Lic. Walter de la Roca1 Unidad 5 (Parte 7) Propiedades Químicas. 1.Predecir las propiedades físicas y químicas de aminoácidos analizando la estructura.

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1 Lic. Walter de la Roca1 Unidad 5 (Parte 7) Propiedades Químicas. 1.Predecir las propiedades físicas y químicas de aminoácidos analizando la estructura química de los mismos. 2.Explicarla metodología de síntesis de péptidos.

2 1. Síntesis de aminoácidos: Uno de los métodos más antiguos de síntesis de -aminoácidos comienza con la bromación en de un ácido carboxílico cuando se trata con Br 2 y PBr 3 (la reacción de Hell-Volhard-Zelinskii). La sustitución SN 2 del -bromo ácido con amoniaco produce un α-aminoácido. Los rendimientos son bajos y se obtiene una mezcla racémica. Lic. Walter de la Roca2

3 1.1Síntesis Malónica: Lic. Walter de la Roca3

4 1.2 Síntesis Ftalimídica de Gabriel: Se obtiene una mezcla racémica Lic. Walter de la Roca4

5 1.3 Método de Éster Ftalimidomalónico: Lic. Walter de la Roca5

6 1.4 Síntesis del amidomalonato Un método más general para preparar α-aminoácidos es la síntesis del amidomalonato, una extensión directa de la síntesis del éster malónico La reacción comienza con la conversión del cetamidomalonato de dietilo en un ion enolato cuando se trata con una base, seguida por la alquilación SN 2 con un haluro de alquilo primario. La hidrólisis del grupo protector amida y de los ésteres ocurre cuando el producto alquilado se calienta con un ácido acuoso, y después ocurre la descarboxilación para producir un α- aminoácido. Lic. Walter de la Roca6

7 1.5 Síntesis de Strecker Lic. Walter de la Roca7

8 1.6 Aminación reductiva de -ceto ácidos La síntesis de -aminoácidos es por la aminación reductiva de un α-ceto ácido con amoniaco y un agente reductor. La alanina se prepara cuando se trata del ácido pirúvico con amoniaco en presencia de NaBH 4. La reacción procede a través de la formación de una imina intermediaria que se reduce posteriormente. Todas las anteriores síntesis mencionadas tienen el problema que se produce racemización, y como sabemos los aminoácidos que se pueden utilizar en las biosíntesis de proteínas deben ser por lo general L-, por lo que el rendimiento sería muy bajo. Lic. Walter de la Roca8

9 Este método Aminación Reductiva tiene un interés particular porque tiene una estrecha analogía entre un método de laboratorio con la ruta por la que la naturaleza sintetiza algunos aminoácidos, a continuación se presenta la síntesis del ácido glutámico a partir del α-cetoglutárico. Lic. Walter de la Roca9

10 Es evidente que todas estas reacciones anteriores nos dan aminoácidos sintéticos que son ópticamente inactivos (muestras racémicas) y si se quiere sintetizar a los naturales se deberá realizar métodos para obtener aminoácidos enantioméricamente puros. Se puede proceder de dos maneras: 1.Separar a partir de una mezcla racémica de las anteriores reacciones, los enantiómeros puros. (Resolución de mezclas racémicas) 2.Usar una síntesis enantioselectiva para preparar directamente sólo el enantiómero “S” deseado (este es el más recomendado, debido a que no se pierde la mitad del producto que sería el “R”). Lic. Walter de la Roca10

11 2. SEPARANDO MEZCLAS RACÉMICAS La mezcla de sales diasteroméricas, se pueden separar por cristalización o algún otro método, pues las mismas tienen propiedades químicas y físicas diferentes. Lic. Walter de la Roca11

12 2.1 Utilizando enzimas naturales: También se puede utilizar métodos biológicos, utilizando enzimas específicas (que las naturales reaccionarán con los enantiómeros “S”) para la separación de los enantiómeros puros. PROBLEMA DE ESTA METODOLOGÍA ES QUE SE PIERDE LA MITAD DE LOS PRODUCTOS. EL RENDIMIENTO ES MUY BAJO Y SIEMPRE HABRÍA CONTAMINACIÓN CON ENANTIOMERO (R). Lic. Walter de la Roca12

