aminosavak, peptidek - em.sapientia.siculorum.ro segedanyagok/02 elelmiszer... · aminosavak...

Aminosavak, peptidek

AminosavakNeutrális aminosavak

C

C O O -

H

H H3N C

CH3

HH3N

COO- H3N++

+

glicin (Gly) alanin (Ala) valin (Val)

H3N

C H 3 CH3

C H

C H 2

C

C O O -

H + +

H2N

CH2 CH2

CH2

H

COO-

C+

leucin (Leu) izoleucin (Ile) prolin (Pro)

COO-

C

C

CH2

C H3

H

CH 3 H

H3N

C

COO-

CH

H

CH3 CH3

COO -

C

CH2

H 3 N H

O H

+ C H

COO-

C

CH3

O H H

H3N+

COO-

C

CH2

SH

HH3N+

szerin (Ser) treonin (Thr) cisztein (Cys)

COO-

C

CH2

CH2

S

CH3

HH 3 N +

metionin (Met)

C H2

C HH 3NC OO-

CH2

C HH3N

COO-

OH

+ +

CN H

CH

CH2

CH3N HC OO-

fenilalanin (Phe) tirozin (Tyr) triptofán (Trp)

+

Savas aminosavak

COO-

CH 3 N H

CH2

COO-

COO-

CH3N H

CH2

CH2

COO-

aszparaginsav (Asp) glutaminsav (Glu)

+ +

Bázisos aminosavak

C O O -

C H3N H

C H 2 C H 2 C H 2 C H 2 N H 3

+

+

+

COO-

CH3N H

CH2

CH2

CH2

NH

C

NH2

NH2+

COO-

CH3N H

CH2

C

HC

NH

NHCH

lizin (Lys) arginin (Arg) hisztidin (His)

+

+

NH2CH2CH2CH 2 CHCOOHNH2

o r n it in

Monoamidok

CO O -

C

CH2

COH 2 N

HH 3 N +

C H2

CH2

H2N OC

as z p ar a g in (A s n ) g l u tam in (G l n )

+C HH3NC O O-

Glicin: 1820 zselatinból izolálták.Alanin: selyemfibroinban nagy mennyiségben.Szerin: 4–8%-ban a fehérjékben.Cisztein, cisztin: 1–2%-ban a fehérjékben.

Diszulfidhidak révén nagy stabilitás.Treonin: állati fehérjékben 4,5–5%, gabonafélékben

kevesebb.Metionin: esszenciális AS, állati feh.: 2–4%, növényi

feh.: 1–2%.Arginin: félig esszenciális AS, fehérjében 3–6%-ban

található.Valin: tojás- és tejfeh.: 7–8%, elasztin: 15%.Leucin: legtöbb fehérjében 7–10%.Izoleucin: 4–7%-ban van a fehérjében.

Lizin: hal: 10–11%, hús, tej, tojás: 7–9%, gabona: 2–4%.

Aszparaginsav: állati fehérjében 6–10% Aszparagin: növényi csírák, fiatal növények

fehérjéinek jellegzetes komponense.Glutaminsav: 1866-ban izolálták búzalisztből.

Búzafehérjében >30%, szójában, kukoricában 20%.Fenilalanin: 4–5%-ban található a fehérjékben,

tirozinná tud alakulni a szervezetben.Prolin: búzában kb. 10%.Hisztidin: 2–3% a fehérjékben.Triptofán: 1–2%-ban van jelen.

Az α-aminosavak fizikai tulajdonságaiMagas olvadáspont, oldékonyság sójellegű

szerkezet.Savval is, lúggal is sót képeznek.

