Amminoacidi e proteine: appunti di chimica organica

CISTEINA

COO⁻ dove il pKCOO⁻=2,05, pKNH₃⁺=10,25 e pKCH₂SH=8,00. Questo

significa che se io metto la

mia cisteina in un pentolone di HCl si protona tutta, man mano

che vado aggiungendo

H₃N⁺ H NaOH come se facessi una titolazione e il protone più acido di

tutti è quello del carbossile

ed è il primo che salta, il secondo è quello dell'SH e l'ultimo

quello dell'NH₃, cioè io avrò

CH₂SH una situazione di questo tipo:

COOH COO⁻ COO⁻

COO⁻ 2,05 8,00 10,25

H₃N⁺ H H₃N⁺ H H₃N⁺ H H₂N

H CH₂SH CH₂SH CH₂S⁻

CH₂S⁻ H₃A⁺ H₂A HA⁻

A⁻ ⁻

Se io considero la mia cisteina totalmente protonata essa è un acido triprotico ma con

una carica positiva quindi è una specie del tipo H₃A⁺, il primo protone che salta è quello

del gruppo carbossilico e otteniamo una forma con una carica positiva, una negativa, due

protoni da perdere ma non ha più nessuna carica totale quindi è una specie del tipo H₂A,

perdiamo il secondo protone e otteniamo una forma con due cariche negative, una

positiva che ha ancora il protone da perdere quindi una specie del tipo HA⁻, perdiamo

l'ultimo protone e otteniamo un gruppo amminico privo di carica, e due gruppi con carica

negativa e con nessun protone ancora da perdere e quindi una specie del tipo A⁻ ⁻.

Notate: io ho una sola specie neutra, a sinistra ci sono cationi e a destra ci sono anioni,

allora quando si ha una situazione così il punto isoelettrico di questo amminoacido si

calcola facendo la semisomma dei due valori di pK delle forme che affiancano

direttamente la forma neutra quindi: PI=½(2,05+8,00)=5,02

QUANDO LA CATENA LATERALE È IONIZZABILE E BASICA:

Dove pKCOO⁻=2,18; pKNH₃⁺=8,95; pKNH₂=10,53

Il carbossilato si protona e diventa COOH, l'NH₂ si protona anch'esso e diventa NH₃⁺, a

questo punto abbiamo una specie del tipo H₃A⁺⁺, in questa situazione si possono perdere

3 protoni ma la molecola possiede due cariche positive. A questo punto immaginiamo di

aggiungere sempre idrossido di sodio poco alla volta, il primo protone che salta sarà

quello del gruppo COOH, il secondo quello dell'ammino gruppo e il terzo quello della

catena laterale. In prima battuta si pone in equilibrio secondo un pK₁ con una specie con

due cariche positive e una negativa che insieme lasciano una carica positiva e quindi

ottengo una specie del tipo H₂A⁺,quindi abbiamo perso un protone e abbiamo scalato

una carica.

Possiamo perdere ancora altri due protoni quindi ora perdiamo il protone

dell'amminogruppo e questa forma si mette in equilibrio secondo un pK₂ con una forma

con una carica positiva, una negativa e un protone ancora da perdere quindi uno

zwitterione perché la carica totale della molecola è nulla, per cui ho una specie di tipo

HA, si perde l'ultimo protone (secondo un pK₃), quello della catena laterale e si ottiene

una molecola con una carica negativa e più nessun protone da perdere, quindi una

specie del tipo A⁻.

Per calcolare il punto isoelettrico si prendono i pK che stanno accanto alla forma neutra e

se ne fa la semisomma PI=½(8,95+10,53)=9,74.

Gli amminoacidi non stanno isolati ma si legano tra di loro per dare origine a delle catene

POLIPEPTIDI

virtualmente infinite che noi definiamo .

DIPEPTIDE

Noi indichiamo come qualcosa che viene fuori dalla condensazione di due

TRIPEPTIDE

amminoacidi, come qualcosa che viene fuori dalla condensazione di tre

amminoacidi e via dicendo. LEGAME PEPTIDICO

Gli amminoacidi si legano tramite , il fatto che lo si chiami così non

vi deve fare pensare niente di ché perché dal punto di vista stretto stretto della chimica

organica non è altro che la formazione di un'ammide, cioè a dire i due amminoacidi si

uniscono tramite la condensazione del gruppo carbossilico del primo e dell'ammino

gruppo del secondo. Per il momento diciamo condensazione poi dobbiamo vedere cosa

succede dal punto di vista chimico.

Per prima cosa usando due amminoacidi io posso creare due molecole diverse una Lys-

Tyr e una Tyr-Lys, la lisina è andata a condensare usando il proprio gruppo COOH e la

tirosina è andata a condensare con il proprio gruppo NH₂ nel primo caso; nel secondo

caso la tirosina è andata a condensare con il gruppo COOH e la lisina si è andata a legare

usando il proprio gruppo NH₂. Quindi prima di tutto quando parlo di dipeptide devo

stabilire chi metto per primo e chi per secondo però attenzione che in chimichese

l'N-terminale C-terminale,

diciamo quale amminoacido sarà e quale sarà il il primo è

quello che avendo reagito con il gruppo carbossilico si trova l'ammino gruppo libero e il

secondo è quello che ha partecipato con il gruppo amminico ed è rimasto con il gruppo

carbossilico libero. Per antichissima consuetudine quando si va a denominare un

polipeptide per convenzione il primo amminoacido scritto a sinistra è l'N-terminale e

l'ultimo scritto a destra è il C-terminale.

Allora il primo di questi aggeggi sarà LYS-TYR e lo chiamerò LISINIL TIROSINA, il secondo

invece sarà TYR-LYS e lo chiamerò TIROSINIL LISINA, badate che l'amminoacido C-

terminale è quello che fornisce la base del nome. In certi libri per evitare fraintendimenti

si usa anche la notazione NH₃⁺ Lys Tyr COO⁻ per dire senza alcuna ambiguità che

la lisina è l'N-terminale e quindi alla fine si trova l'ammino gruppo libero e la tirosina è il

C-terminale e alla fine si ritrova il carbossile libero, carbossile e ammino gruppo si

scambiano sempre il protone, cioè come gli amminoacidi liberi anche i dipeptidi si

trovano in forma zwitterionica.

Si definisce LEGAME PEPTIDICO il legame ammidico che si stabilisce tra il carbossile

dell'amminoacido che resta come N-terminale e l'ammino gruppo dell'amminoacido che

resta come C-terminale (formalmente una reazione di condensazione).

Il legame peptidico gode di tutte le proprietà del legame ammidico.

IMPRIMETE A CARATTERI DI FUOCO NELLA VOSTRA MENTE: il legame peptidico va sempre

espresso come ibrido di risonanza di due grafie

E questo ha delle importantissime conseguenze il legame peptidico è un legame

fortemente polare, l'azoto perde completamente le sue proprietà basiche che vengono

assunte dall'ossigeno, il legame peptidico è fortissimo, un eccellentissimo donatore e

accettore di legame a idrogeno, l'NH dona benissimo legami a idrogeno O⁻ accetta in

maniera molto stabile legami a idrogeno, non vi è libera rotazione attorno al legame

C N e nelle proteine questo legame assume sempre configurazione trans ed è un

legame che dal punto di vista configurazionale è perfettamente stabile e dovete sempre

pensarlo con questo arrangiamento antiperiplanare.

Ricordatevi quando io ho un polipeptide devo sempre stabilire quale è l'N-terminale e chi è

il C-terminale e per il fatto che anche i polipeptidi si trovano in forma zwitterionica si deve

definire e calcolare un PUNTO ISOELETTRICO.

Cominciamo da un esempio semplice:

Vogliamo stabilire il punto isoelettrico di questi due dipeptidi, per farlo dobbiamo andare a

scriverci i pK sia della glicina che dell'alanina e ce li scriviamo vicino alle molecole. Il

carbossile dell'alanina e l'ammino gruppo della glicina hanno condensato per formare il

legame peptidico tra i due amminoacidi quindi i gruppi non possono più perdere protoni, il

legame non può essere rotto o modificato. Rimane il pK del COO⁻ della glicina e il pK

dell'NH₃⁺ dell'alanina e il PI=½(9,87+2,35)=6,11.

Per la glicinil-alanina il gruppo amminico della glicina è libero e gli metto il suo valore di

pK, il carbossile della glicina e l'ammino gruppo dell'alanina non esistono più perché si

sono fusi per formare il legame peptidico e mi rimane libero il carbossile dell'alanina

quindi il PI=½(9,78+2,35)=6,05.

Quando le catene laterali non sono ionizzabili dovete prendere il pK dell'ammino gruppo

dell'amminoacido N-terminale, il pK del gruppo carbossilico dell'amminoacido C-terminale

e fare la semisomma.

Quando ci sono catene laterali ionizzabili come per la Valinil-tirosina NH₃⁺--Val--Tyr--COO⁻

in cui la tirosina ha una catena acida (fenolo) mentre quella della valina costituita da

gruppo CH non è ionizzabile quindi ci dobbiamo fare le dissociazioni successive per trovare

la forma neutra.

Mettendo a mollo nell'acido cloridrico tutto ciò che si può protonare si protona quindi

l'ammino gruppo rimane sempre il forma cationica, il gruppo carbossilato diventa

carbossilico e il gruppo fenolico mi rimane con il protone legato all'ossigeno. Per cui io ho

tre protoni da perdere e una carica positiva quindi una specie del tipo H₃A⁺ questa a sua

volta si mette in equilibrio con un pK₁=2,20 con la forma in cui il carbossile si è

deprotonato per cui troviamo la proteina in forma zwitterionica con una carica positiva e

una negativa e due protoni da perdere per cui una specie del tipo H₂A la quale

nuovamente si mette in equilibrio con un pK₂=9,72 con la forma in cui si è perso il protone

del gruppo amminico dell'amminoacido N-terminale e quindi mi rimane una forma con un

solo protone rimasto e una carica negativa cioè HA⁻ che secondo l'ultima dissociazione si

mette in equilibrio con la forma in cui anche l'ultimo protone del gruppo fenolico è stato

perso secondo un pK₃=10,07 quindi abbiamo una forma A⁻ ⁻. PI =½(2,20+9,72)=5,96.

E se c'era una catena basica? Si faceva lo stesso identico procedimento.

Concludiamo la nostra lezione di oggi discutendo di come si fa a creare il legame

peptidico, è ovvio che le celluline questo lavoro lo fanno con i mezzi che hanno a

disposizione, ma a me che sono chimico organico può interessare fare la sintesi chimica di

un dipeptide che per esempio serve a me per costruire un antigene o qualcosa del genere.

Quando io voglio sintetizzare un dipeptide devo prima di tutto stabilire chi sono i due

amminoacidi e stabilire chi sarà l'N-terminale e chi sarà il C-terminale, perché io devo

costringere i miei due amminoacidi a incucchiarsi nella maniera corretta, per esempio se

io voglio sintetizzare un dipeptide Val-Tyr devo costringere la valina a reagire con il suo

gruppo carbossilico e la tirosina a reagire con il suo gruppo amminico e quindi devo

STRATEGIA DI PROTEZIONE

adottare una cioè io non faccio reagire la valina e la tirosina

così come sono, ma devo prima trasformarle in due opportuni derivati e si fa così:

Prendiamo la tirosina e la facciamo reagine con il metanolo in presenza di H₂SO₄, l'ammino<