L’unione di più amminoacidi dà i peptidi e le proteine

Si definisce amminoacido un qualunque composto organico in cui sono presenti un gruppo amminico e un acido carbossilico

L’unione di più amminoacidi dà i peptidi e le proteine

Tra i numerosi amminoacidi, solo 20 partecipano alla formazione delle proteine e, quindi, sono definiti amminoacidi proteogenici.

Gli amminoacidi proteogenici:

• Sono tutti (la funzione NH2 è legata al C adiacente alla funzione

carbossilica)• Sono tutti chirali (eccetto la glicina)• Presentano stereochimica L (il C chirale ha la stessa

configurazione del C chirale della L-gliceraldeide)• Il C chirale ha una configurazione assoluta S (ad eccezione

della cisteina, che è R)

Inoltre, gli amminoacidi:

• si differenziano tra loro per la natura del gruppo –R, definito residuo amminoacidico o catena laterale

• si presentano come zwitterioni, cioè come ioni dipolari, in cui sono presenti, contemporaneamente, una carica positiva e una negativa

Proprietà acido-basiche degli amminoacidi

Gli amminoacidi sono zwitterioni (sali interni).

•Hanno momenti dipolari elevati•Sono, generalmente, solubili in H2O•Sono sostanze cristalline con alti punti di fusione

Il comportamento in soluzione acquosa viene influenzato dal pH

Se un amminoacido in soluzione viene sottoposto all’azione di un campo elettrico esterno tenderà :

• A migrare verso il catodo (elettrodo negativo) se è in forma cationica

• A migrare verso l’anodo (polo positivo) se è in forma anionica

• A non migrare se si trova al suo punto isoelettrico (PI)

H3N

R

COOH3N

R

COOH

pH acidi pH basici

H2N

R

COO

migra verso il catodomigra verso l'anodonon migra

Per gli amminoacidi con una carica (+ o -) nel residuo R, il PI è:

• la media dei valori di pKa più bassi, se R è un residuo acido

• la media dei valori di pKa più alti, se R è un residuo basico

Alcuni metodi di sintesi racema

1) Sintesi di amminoacidi da alogenoacidi

2) Sintesi di Strecker

3) Sintesi di Gabriel

amminazione

1) da -alogenoacidi:

La reazione di amminazione fatta con NH3 dà rese basse, a causa della polialchilazione.In alternativa, si utilizza la sodio azide, che per idrogenazione catalitica, o con NaBH4 si riduce ad ammina.

2) Sintesi di Strecker

3) Sintesi di Gabriel (della glicina)

f talimmide potassica estere f talimmidomalonico

SN

idrolisi

bromomalonato dietilico

acido f talico

PEPTIDI

Il legame che si instaura fra gli amminoacidi per formare i peptidi e le proteine è un legame ammidico, detto legame peptidico

Per formare il legame peptidico, un amminoacido mette a disposizione il proprio gruppo –COOH, mentre l’altro amminoacido interviene con il suo gruppo –NH2, con formazione di una molecola di H2O.

Il dipeptidedipeptide è il più semplice peptide, formato dall’unione di due amminoacidi

I dipeptidi si indicano scrivendo i simboli dei due residui amminoacidici che li costituiscono

.

Per convenzione, i peptidi sono rappresentati ponendo a sx l'amminoacido con il gruppo amminico libero (a.a. N-terminale) e all'estremità di dx quello con il gruppo carbossilico libero (a.a. C-terminale)

Sintesi dei peptidi

Attivazione del COOH

protezione del gruppo NH2

La protezione del gruppo NH2 consiste nel rendere l’N del gruppo amminico meno reattivo, cioè meno nucleofilo.

generato dalla reazione tra il gruppo amminico dell'aminoacidoe l'acido carbonico

Terz-butossicarbonile (Boc)Viene introdotto facilmente facendo reagire l’-NH2 con il di-terz-butil dicarbonato(Boc-anidride), e rimosso facilmente per idrolisi acida 

Alcuni esempi di gruppi protettori dell’-NH2

Carbobenzilossi cloruro (benzilcloroformiato)

Viene facilmente introdotto sul gruppo amminico (SNacilica), in presenza di basiper neutralizzare l’HCl che si forma, e rimosso altrettanto facilmente per

idrogenazionecatalitica

Fluorenilmetossicarbonil cloruroViene rimosso facilmente tramite idrolisi debolmente basica 

