOEt
RXCH
COOEt
R
COOEt
H3O+ , calorCH
COOH
R
H
+ CO2
alquilado ácido acético alquilado
Para adaptar esta síntesis en la obtención de Para adaptar esta síntesis en la obtención de aminoácidos, se emplea el éster N-aminoácidos, se emplea el éster N-ftalimidomalónico que proviene de la reacción ftalimidomalónico que proviene de la reacción alfa-bromomalonato de dietilo con la ftalimida alfa-bromomalonato de dietilo con la ftalimida potásica; el que tratado con potásica; el que tratado con ––OEt / RX genera el OEt / RX genera el éster alquilado. En este caso el grupo amino éster alquilado. En este caso el grupo amino está protegido en forma de amida, el grupo está protegido en forma de amida, el grupo ácido está protegido como éster etílico y la ácido está protegido como éster etílico y la posición alfa está activada por el grupo éster posición alfa está activada por el grupo éster temporal del malonato de dietilo. Todo esto se temporal del malonato de dietilo. Todo esto se representa como si fuera la molécula de la representa como si fuera la molécula de la glicina:glicina:
CH2N
H
COOH
H
N C
COOEt
COOEt
H
glicina
ácido protegido
grupo amino protegido
grupo éster temporaldel malonato de dietilo
O
O
éster del N-ftalimidomalónico
La síntesis de Gabriel y Malónica, es un método La síntesis de Gabriel y Malónica, es un método general para la síntesis de aminoácidos, que general para la síntesis de aminoácidos, que combina la síntesis de Gabriel de aminas con la combina la síntesis de Gabriel de aminas con la síntesis malónica de ácidos carboxílicos síntesis malónica de ácidos carboxílicos alquilados. Ambas síntesis comienzan con el alquilados. Ambas síntesis comienzan con el éster N-ftalimidomalónico, que sirve de base éster N-ftalimidomalónico, que sirve de base para la síntesis de para la síntesis de αα-aminoácidos. El éster es -aminoácidos. El éster es alquilado y luego hidrolizado, así el grupo alquilado y luego hidrolizado, así el grupo ftalimido se hidroliza junto con los grupo éster. ftalimido se hidroliza junto con los grupo éster. El producto final es un ácido aminomalónico El producto final es un ácido aminomalónico alquilado que por descarboxilación da el alquilado que por descarboxilación da el αα--aminoácido racémico.aminoácido racémico.
C
CO
CO
OEt
OEt
BrH
C
C
N
O
O
K
C
C
N
O
O
H
OEt
OEt
CO
CO
C
C
C
N
O
O
OEt
OEt
CO
CO
C Na
K Br
EtONa
C
C
N
O
O
OEt
OEt
CO
CO
C RRX
X Na
85%
Vía síntesis de Gabriel2-bromomalonato de dietilo con ftalimida potásica
ftalimida potásicaftalimida potásica
derivado N-ftalimidaderivado N-ftalimida
d
C
C
N
O
O
OEt
OEt
CO
CO
C R
H2O
H3O
C
C
N
O
O OH
H
CO
C R
C
C
O
O
OH
OH
H2O
H3O
Glicina (R=H)85%
CO2
Válido para muchos
aminoácidos.
H3N
O
H
CO
C R
C
C
N
O
O
OH
OH
CO
CO
C R
Vía síntesis de Gabriel
derivado N-ftalimidaderivado N-ftalimida
R
CHN
O
éster del N-ftalimidomalónico
O
COOEt
COOEt
(1) base
(2) R-XN
O
O
C
COOEt
COOEt
R
H3O+
H3N C
COOH
COOH
R+ calor
H3N C
H
COOH
R+
CO2
alquilado
hidrolizado aminoácido
+
C
CO2Et
N
CO2EtH
CH
CH3
O
1. Na+ -OEt
2. BrCH2CO2EtEtOCCH2
O
C
CO2Et
N
CO2Et
CH
CH3
O
H3O+
CalorHOCCH2CHCOH
O
NH2
Ácido (R,S)-aspártico(55%)
O
Acetamidomalónicodietílico
CHN
O
O
COOEt
COOEt
(1) NaOEt
(2) Cl - CH2CH2SCH3
N
O
O
C
COOEt
COOEt
CH2CH2SCH3H3O+
calorH3N C
H
COOH
CH2CH2SCH3
+
D,L metionina(50%)
Resolución de aminoácidos (R) (S)Resolución de aminoácidos (R) (S)
La síntesis de Gabriel y Malónica, como la La síntesis de Gabriel y Malónica, como la síntesis de Strecker, realizada a partir de síntesis de Strecker, realizada a partir de sustancias aquirales, producen mezclas sustancias aquirales, producen mezclas racémicas de racémicas de αα--aminoácidos (mezcla de partes aminoácidos (mezcla de partes iguales de compuestos (S) y (R). La resolución iguales de compuestos (S) y (R). La resolución de aminoácidos es factible transformándolos en de aminoácidos es factible transformándolos en diasteroisómeros y posteriormente en sus diasteroisómeros y posteriormente en sus enantiómeros correspondientes. También de enantiómeros correspondientes. También de manera selectiva se pueden separar por manera selectiva se pueden separar por métodos biológicos.métodos biológicos.