Glicin ikerionos szerkezetének változása a pH hatására

H 3 N + CH2 C O O H H3N+ CH2 C OO- H2N CH2 CO O -

H+ H+

H+ H+

- -

++kation sav

ikerion anion kettős je llemű bázis

A természetes aminosavak fontosabb fizikai adatai

2,1710,76+27,6°238L-Arg2,189,74+26,0°224L-Lys

2,19(4,25)3,22+32,0°249L-Glu1,88(3,65)2,77+25,4°270L-Asp

1,995,89–60,4°222L-Pro2,386,30–34,1°282L-Trp2,205,66–10,0°344L-Tyr1,835,48–4,5°283L-Phe2,285,74+23,2°283L-Met1,654,8–23,2°258L-Cys2,716,16–15,2°253L-Thr2,365,98+41,0°283L-Ile2,366,02+16,4°295L-Leu2,325,96+28,3°315L-Val2,346,00+14,6°297L-Ala2,346,06–292Gly

pKs1pI[α] Op (°C)Aminosav

α-helyzetű –NH2-csoport báziserőssége = NH3

de!Lys ε-NH2 pKb = 3,47

Arg guanidino-csoportja pKb = 1,52

Az α-aminosavak sztereokémiája

C

O

H

C

C H 2 O H

O H H

C O O H

C

C H 2 O H

O H H

C O O H

C H 2 N H

R

L-glicerinaldehid L-aminosav L-glicerinsav

Konfiguráció bizonyítás az optikai eltolódás alapján.

L -a lan in (+)

C

C H 3

H N H

C O O R

A c C

C H 3

H N H 2

C O O H

C

C H 3

H N H

C O N H 2

A c

acil-L (+)-a lan in észter ac il-L (+)-a lanin am id

etil-észter: 26°metil-észter: 29°

A változás az L(+) tejsavnál teljesen azonos

Alanin (+) konfigurációja = L-tejsav konfigurációjával

Az α-aminosavak L- és D- izomerjei

C O O H

N H 2 C H

C O O H

N H 2

C H 3

H

C H 3

C

Optikai izoméria, D- és L-alanin.(A középső vonal a tükörsíkot jelenti.)

A

B

CX X A

BC

XX

A

B

CX

A

BC

X

Y

Y

Eredeti molekula Eredeti molekula

Akirális molekula: az eredeti molekulával fedésbe lehet hozni

Királis molekula: az eredeti molekulával nem lehet fedésbe hozni

Egy akirális, aszimmetria centrummal nem rendelkező, a.) és egy királis, aszimmetria centrummal rendelkező, b.) molekula

a.) b.)

Racemizáció:L- vagy D-aminosavból DL aminosav

Epimerizáció:Két aszimmetriacentrum közül csak az egyik

szimmetriája változik meg.

CH

C

CH3

H NH2

COOH

C2H5

** CH

C

C2H5

HH2N

COOH

CH3*

*

L-izoleucin D-allo-izoleucinL-izoleucin D-allo-izoleucin

Az aromás aminosavak UV-abszorpciója

fenilalaninfirozin 200−230 nm, és 250−290 nm-en

abszorpciós maximum!

Fehérje-meghatározás!

triptofán

Az aminosavak kémiai tulajdonságaiA karboxilcsoport reakciói:Aminosav-észterek

Aminosav dekarboxilezése biogén aminoklizin kadaverinornitin putreszcin

C R

N H 2

C O O H + C 2 H 5 O H H C l

C R

N H 2

C O O C 2 H 5

α-aminosav-etilészter

C O O-

C H3N H

C H 2C H 2C H 2C H 2N H 3

+

+

liz in (Lys )

HCH2N H

CH2

CH2

CH2

CH2

NH2

kadaverin

–CO2

Az aminocsoport reakciói:

Alkilezés szekunder, tercier, kvaterneraminovegyületek.

Arilezés pl. 2,4 dinitro-fluor-benzollal2,4 dinitro-fenil aminosavak Sanger (1945), a fehérjék aminosav-sorrendjének meghatározása.

O 2N

N O 2

F H2N CH COOH

R

+

H F

O2N

NO2

NH CH COOH R

2,4-dinitro-fluor-benzol aminosav 2,4-dinitro-fenil-aminosav

Acilezés N-acil-aminosavak

R CH COOH

NH2

Cl CO

O CH2 C6H5 R CH COOH

NH CO

O CH2 C6H5

aminosavklór-hangyasav benzil-észter N-karbobenziloxi- aminosav

+

aminosavklór-hangyasav

benzil-észter N-karbobenzoiloxi-aminosav

+H2

katalizátorR CH COOH

NH2

+CO2 C6H5 CH3

Formaldehiddel N-metilol származék és heterogyűrű

R C H

N H 2

C O O H + 3 H C O H H 2C O C H 2

N

C H R C O O H

O C H 2

+ H 2O

karbonsavszármazék aminosav formaldehid

Salétromossavval nitrogénfejlődés

Oxidálószerek hatására dezaminálódás

HOOC CH

R

NH2 + HO NO HOOC CH

R

OH + N2 + H2O

aminosav salétromossav hidroxisav

L- R CH

NH 2

C O O – H2O E FMN+ + R C

O

COO–+ NH 3+ E FMN H2

Kéntartalmú aminosavak reakcióiMerkaptidok nehézfémekkel

Tioéterek alkil-jodidokkal

cisztein–SH + ICH2COO− = cisztein–S–CH2COO− + HI

C H 2

H C

C O O H

SH

NH2 + Ag+

CH2

HC

COOH

S

NH2

AgH+

cisztein-fém-merkaptid

Diszulfidok oxidálószerekkel

R−SH + HS−R R−S−S−R

Diszulfidhidak kialakulásaerélyes oxidációval

–2H

+2H

C H2

H C

C OOH

SH

NH2

CH2

HC

COOH

NH2

S

N H 2

CO O H

HC

CH2 S CH2

HC

COOH

NH2

SO3H

2 oxidálószer perhangyasav2

cisztein cisztin cisztein-szulfonsav

Hidroxi-aminosavak reakciói:

Az aminosavak színreakciói:Ninhidrinnel kékes-ibolya színű vegyület, de !

prolin sárga

C H 2 O H

C H

C O O H

N H 2 B a ( O H ) 2 v a g y 6 M H C l

120 o C

C H 3

C H

C O O H

N H 2

szerin alanin

2

+

ninhidrin aminosav színes termék

O

O

O H

O H H2N CH COOH

R

R CO

H + C O2

O

O

N

O

O-3 H 2 O

Reakció naftokinon-szulfonsavval vörös színűvegyület (Folin-féle meghatározás)

Reakció réz(II)-vegyületekkel mélykék színűkomplex

R CHCOO

CuOOC

CHNH2

RNH2

Az aminosavak közötti fontosabb reakciókPeptidkötés

CH

RH 2 N COO H H 2 N CH COOH

R+

-H2O

dipeptid

CHR

H 2 N C O O H + H2N CH CO NH C H CO NHR ' R

CH COOHR''

CHR' '

H 2 N C O O H + H2N CH CO NH C H CO NH

R ' R

CHR' '

C O O H CHNHCO

tripeptid

tetrapeptid

R''

,

H2 N CH CO NH CH COOHR'R

- H2O

- H2O

''

''

H2N−CH2−CO−NH−CH2−COOH glicil-glicinA legegyszerűbb dipeptid

A peptidszintézis lépései:védett aminosav-származékok előállítása,a peptidkötés kiépítése (kapcsolás),a védőcsoportok eltávolítása.

1. Az aminocsoport védésepl. klórhangyasav benzilészterrel, vagy tercier-butil-oxi-karbonil-aziddal

(CH3)3 CH2 O CON3+ H2N CHR

COOH- N3H (CH3)3 CH2 O C

ONH CH

RCOOH

tercier-butiloxi--karbonil-azid aminosav BOC-aminosav

2. A karboxilcsoport védésepl. aminosav-tercier-butilészter formában

2.1. Aktiválás karbonsav-kloriddal

+H2N CHR

COOH CHCH3

CH2

CH3H H2N CH

RCOO C

CH3

CH3

CH3

aminosav izo-butilén aminosav-terc-butilészter

N-karbo-benziloxi-aminosav-klorid

Z N H C H C O C l

R 1

+ H 2 N C H C O O R 3R 2

- HCl

Z N H C H C O

R 1 R 2

C O O R 3C H H N

N-karbo-benziloxi-dipeptid-észter

2.2. Aktív észteres kapcsolás

3. Benzilészter katalitikus hidrogénezésselTercier-butil-oxi-karbonilcsoport savas hidrolízisselAktív-észter hidrolízissel

C l C l

C l

C l C l

O

O

R 1

C C H N H Z + H 2N C H C O O C 2 H 5

R 2

aminosav-etilészter N-karbobenziloxi-aminosav--pentaklór-fenilészter

Z N H C H C

R 1 R 2

C O O C 2 H 5 C H N H

O

+

C l C l

C l

C l C l

H O

pentaklór-fenolN-karbobenziloxi-dipeptid-etilészter

Diketopiperazin-kötés

Ha 2 db. glicin 2,5-diketopiperazinPeptidláncok között pl. Lys és Glu, vagy Lys és Aspsegítségével.

DiszulfidhídA cisztein −SH csoportjai között.

H2N CH

R

COOH

NH2CHCOOH

R

-2H2O HN

OC

CH

R

CO

CH

R

NH

Ionos kötésAz amino- és karboxilcsoportok közti proton-vándorlás révén.

Hidrogénhíd-kapcsolat

C O C H

R 1

N H C O C O N H

R 2C H N H

R 3

C H

N H N H C H

R 6

C O N H C H

R 5

C O C O

R 4

C H N H

C O

Élelmiszerek D-aminosav-tartalma és hatása az emberi szervezetre

Pasteur (1852):A bükkönyből előállított aszparaginsav optikailag

aktív (királis), az ammónium-fumarát hevítésével előállított nem mutat optikai aktivitást.

Az élő szervezet fehérjéit kizárólag L-aminosavak építik fel.

A D- és az L-sztereoizomerek (enantiomerek) ugyanazzal a kémiai és fizikai tulajdonsággal rendelkeznek (kivétel a polarizált fény síkjának az elforgatása).

Az aminosavak racemizációja:

Az α-helyzetű szénatom hidrogénjének leszakadásaplanáris karbanion szerkezet kialakulása rekombinálódás racém keverék kialakulásával.

A racemizáció függ:

az aminosav szabadon vagy a peptidláncbankötött formában fordul-e elő,a hőmérséklettől, a pH-tól, és az R-csoport tulajdonságától.

Racemizációs felezési idő (amikor a D/L arány eléri a 0,33-at).

Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%)(% D-aminosav=[D/(D+L)]·100)

Kezelt élelmiszer Aminosavak(Kezeletlen, Ref.) Asp Ala Phe Leu Val Met

Piritós 10,5 2,8 2,4 2,7 1,1 1,7(Kenyér, Bunjapamai 5,6 2,4 2,3 3,2 0,9 2,3és mtsai., 1982)

Fehér kenyér 1 perc 45 másodpercig melegítve, csak a felszín elemezve.