CH3

+

esterif icazione

esterif icazione

•La sintesi di una catena peptidica per addizione sequenziale di un

amminoacido richiede un processo accurato di purificazione del prodotto

ottenuto, poiché ad ogni passaggio sintetico è necessario isolarlo dal solvente,

dai sottoprodotti, dall’eccesso di reagenti

Resina più usata:

Granuli di polistirene-divinilbenzene contenenti gruppi clorometilici.Ha lo svantaggio di dover essere rimossa in condizioni acide drastiche (HF)

Resine più innovative: non hanno bisogno di un acido forte per essere rimosse

Passaggi della sintesi in fase solida

1) Un amminoacido (es. valina) N-Boc protetto si lega alla resina per reazione con i gruppi clorometilici.

2) L’amminoacido viene lavato per liberare dall’eccesso di reagente e trattato con acido trifluoroacetico per rimuovere il –Boc.

3) Il secondo amminoacido N-Boc protetto e –COOH attivato condensa con il primo amminoacido (valina)

diisopropilcarbodiimmide, forma la diisopropilurea che precipita

4) Il dipeptide N-Boc-Val-Phe viene lavato e trattato con acido trifluoroacetico perrimuovere il Boc. Il ciclo si ripete n volte, fino all’ottenimento del peptide desiderato

5) L’ultimo passaggio prevede il distacco dell’amminoacido dalla resina, ad opera di HFche rimuove anche il Boc.

Proteine:

Sono formate da lunghe catene amminoacidiche.

Queste catene possono assumere conformazioni diverse, così che si hanno quattro livelli di struttura:

Struttura primaria delle proteine, costituita dalla sequenza degli amminoacidi nella catena 

Struttura secondaria delle proteine, costituita dalla conformazione ordinata che i vari segmenti della catena possono assumere 

Struttura terziaria delle proteine, data dai ripiegamenti che le varie proteine assumono per generare la loro forma

Struttura quaternaria, che descrive come le varie subunità che eventualmente costituiscono la proteina si assemblano fra loro

Determinazione della struttura primaria di peptidi e proteine

• Identificazione degli amminoacidi presenti

• Identificazione della quantità degli amminoacidi presenti

• Identificazione della sequenza degli amminoacidi presenti

Identificazione della composizione amminoacidica di un peptide: si effettua attraverso reazioni di degradazione

• Scissione dei ponti disolfuro (reazione di riduzione)• Scissione dei legami peptidici (a 110°C in HCl acquoso:

idrolisi dei legami ammidici)

L’analisi della miscela di amminoacidi ottenuta dall’idrolisi si effettua tramite cromatografia (HPLC), o gascromatografia, dopo averli trasformati in esteri metilici

Identificazione dell’amminoacido N-terminale: degradazione di EDMAN

Consente di scindere selettivamente l'amminoacido N-terminale, lasciando il polipeptide accorciato di un'unità. Il reattivo di Edman è il fenilisotiocianato, che trasforma l'amminoacido N-terminale in una tiourea ciclica.

tiourea ciclica con il suo gruppo R identificabile

Meccanismo :

Ph N C S

NH2

O NH peptide

PhHN C S

NH

O NH peptide

Ph N

S

NH2

C

O

+ NH2

un peptide in meno

N-feniltioidantoina

Vantaggio: lascia intatta la restante catena peptidica, così l’analisi può essere ripetuta.

Identificazione dell’amminoacido N-terminale: degradazione di SANGER

Utilizza il reattivo di Sanger : 2,4-dinitrofluorobenzene (2,4D) F

NO2

O2N

H2N

ON

H

peptide

F

NO2

O2N +SNaromatica

NO2

O2N NH

O

NH

peptide

peptide marcato

HCl, H2O

NO2

O2N NH COOH2 + amminoacidi non marcati

Dopo aver marcato il peptide con il reattivo di Sanger, si idrolizza in ambienteacido ottenendo l’amminoacido N terminale marcato dal 2,4 D, che viene separato e identificato

Identificazione dell’amminoacido C-terminale

L'identificazione dell'amminoacido C-terminale di una sequenza amminoacidica viene effettuata impiegando un enzima, la carbossipeptidasi, in grado di idrolizzare il legame peptidico a partire esclusivamente dall'unità C-terminale