RCHCOH
O
NH2
(CH3CO)2O
RCHCOH
N
CH
CH3
O
O
H2O
carboxipeptidasaC
C
R
HH2N
O OH
+ C
C
R
NHCCH3H
O OH
O
mezcla R,S mezcla R,S aminoácidos S aminoácidos R
Discriminación biológica de los Discriminación biológica de los enantiómerosenantiómeros
Las enzimas de los seres vivos son quirales y Las enzimas de los seres vivos son quirales y son capaces de diferenciar entre enantiómeros .son capaces de diferenciar entre enantiómeros .
Generalmente, solo uno de los dos Generalmente, solo uno de los dos enantiómeros encaja adecuadamente en el sitio enantiómeros encaja adecuadamente en el sitio activo quiral de una enzima.activo quiral de una enzima.
Los sistemas biológicos son capaces de Los sistemas biológicos son capaces de distinguir entre los enantiómeros de muchos distinguir entre los enantiómeros de muchos compuestos quirales diferentes. En general, solo compuestos quirales diferentes. En general, solo uno de los enantiómeros produce el efecto uno de los enantiómeros produce el efecto característico; el otro o bien no produce ningún característico; el otro o bien no produce ningún efecto o tiene un efecto diferente. Ejemplo: efecto o tiene un efecto diferente. Ejemplo:
La epinefrina levógira que es una hormona La epinefrina levógira que es una hormona segregada por las glándulas adrenales, segregada por las glándulas adrenales,
frente a la frente a la epinefrina sintética tienen el epinefrina sintética tienen el mismo mismo efecto que efecto que la hormona natural, la hormona natural, sin sin embargo la forma (+) embargo la forma (+) dextrógira, no dextrógira, no tiene tiene este efecto y es tóxica. este efecto y es tóxica.
La siguiente figura expresa de cómo el La siguiente figura expresa de cómo el enantiómero (-) de la epinefrina encaja en el enantiómero (-) de la epinefrina encaja en el sitio activo de la enzima.sitio activo de la enzima.
Reconocimiento molecular de la epinefrina por una Reconocimiento molecular de la epinefrina por una enzima. Sólo el enantiómero levógiro encaja en el enzima. Sólo el enantiómero levógiro encaja en el sitio activo de la enzima.sitio activo de la enzima.
Sitio activo de la enzima
A partir de amoniaco y carbohidratos (a-cetoácidos) se sintetizan en el organismo en presencia de enzimas reductoras
Síntesis de glutámico
-cetoglutarato
C
C
O O
O
O
OC
CO
O
O
O
H3N
H
Ac. glutámico
NH3
L-glutamato deshidrogenasa
CR O
COOtransaminasa
CR
COO
HNH3
L-aminoácido -cetoácido
Síntesis de aminoácidos
Aminoácidos esenciales:
Arginina, histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina,
fenilalanina, treonina, triptofano y valina.
Biosíntesis de aminoácidos
REACCIONES DE REACCIONES DE AMINOÁCIDOSAMINOÁCIDOS
1.1. Por el grupo amino.- Por el grupo amino.- Ante un agente acilante Ante un agente acilante transforma el grupo amino en una amida.transforma el grupo amino en una amida.
N
NH
CH2
COOCHH3N
N
NH
CH2
COOHCHHNC
O
CH3
C
O
CH3 O C
O
CH3100ºC
2h
Histidina
80%
N-acetilhistidinaanhidrido acético
CH3
NH2
C COOH
H
+ CH3 C Br
O
CH3
NH2
C COOH
H
O
C CH3
+ HBr
alanina bromuro de acetilo N-acetilalanina
2.2. Por el grupo carboxilo.- Por el grupo carboxilo.- Al igual que los ácidos Al igual que los ácidos carboxílicos monofuncionales, con exceso de alcohol y carboxílicos monofuncionales, con exceso de alcohol y HCl gaseoso como catalizador, generan ésteres que HCl gaseoso como catalizador, generan ésteres que actúan como derivados protectores; siendo los más actúan como derivados protectores; siendo los más importantes los ésteres metílicos, etílicos y bencílicos y importantes los ésteres metílicos, etílicos y bencílicos y se les aisla por cristalización como clorhidratos. El se les aisla por cristalización como clorhidratos. El grupo amino protonado (-NHgrupo amino protonado (-NH33
++) del aminoácido no ) del aminoácido no
interfiere en la reacción. Así mismo, el éster en un interfiere en la reacción. Así mismo, el éster en un medio ácido regenera al aminoácido libre.medio ácido regenera al aminoácido libre.
CH2 CHCOO
NH3 Cl
CH2 CHCO
NH3
OCH3CH3OH
HCl
Fenilalanina
90%
Éster metílico de la fenilalanina
H2C HCl
CH
Ph - CH2 - OH
CH2N O-
O
CH2
CH2
+
prolina
H2C
CH CH2N O
O
CH2
CH2
+
éster bencílico de la prolina(90%)
CH2Ph
Cl-
H3N
CH2 - Ph
CH
COOH
C+
OCH2CH3
O
H3O+
H3N
CH2 - Ph
CH C+
OH
O
+ CH3CH2 - OH
éster etílico de la fenilalanina fenilalanina
Gracias Dr. Américo Castro Luna