Extrudált szója 7,6 2,2 2,4 2,7 0,8 –(Szójaliszt, Bunjapamai 4,4 2,5 2,8 1,47 1,0 –és mtsai., 1982)

Szójafehérje 27,7 9,9 19,7 3,1 1,0 18,2(Kezeletlen, Friedman 0,5 0,2 0,5 0,2 0,03 0,3és Liardon, 1982)

3 óra, 65 °C, 0,1 M NaOH

Zein 40,2 17,6 31,3 5,0 2,9 19,5(Kezeletlen, Jenkins 3,4 0,7 2,2 0,7 0,4 0,9és mtsai., 1984)

4 óra, 85 °C, 0,2 M NaOH

Különböző élelmiszerek D-aminosav-tartalma (%)(% D-aminosav=[D/(D+L)]·100)

Kezelt élelmiszer Aminosavak(Kezeletlen, Ref.) Asp Ala Phe Leu Val Met

Hamburger 5,5 2,8 2,7 3,2 1,5 2,9(Nyers marhahús, 6,2 3,2 2,8 3,1 1,6 2,4Bunjapamai és mtsai., 1982)

Hamburger: mindkét oldalán 4 percig sütve, a felületi hőmérséklet 250 °C, csak a felszín analizálva.

Csirkeizom 22,4 0,5 0,4 0,1 0 0(Nyers csirke, 2,9 0 0 0 0 0Liardon és Hurrel, 1983)

Hőkezelve 121 °C-on, 4 órán át.

Szalonna 180 °C 10,7 2,4 3,1 3,1 1,6 –(Hőkezeletlen, Fuse 2,4 – 1,8 3,3 0,7 –és mtsai., 1984)

20 perc sütés.

Kazein 230 °C 31,0 12,0 – 7,0 4,4 –(Hőkezeletlen, 3,1 1,5 – – – –Hayase és mtsai., 1973, 1975)

Élelmezési eredetű D-aminosavak

D-aminosavak nem fő élelmiszer komponensek, mennyiségük technológiai beavatkozástól mentes élelmiszer alapanyagokban jelentéktelen.

De! Tengeri kagylókban és egyéb puhatestűekben a D-aminosavak mennyisége az 1%-ot is meghaladhatja.

Az élelmiszer kezelések (főzés, sütés, párolás, gőzölés, grillezés, mikrohullám, alkalikus körülmények) indukált racemizáció D-aminosavak a fehérjékben.

A lizinoalanin szinte mindenütt jelen van az élelmi anyagokban.

A tej, a hús és a gabonafélék nem tartalmaznak jelentős mennyiségben D-aminosavakat.

A fogyasztásra történő előkészítés folyamán racemizáció játszódhat le.

A kezeletlen nyers tej tartalmazza a legkevesebb D-aszparaginsavat (1,48%).

A pirítósban, a sültszalonnában, csirkehúsban magas a D-aminosavak aránya.

Azok az élelmiszerek tartalmaznak sok D-amino-savat, melyek baktériumos fermentáción mentek keresztül.

A D-aminosavak emésztéseA hosszú időn keresztül történő fogyasztás hatása

az emberi szervezetre még nem eléggé ismert.

A D-aminosavak káros hatásaiA D-aminosavak hasznosulása függ:

felszabadulnak-e az L-D, D-L és D-D kötésekből,a felszabadult D-aminosavak hatékonyan át tudnak-e alakulni L-aminosavakká.

Az alkáliával kezelt fehérje emészthetősége: Minden alkalommal csökkent emészthetőséget figyeltek meg.

Néhány aminosav racemizációja lényegesveszteséget okozhat a környező esszenciális aminosavak tekintetében is, csökkentve a fehérje proteolitikus emészthetőségét.

Toxikusak-e a D-aminosavak?

A különböző D- és L-aminosavak ugyanolyan akut toxicitással rendelkeznek, melyet LD50 értékük bizonyít (kivétel a D-prolin, melyről nagyobb letalitást állapítottak meg a csirke esetében, mint az L-prolinról).

Néhány D-aminosav hosszú időn keresztül fejti ki toxicitását. Az élelmiszerekben lévő D-szerin, lizinoalanin és a különböző lúggal kezelt fehérjék kóros elváltozást idéztek elő patkányok veséjében.

A szabad lizinoalanin sokkal nefrotoxikusabb, mint a peptidkötésben lévő.

