ΠΕΠΤΙΔΙΑ. Αναπ. Καθ. Γεράσιμος Μαλανδρίνος

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΕΠΤΙΔΙΑ. Αναπ. Καθ. Γεράσιμος Μαλανδρίνος"

Ήρα Αγγελίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΠΕΠΤΙΔΙΑ Αναπ. Καθ. Γεράσιμος Μαλανδρίνος

2 Εισαγωγή Σπουδαιότητα μεταλλικών ιόντων σε βιολογικά συστήματα Πρωτείνες-ένζυμα μοντέλα τους πεπτίδια Βιοανόργανη Χημεία

3 Εισαγωγή μεθοδολογία μελέτης σύνθεση πεπτιδικού μοντέλου μελέτη αλληλεπίδρασης με μεταλλικά ιόντα σε διάλυμα ποτενσιομετρία (τι είναι ;;;)

4 Εισαγωγή Ποτενσιομετρία-αρχή αρχή Μέτρηση της διαφοράς δυναμικού που αναπτύσσεται μεταξύ ενός ηλεκτροδίου αναφοράς και ενός εκλεκτικού ηλεκτροδίου ιόντων σε διάλυμα (π.χ υποκαταστάτη ή υποκαταστάτη- μεταλλικού ιόντος) συναρτήσει του όγκου προστιθέμενης βάσης ή οξέος γνωστής συγκέντρωσης

5 Εισαγωγή Τι πληροφορίες μπορούμε να αντλήσουμε από μια τέτοια μέτρηση; - προσδιορισμός συγκέντρωσης (M,L κλπ) - παράμετροι βαθμονόμησης ηλεκτροδίου - προσδιορισμός pk α υποκαταστάτη - προσδιορισμός στοιχειομετρίας και σταθερών σχηματισμού συμπλόκων που σχηματίζονται - διαγράμματα κατανομής σωματιδίων συναρτήσει του ph, pl ή pm - Δεν εξάγουμε πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο ένταξης του μεταλλικού ιόντος -χαρακτηρισμός σωματιδίων-

6 Εισαγωγή Φασματοσκοπικές μέθοδοι (MR, EPR, UV-Vis Vis, D) Βιολογική δράση-σύγκριση σύγκριση με το ένζυμο/πρωτείνη Εξαγωγή συμπερασμάτων-αξιολόγηση αξιολόγηση

7 Εισαγωγή

8 Σύμπλοκα μεταλλικών ιόντων με πεπτίδια σύμπλοκα μικρών πεπτιδίων (4-6 αμινοξέων) με τα μεταλλικά ιόντα u(ii II) και i(ii II) 1. πεπτίδια χωρίς όξινες ή βασικές παράπλευρες ομάδες 2. πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) 3. πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ κυστείνη (ys) 4. πεπτίδια που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu)

9 Σύμπλοκα μεταλλικών ιόντων με πεπτίδια

10 Μεταλλικά σύμπλοκα πεπτιδίων χωρίς όξινες- βασικές παράπλευρες ομάδες Η αμιδική ομάδα (-H-) H H ph<0 H ph> H 2

13 Μεταλλικά σύμπλοκα πεπτιδίων χωρίς όξινες- βασικές παράπλευρες ομάδες οξεοβασικές ιδιότητες πεπτιδίων-πεπτιδικού πεπτιδικού δεσμού R 1 H H H - H 3 + R 2 Υποκαταστάτης Gly GlyGly pk (H + 3 ) pk (H) τρεις κύριες όξινες/βασικές ομάδες Ποιαείναι ηεπίδρασητου μήκους της πεπτιδικής αλυσίδας στις τιμές τωνσταθ. ιονισμού; GlyGlyGly GlyGlyGlyGly

14 Μεταλλικά σύμπλοκα πεπτιδίων χωρίς όξινες- βασικές παράπλευρες ομάδες Παράγοντες οι οποίοι καθορίζουν το είδος των σωματιδίων που σχηματίζονται κατά την αλληλεπίδραση πεπτιδίων-μεταλλικών ιόντων Η φύση του μεταλλικού ιόντος το ph Η φύση του αμινοξέος ή του πεπτιδίου είδος παράπλευρης αλυσίδας/ων μήκος πεπτιδικής αλυσίδας, κλπ Η αναλογία Μ n + : πεπτίδιο ή αμινοξύ