13 2.2 Síntesis enantioselectiva de aminoácidos: Hace algunos años en la compañía Monsanto, William Knowles descubrió que los α-aminoácidos pueden prepararse enantioselectivamente por hidrogenación de un ácido (Z)- enamido con un catalizador quiral de hidrogenación. La (S)-fenilalanina se prepara con 98.7% de pureza contaminada por sólo 1.3% del enantiómero (R) cuando se utiliza un catalizador quiral de rodio. Por su descubrimiento, Knowles compartió el Premio Nobel de Química de 2001 Lic. Walter de la Roca13

14 Los catalizadores más efectivos para la síntesis enantioselectiva de aminoácidos son los complejos de coordinación de rodio (I) con 1,5-ciclooctadieno (COD) y una difosfina quiral como el (R,R)-1,2-bis(o-anisilfenilfosfino)etano, el llamado ligando DiPAMP. El complejo debe su quiralidad a la presencia de los átomos de fósforo trisustituidos. Lic. Walter de la Roca14

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16 3. Funciones de los aminoácidos Además de su participación en la formación de péptidos y proteínas, algunos aminoácidos tienen funciones de mensajeros químicos o neurotransmisores, ya sea por sí mismos o como precursores. Los neurotransmisores pueden clasificarse en inhibidores y excitadores. Glicina: relacionado con funciones motoras y sensoriales. Se une a receptores que despolarizan las sinapsis por liberación de iones Cl- Ácido γ- aminobutírico (GABA): deriva del ácido glutámico y es el neurotransmisor más abundante en el cerebro. En enfermedades como la Corea de Huntington, los niveles están alterados. Lic. Walter de la Roca16

17 Glutamato, aspartato (memoria y aprendizaje) y D-serina (sintetizada en el cerebro a partir de L-serina) también son aminoácidos con función de neurotransmisores. Epinefrina (adrenalina) y norepinefrina: derivan de la tirosina y de fenilalanina. Serotonina: deriva del L-triptofano 4. Reacciones de aminoácidos a. Reacciones sobre el grupo carboxilo  Descarboxilación  Esterificación  Formación de amidas b. Reacciones sobre el grupo amino  Acilación  Reacción con ninhidrina Lic. Walter de la Roca17

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19 c. Descarboxilación de histidina La histidina se descarboxila para producir histamina, con ayuda de fosfato de piridoxal (vitamina B 6 ) como cofactor enzimático. La enzima es la histidinadescarboxilasa. El PLP tiene un grupo aldehido que inicialmente forma una imina con el grupo amino de una lisina presente en la enzima. Lic. Walter de la Roca19

20 d. Reacción con Ninhidrina Es una reacción formadora de color que puede usarse con fines tanto cualitativos como cuantitativos. Lic. Walter de la Roca20

21 Mecanismo de formación del púrpura de Ruhemann Lic. Walter de la Roca21

22 Otras reacciones de color para aminoácidos: Reacciones sobre la cadena lateral ReactivoAminoácidoResultado MillonTirosinaPrecipitado rojo RosenheimTriptofanoAnillo violeta PaulyHistidinaColor amarillo SakaguchiArgininaColor rojo Sulfuro de plomocisteinaPrecipitado café 5. Péptidos y proteínas Las proteínas y los péptidos son polímeros de aminoácidos en los que los aminoácidos individuales, llamados residuos, están unidos por enlaces amida, o enlaces peptídicos. Un grupo amino de un residuo forma un enlace amida con el carboxilo de un segundo residuo; el grupo amino del segundo forma un enlace amida con el carboxilo de un tercero y así sucesivamente. Lic. Walter de la Roca22

23 Según el número de unidades de aminoácidos por molécula, se les conoce como dipéptidos, tripéptidos, etc., hasta llegar a polipéptidos (Convencionalmente se consideran como polipéptidos los que tienen pesos moleculares de hasta 10,000; sobre el valor, son proteínas). La alanilserina es el dipéptido que resulta cuando se forma un enlace amida entre el carboxilo de la alanina y el grupo amino de la serina. Lic. Walter de la Roca23