A D-aminosavak hasznos hatásai

A fehérje csökkent emészthetősége előnyös lehet, ha a proteolitikus emésztés után visszamaradóanyagok nem toxikusak.

Fogyókúrás kezeléseknél az alacsony emészt-hetőség miatt rövid idő alatt jelentős súly-csökkenést lehet remélni.

A D-fenilalanin és a D-leucin fájdalomcsillapítóhatással rendelkezik. Használják őket makacs fájdalmak esetén.

PEPTIDEK

Dipeptid 2 aminosavbólTripeptid 3 aminosavbólTetrapeptid 4 aminosavbólOligopeptid 10-nél kevesebb aminosavbólPolipeptid 10-nél több aminosavbólFehérjék 100 vagy 100-nál több

aminosavból

GlutationA sejt redoxfolyamataiban vesz részt.

2

C O OH

H C NH2

C H 2C H 2

C O

N H

H C

C

N H

C H 2

C O OH

O

CH2 S H

COOH

HC NH2

CH2

CH2

C O

NH

HC

C

NH

CH2

COOH

O

CH2 S S CH2

O

COOH

CH2

NH

C

HC

NH

OC

CH2

CH2

NH2HC

COOH

–2 H

+2 H

redukált glutation oxidált glutation

Glu

Cys

Gly

KarnozinEmlősök harántcsíkos izmaiban

H2N CH2 CH2 CO NH CH COOH

CH2

N

NH

OxitocinA simaizom-sejteket húzza össze

VazopresszinVérnyomás-szabályozó

I le

G ln As n

Ty r SC ys

S

P ro

L eu

G ly NH2

Tyr Cys S

SCysAsnGln

Phe

Pro

Arg

Gly NH2

C ys

A r g Pro PheGlyPro Ser ArgPhePro

oxitocin vazopresszin

bradikinin

Kortikotropin vagy adrenokortikotrop hormon vagy ACTH

A mellékvesekéreg hormontermelését szabályozza.

H-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-Tyr-Pro.....25−39.

Inzulin (hasnyálmirigy, vércukorszint szabályozás)

A-lánc

B-lánc

S S

1 6 7 11 20 21

30 19 7

S

S S

S

BradikininVérnyomás szabályozása.

További peptidhormonok:növekedésihormon-reguláló faktor,parathormon,kalcitonin,lipotrop hormon,prolaktin,luteinizáló,follikulusstimuláló,tireoideastimuláló,glukagon.

Proteázgátlók:Leupeptin: plazmint, tripszint, papaint, katepszin

B-t gátolja.Antipain: papaint, tripszint, katepszin A-t, B-t

gátolja.Elasztin: elasztázt gátolja.

EndorfinMorfinhoz hasonló fájdalomcsökkentő hatás.

Antibiotikum:Aktinomicin, bacitracin, nizin, gramicidin, penicillin.

A peptidek semleges vagy keserű ízűek

1,0−1,5Phe-Gly-Gly-Phe1,0−1,5Phe-Gly-Phe-Gly15−17Gly-Phe16−18Phe-Gly65−75Val-Ala60−80Ala-Val18−21Leu-Gly19−23Gly-Leu18−21Leu-Ala18−22Ala-Leu5−6D-Leu-D-Leu5−6Leu-D-Leu4−5Leu-Leu

15−17Gly-D-Phe15−17Gly-Phe20−23Gly-D-Leu19−23Gly-Leu

Keserűízintenzitás

mM/dm3

Peptid

Fehérjebomlás peptidek keserű íz. pl.: sajtoknál

De! Aszparaginsav dipeptidjei édesek.

Csak az L−L-származék édes.A D−D, L−D, D−L izomerek nem édesek.Édesítőképesség: 150−200 szorosa a répacukornak.

H O O C C H 2 C H

N H 2

C O N H C H

C H 2

C O O C H 3

L-aszparagil-L-fenilalanin-metilészter (aszpartám)