15 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων [M(H 2 ) 6 ] 2+ + L [M(H 2 ) 5 L] 2+ + H 2 Ή απλούστερα M+ L ML Σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις L λαμβάνουν χώρα διαδοχικές αντιδράσεις υποκατάστασης μορίων νερού M + L ML Kf 1 = [ML]/[M]/[L] ML +L ML 2 Kf 2 = [ML 2 ]/[ML][L] ML 2 +L ML 3 Kf 3 =[ML 3 ]/[ML 2 ][L] ML n-1 +L ML n Kf n =[ML n ]/[ML n-1 ][L]

16 Ομοίως γαι τις Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων τις προηγούμενες αντιδράσεις μπορούμε να γράψουμε M + L ML β 1 = Kf 1 = [ML]/[M]/[L] M + 2L ML 2 β 2 = [ML 2 ]/[M][L] 2 = Kf 1 * Kf 2 M + 3L L ML 3 β 3 =[ML 3 ]/[M][L] 3 = Kf 1 * Kf 2 * Kf 3 M + nl ML n β n =[ML n ]/[M][L] n = Kf 1 * Kf 2 * Kf 3 * Kf n Αφού λοιπόν ισχύει και β n = K n. K n-1. K n-2... K 1 lοg β n = lοg l K n + lοg l g K n-1 + lοg l g K n-2... lοg l g K 1 Επίσης (σημαντική σχέση) lοg β n - lοg β n-1 = lοg K n

17 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων Ισορροπίες που περιλαμβάνουν Μ, L, H + Η συμπλοκοποίηση περιγράφεται απ την εξίσωση pm + qh + rl M p H q L r και β p, q, r = [M[ p H q L r ]/[M] p [H] q [L] r q αρνητικό σε δυο περιπτώσεις - υδρόλυση μεταλλικού ιόντος ή συμπλόκου - ιονισμός πρωτονίου που κανονικά δεν ιονίζεται στην κλίμακα ph=0-14 (πχ( πρωτόνιο αμιδικού δεσμού)

18 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων Η αντίδραση M + H 2 + L M(H)L + H + μπορεί να γραφτεί και ως: M + H 2 + L MH -1 L + H + με β 1,-1,1 1,1 = [M(H)L)]/[M][H] - 1 [L]

19 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων GlyGly + u(ii) ph~4 ua uah -1 A - ua 2 H -1 H - uah -2 u 2 A 2 H -3 - u - - u - H - H 2 excess A ph>12 ua 2 H -2 H 2 I H 2 H 2 II - u - H R 1 H 2 u H H R 2 - ph~4 R 1 H H 2 - u H 2 R 2 H - - H 2 - u H - III - H 2 - u H 2 IV ua uah -1

21 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων Gly 3 ή Gly 4 ή Ala 4 + u(ii) Σωματίδια GlyGly GlyGlyGly GlyGlyGlyGly ua uah uah uah ua 2 H ua 2 H pk amide pk amide pk amide

22 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων H 3 H 2 H u 2+ H H H 3 H H H 3 H H H 3-1 H 2 H 2 H 3 H H 2 H 2 u 2+ H 3 H H H H 3 H H H 3-2 H 3 H 3 - H H 2 u 2+ H H H H 3 H 3 H H 3 - H 2 H H 3 H u 2+ H H 3 H 3 H 3 4

23 Σύμπλοκα u(ii II)-ολιγογλύκινο ή αλάνινο πεπτιδίων Ποια η επίδραση των διαδοχικών αλλαγών στην σφαίρα ένταξης του μεταλλοιόντος όσον αφορά τις φασματοσκοπικές παραμέτρους?? ανοικτό γαλάζιο (1Ν) ιώδες (3Ν) ρόζ(4 (4Ν) βαθύ κυανό (2Ν) λ max από 720 nm (1) σε nm (4) μείωση του παράγοντα g και αύξηση του τελεστή υπέρλεπτης αλληλεπίδρασης Α (EPR)

24 Σύμπλοκα i(ii)-ολιγογλυκινών i(ii) και ολιγογλυκίνες κύριες διαφορές απ τα αντίστοιχα σύμπλοκα του u(ii) αποπρωτονίωση πρώτου αμιδικού αζώτου σε υψηλότερες τιμές ph συνεργατική αποπρωτονίωση υπολοίπων μετάβαση απο οκταεδρική γεωμετρία (υψηλού spin, παραμαγνητικά) σε επίπεδη τετραγωνική (χαμηλού spin, διαμαγνητικά). γιατί;

25 Σύμπλοκα i(ii)-ολιγογλυκινών Το σύστημα Νι(ΙΙ ΙΙ)-Gly 4

26 Άλλα μεταλλικά ιόντα (Pd(II), o(ii II), Zn(II II)) Pd(II) pk amide1 ~2, pk amide2,3 ~4 (συνεργατικά) σχηματισμός κίτρινων επίπεδων τετραγωνικών διαμαγνητικών συμπλόκων δομές όπως u(ii)-ala 4

27 Άλλα μεταλλικά ιόντα (Pd(II), o(ii II), Zn(II II)) o(ii II) pkamide1 ~10 ταχεία οξείδωση σε αλκαλικό διάλυμα σχηματισμός συμπλόκων o(iii) Zn(II II) Δεν ιονίζεται ο αμιδικός δεσμός (υπάρχουν και εξαιρέσεις) Σε ελαφρώς όξινα διαλύματα σχηματίζεται το σωματίδιο ZnΑ ίδιας δομής με το αντίστοιχο u(ii II) Σε υψηλότερα ph υδρόλυση Zn(II II)

28 Άλλα μεταλλικά ιόντα (Pd(II), o(ii II), Zn(II II)) Σειρά δραστικότητας Μ(ΙΙ) όσον αφορά τον ιονισμό του πεπτιδικού δεσμού Pd 2+ (2) > u 2+ (4) > i 2+ (8) > o 2+ (10)

29 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) η στοιχειομετρία των συμπλόκων καθώς και ο τρόπος ένταξης του μεταλλικού ιόντος εξαρτάται επιπλέον: από την θέση της His στην πεπτ. αλληλουχία pk pk (α-h) 1.70 pk (imidazol) 6.02 pk (H + 3 ) 9.09 σειρά ιονισμού καρβοξυλικό άτομο Ο ιμιδαζολίου α-νη2 ιμιδαζολίου (πυρρολικό) Ν(3) Ν(1)

30 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) + H 3 H H + H 3 H - + H 3 H - H 2 H - H 2 H - H 2 H 2 H 2 H H 2 H H H H H H a. b. c 1. d 1. e. + H 3 H - H 2 H - H 2 H 2 H H c 2. d 2.

31 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) Διπεπτίδια του τύπου His-X και Χ-His (X=αλειφατικά (im)3 H αμινοξέα) 2 1:1: ua u 2 A 2 H -2 u 2 A 2 H -3 H 2 u 2+ 3(im) 1:2 : ua ua 2 ua 2 H -1 - u 2+ H 2 3(im) u (im) H (im) u 2+ H 2 3-R

32 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) Διπεπτίδια του τύπου His-X και Χ-His (X=αλειφατικά αμινοξέα) - 3(im) 1:1 ua ua uah -1 τετραπυρηνικά σύμπλοκα H 2 u 2+ H 2 1:2 ua uah -1 ua 2 H -1 Ηis-Χ και i(ii II) κύριο σύμπλοκο το il 2 με ένταξη τύπου ισταμίνης (im)3 i 2+ H 2 X-His και i(ii II) H 2 3(im) κύριο σύμπλοκο το ilh -1 (ph~6.7)

33 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) Τριπεπτίδια του τύπου X-Y-His με u(ii II) και i(ii II) u(ii) ) + Gly-Gly Gly-His Πορεία συμπλοκοποίησης ΜLH ΜL ΜLH ΜLH -2 (Μ=u,i) LH -1

34 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ Τετραπεπτίδια του ιστιδίνη (His) του τύπου X-Y-Ζ-His με u(ii II) και i(ii) u(ii II) ) + Gly-Gly Gly-Gly-His Χαρακτηριστικά: Διαδοχικός σχηματισμός 1Ν,2Ν,3Ν,4Ν σωματιδίων η ένταξη ξεκινά από το ιμιδαζολικό άζωτο (όταν η απόσταση Ν-τελ άκρου-his > δυο αμινοξέων) δεν υπάρχει συνεργατικότητα κατά την αποπρωτονίωση αμιδικών αζώτων Νi(II) ) + Gly-Gly Gly-Gly-His Χαρακτηριστικά: Τα ίδια, επιπλέον το 4Ν σύμπλοκο ilh -3 επίπεδο τετραγωνικό και διαμαγνητικό

35 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His)

36 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His) Το διπεπτίδιο His-His His. Αλληλεπίδραση με u(ii) H 2 - H H u 2+ H H 2 H 2 H 2 u 2+ H H H H 2 H H - H 2

37 Σύμπλοκα u(ii II), i(ii II) με πεπτίδια που περιέχουν το αμινοξύ ιστιδίνη (His). Συμπεράσματα (i) Η παρουσία ιστιδίνης στην -τελική θέση ενός πεπτιδίου παρεμποδίζει τον ιονισμό και ένταξη αμιδικών ατόμων αζώτου με τα μεταλλικά ιόντα, λόγω του σχηματισμού του θερμοδυναμικά σταθερού σωματιδίου ML με ένταξη τύπου ισταμίνης (Ν(3),(3), α-νη 2 ) (ii) Η παρουσία ιστιδίνης στην -τελική ή ενδιάμεσες θέσεις αυξάνει μεν την σταθερότητα των σχηματιζόμενων συμπλόκων, παρεμποδίζει δε την ένταξη των ατόμων δοτών των αμινοξικών καταλοίπων που την ακολουθούν (ιστιδίνη) στην αλληλουχία.

40 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν το αμινοξύ κυστείνη

41 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) + H 3 H H + H 3 H H H 2 H 2 H 2 H H Asp Glu

42 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) Το σύστημα u(ii II): ):Asp-Asp-Asn-Lys-Ile + H 3 H H H H H H H H H H H 2 H 2 H 2 H 2 H H 3 H 2 H 2 H H H 2 H 2 H 3 H 2 H 3 +

43 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) uah ua uah -1 uah -2 uah -3

44 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) Asp 1 H 2 u Asp 1 Asp1 Asp 1 H H - + H 3 3 u = Asp M AH M A Asp 1 H 2 Asp H 3 Asp 1 H 2 - H 3 + u ή u Asp 2 M A H -1 Asp 1 H 2 - H 3 + Asp 1 H 2 - H 2 u u M A H -2 M A H -3

45 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) Συμπεράσματα (α) Η παρουσία Asp στο Ν-τελικό άκρο ενός πεπτιδίου αυξάνει την ικανότητα ένταξης αυτού και παρεμποδίζει τον ιονισμό και ένταξη αμιδικών ατόμων Ν (β) Η παρουσία Asp στο -τελικό άκρο επηρεάζει σημαντικά την σταθερότητα των σχηματιζόμενων σωματιδίων (γ) Η παρουσία Asp στην δεύτερη θέση της αλληλουχίας έχει ως αποτέλεσμα την διευκόλυνση του ιονισμού και ένταξης του πρώτου πεπτιδικού ατόμου Ν και την αντίστοιχη παρεμπόδιση των υπολοίπων

46 Σύμπλοκα πεπτιδίων που περιέχουν τα αμινοξέα ασπαρτικό οξύ (Asp) και γλουταμικό οξύ (Glu) (δ) Η παρουσία Asp στην τρίτη θέση της αλληλουχίας έχει ως αποτέλεσμα την ένταξη τριων ατόμων αζώτου (α-νη 2, δυο αμιδικά καθώς και το β- - του ασπαρτικού) Ο ιονισμός και η συνακόλουθη ένταξη των πεπτιδικών ατόμων αζώτου λαμβάνει χώρα συνεργατικά και έτσι 2Ν σωματίδια της μορφής (α-νη 2, Ν(-)) δεν ανιχνεύονται (ε) Τα παραπάνω συμπεράσματα (α-δ) έχουν περιορισμένη ή καθόλου εφαρμογή στα αντίστοιχα συστήματα όπου το αμινοξύ Asp αντικαθίσταται απ το αμινοξύ Glu (στ). Τα σχηματιζόμενα σύμπλοκα στα παραπάνω συστήματα είναι στην μεγάλη τους πλειοψηφία μονοπυρηνικά

47 Ενδεικτική Βιβλιογραφία Imre Sovago, Katalin sz, Dalton Trans., (2006),, Imre Sovago, silla Kallay, Katalin Varnagy, oordination hemistry Reviews 256 (2012( 2012) )

Σχετικά έγγραφα

COOH R 2. H α-αμινοξύ 2

COOH R 2. H α-αμινοξύ 2 7 Χαρακτηριστικές χημικές αντιδράσεις των πρωτεϊνών Στόχος της άσκησης: Κατανόηση της χημικής σύστασης των πρωτεϊνών. Η εξοικείωση με σημαντικές ιδιότητες των πρωτεϊνών και αμινοξέων: παρουσία των ιοντικών