24 Nótese que pueden resultar dos dipéptidos de la reacción entre la alanina y la serina, dependiendo de cuál grupo carboxilo reacciona con cuál grupo amino. Si el grupo amino de la alanina reacciona con el carboxilo de la serina, resulta la serilalanina. Lic. Walter de la Roca24

25 La secuencia repetitiva y extensa de átomos NCHCO que forman una cadena continua se llama esqueleto de la proteína. Por convención, los péptidos se escriben con el aminoácido terminal N (el que tiene el grupo NH libre) a la izquierda y el aminoácido terminal C (el que tiene grupo CO libre) a la derecha. Lic. Walter de la Roca25

26 El nombre del péptido se indica utilizando las abreviaturas para cada aminoácido, la alanilserina se abrevia como Ala-Ser o A-S, y la serilalanina se abrevia como Ser-Ala o S-A. (G – V)(V – G) Lic. Walter de la Roca26

27 Este traslape del orbital p del nitrógeno con los orbitales p del grupo carbonilo le imparte una cierta cantidad de carácter de enlace doble al enlace CN y restringe la rotación alrededor de él. Por lo tanto, el enlace amida es plano y el NH está orientado a 180° del CO. El enlace amida que une aminoácidos diferentes en los péptidos no es diferente a cualquier otro enlace amida. Los nitrógenos de la amida no son básicos debido a que su par de electrones no enlazado está deslocalizado por la interacción con el grupo carbonilo. Lic. Walter de la Roca27

28 Un segundo tipo de enlace covalente en los péptidos ocurre cuando se forma un enlace disulfuro, RSSR, entre los dos residuos de cisteína. Un disulfuro se forma por la oxidación suave de un tiol, RSH, y se rompe por la reducción suave. Un enlace disulfuro entre los residuos de cisteína en diferentes cadenas de péptidos, conecta a las cadenas entre sí que de otra manera estarían separadas, mientras que un enlace disulfuro entre los residuos de cisteína dentro de la misma cadena forman un doblez. Lic. Walter de la Roca28

29 En el caso con la vasopresina, una hormona antidiurética que se encuentra en la glándula pituitaria. Nótese que el extremo terminal C de la vasopresina ocurre como una amida primaria, CONH 2, en lugar del ácido libre. Los puentes disulfuro contribuyen a la forma que puede tener una proteína o un péptido Lic. Walter de la Roca29

30 Una cadena de polipéptido: los cuadros en color indican el plano definido por cada enlace amida. Observe como se alterna la orientación de los grupos R respecto al esqueleto del polipéptido. Lic. Walter de la Roca30

31 Serylglycyltyrosylalanylleucine. Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu SGTAL Lic. Walter de la Roca31

32 Lic. Walter de la Roca32 ¿Qué aprendimos en la presentación? 1. Síntesis de aminoácidos:  Síntesis Malónica  Síntesis Ftalimídica de Gabriel  Método de Éster Ftalimidomalónico  Síntesis Amidomalonato  Síntesis de Strecker  Aminación reductiva de -ceto ácidos 2. Separando mezclas racémicas.  Utilizando enzimas naturales  Síntesis enantioselectiva de aminoácidos

33 Lic. Walter de la Roca33 3. Funciones de los aminoácidos 4. Reacciones de aminoácidos  Reacciones sobre el grupo carboxilo  Reacciones sobre el grupo amino  Descarboxilación de histidina  Reacción con Ninhidrina 5. Péptidos y proteínas 1.McMurry, John (2008) Química Orgánica, 7 ma Edición Cengage Learning Editores, S.A. Capitulo 26. Páginas 1016 a 1050. 2.Morrison, R. y Body R (1990) Química Orgánica, 5ta Edición. Addison-Wesley Iberoamerica, S.A. Capitulo 40. Páginas 1323 a 1346. Bibliografía: