Sveuilite u Zagrebu - pmf.unizg.hr ?ilite u Zagrebu Prirodoslovno – matematiki fakultet Poslijediplomski sveuilini doktorski studij kemije Smjer: Anorganska

  • View
    223

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of Sveuilite u Zagrebu - pmf.unizg.hr ?ilite u Zagrebu Prirodoslovno – matematiki...

  • Sveuilite u Zagrebu

    Prirodoslovno matematiki fakultet

    Poslijediplomski sveuilini doktorski studij kemije

    Smjer: Anorganska i strukturna kemija

    Izoleucin - Ehrlichova aminokiselina

    i njeni bakrovi(II) kompleksi

    Kemijski seminar I

    prema radu M. Markovi, D. Mili, J. Sabolovi,

    Cryst. Growth Des. 12 (2012) 41164129

    Modelling Triple Conformational Disorder in a New Crystal Polymorph of

    cis-Aquabis(L-isoleucinato)copper(II)

    Studentica: Jelena Budimi,

    mag. educ. chem.

    Mentorica: dr. sc. Jasmina Sabolovi,

    via znanstvena suradnica

    Zagreb, lipanj 2017.

  • Sadraj

    I. Uvod - motivacija

    II. Izoleucin Ehrlichova aminokiselina i njeni bakrovi(II) kompleksi

    II/I. Otkrie izoleucina: Emil Fischer i Felix Ehrlich

    II/II. Biokemija i struktura L-izoleucina

    II/III. Kompleksi bis(izoleucinato)bakra(II)

    II/IV. Zanimljivosti

    III. Zakljuak

    IV. Prilozi

    V. Literatura

  • I. Uvod - motivacija

    L-izoleucin je proteinogena esencijalna aminokiselina s alifatskim razgranatim bonim

    ogrankom. Vrlo je slabo topljiva u alkoholima, i slabo, no ipak bolje topljiva u vodi. Sa svoja

    dva kiralna centra, C i C, jedna je od dviju proteinogenih aminokiselina, uz treonin, koja ini

    komplekse s metalima stereokemijski raznovrsnijima i zanimljivijima. Bakar, pak, esencijalni

    je element u tragovima koji se nalazi u aktivnom centru brojih enzima, ali i u maloj koliini u

    obliku bis-kompleksa s aminokiselinama u organizmima.

    Temu sam odabrala jer me, radei na projektu akronima CopperAminoAcidates (IP-2014-

    09-3500), financiranog od strane Hrvatske zaklade za znanost, zaintrigirao kompleks bakra(II)

    s izoleucinom. Kemijski gledano, L-izoleucin je jednostavna molekula vezana na bakar, a ipak

    je malo radova objavljeno o spomenutom, dok neki koji jesu sadre nedostatne podatke o

    strukturi i nainu dobivanja interpretiranog monokristala. Stoga sam odluila prikazati

    pregled svog dosadanjeg istraivanja na ovom kompleksu u obliku kemijskog seminara I

    uzevi rad Markovi et al. Modeliranje trostrukog konformacijskog nereda u novom

    kristalnom polimorfu cis-akvabis(L-izoleucinato)bakra(II) [1] kao smjernicu.

  • II. Izoleucin Ehrlichova aminokiselina i njeni bakrovi(II) kompleksi

    II/I. Otkrie izoleucina: Emil Fischer i Felix Ehrlich

    Emil Fischer (1852. 1919.) dobitnik je Nobelove nagrade za kemiju 1902. godine

    zbog doprinosa razumijevanju kemije purina i monosaharida [2,3] . Osim navedenih spojeva,

    Fischer je intenzivno prouavao i aminokiseline, peptide i proteine [4]. U radu o hidrolizi

    kazeina klorovodinom kiselinom [5] utvrdio je prisutnost tirozina, leucina, asparaginske i

    glutaminske kiseline, arginina i lizina, te jo jedne frakcije koja se pojavljuje u

    temperaturnom intervalu od 65 do 80oC sa spojem D, aminokiselinom dotad nepoznate

    strukture, koja je imala veu mo rotacije polariziranog svjetla u vodenoj otopini

    klorovodine kiseline od leucina, a istog je sastava kao i aminokapronska kiselina. Zbog

    tekoe njene izolacije i proiavanja Emil Fischer nije uspio razjasniti njenu strukturu.

    Preslika stranice rada [5] prikazana je na slici IV/I u prilozima.

    O Felixu Ehrlichu (1877. 1942.), njemakom biokemiaru, malo se zna, i to jedino iz radova

    koje je napisao. Iz izvora [6] se doznaje da je radio u tvornici eera u Berlinu, nakon ega je

    postao profesor i direktor Agro-biotehnolokog instituta u Breslau u Njemakoj, dananjem

    Wroclawu u Poljskoj, to se podudara s informacijama iz njegovih radova. Ono to se

    netono reproducira na veini internetskih stranica jest izvor iz kojeg je Felix Ehrlich izolirao

    izoleucin. Prema radu [7] izoleucin je izoliran iz industrijskih ostataka eerne repe, a ne iz

    hemoglobina, kako veina internetskih izvora navodi. Preslika rada iz 1904. godine u kojem

    Felix Ehrlich prvi puta spominje strukturni izomer leucina i daje mu naziv izoleucin, nalazi se

    u prilozima na slici IV/II. U istome radu potanko je opisano dobivanje, izolaciju, analizu i

    svojstva ne samo L-izoleucina (navodi se kao d-izoleucin u radu, desnozakreui), ve i cijelog

    niza njegovih spojeva s bakrom(II), srebrom, benzoil-kloridom, benzensulfonil-kloridom,

    fenil-izocijanatom (). Nakon otkria izoleucina napravljena je njegova prva totalna sinteza u

    Francuskoj [8] 1906. godine od sec-butil-jodida i acetoacetatnog estera, dok je Felix Ehrlich

    neovisno pola godine kasnije objavio strukturu i pretvorbe izoleucina [9], prikazane na slici

    IV/III u prilozima. Od istoga L-izoleucina destiliranoga u 20%-tnoj klorovodinoj kiselini, kojoj

    je kasnije dodana voda i natronsko vapno u suviku, Felix Ehrlich dobio je d-amilamin. Suhom

    destilacijom L-izoleucina dobio je izoleucinimid, dok je dodatkom eera i kvaevih gljivica

    aminokiselina je prela u d-amilni alkohol. Stereoizomer L-alo-izoleucin, pak, dobiven je

    zagrijavanjem L-izoleucina u baritnoj vodi pri visokoj temperaturi. Shemu pretvorbi

    upotpunio je dobivanjem smjese L-izoleucina i L-alo-izoleucina Streckerovom reakcijom. Tom

  • reakcijom optiki aktivni d-valeraldehid (2-metilbutanal) otopljen u eteru uz dodatak

    klorovodine kiseline reagira s kalijevim cijanidom i amonijakom. Vrijedno je spomenuti da je

    osim cijanhidrinskom reakcijom takoer dobio smjesu L-izoleucina i L-alo-izoleucina

    reakcijom sec-butil-jodida i estera malonske kiseline [10], ija se shema nalazi u prilozima na

    slici IV/IV.

    Osim tri rada o izoleucinu ne mogu ne spomenuti ostatak njegovog opusa od 23 rada, koji ga

    zaista svrstavaju u skupinu istaknutih organskih kemiara i biokemiara prve polovice 20.

    stoljea. Felix Ehrlich doprinio je razumijevanju naina djelovanja kvaevih gljivica, plijesni i

    ostalih mikroorganizama na karboksilne kiseline, alkohole, aminokiseline i amine [11-19].

    Najpoznatiji rad iz ovoga podruja jest o pretvorbi tirozina u tirozol pod utjecajem kvaevih

    gljivica [15], ija je shema prikazana na slici IV/V; i rad u kojem su saeti i poopeni zakljuci o

    biokemijskim pretvorbama pod utjecajem spomenutih mikroorganizama [18]. Drugi dio

    njegovih radova sustavno opisuje pektine [20-23] meu kojima se istie rad o pozitivnoj

    korelaciji koncentracije pektina i veliine kristala amonijevog klorida [22], koji su prikazani na

    slici IV/VI u prilozima. Posljednja, i ne manje vana skupina radova obrauje izolacije, sinteze

    i reakcije kemijski i biokemijski vanih, dotada nepoznatih spojeva [24-33], kao to su betain

    [26-28], galakturonska [30-32], galaktonska [29] i glukuronska [24,25] kiselina te derivati m-

    cijanobenzoil-klorida [33].

  • II/II. Biokemija i struktura L-izoleucina

    L-izoleucin, proteinogena esencijalna aminokiselina IUPAC-ovog naziva (2S,3S)-2-

    amino-3-metilpentanska kiselina, ima raznolike fizioloke funkcije. Istraivanja su pokazala

    da potpuni izostanak izoleucina u hemoglobinu svinja uzrokuje smanjenu sintezu proteina

    tijekom krvarenja u probavnom traktu, odnosno veu neto razgradnju proteina te

    posljedino poveanu koncentraciju amonijaka i uree u organizmu [34]. Smith et al. [35]

    pokazali su da su histidinil- i izoleucinil-tRNK ligaze u retikulocitima zeeva specijalizirane za

    sintezu hemoglobina. Zamjena izoleucina treoninom na 75. mjestu -lanca hemoglobina F

    potencijalni je uzrok talasemije [36], nasljednoga genetskoga poremeaja koji rezultira

    stvaranjem abnormalnoga hemoglobina koji se brzo raspada i tako uzrokuje anemiju [37].

    Doi et al. [38] napravili su eksperimente na takorima i utvrdili da koncentracija izoleucina u

    granicama od 1 do 10 mM stimulira unos glukoze u skeletne miie mehanizmom neovisnim

    o inzulinu. Istraivanje na mievima o izoleucinu i valinu [39] pokazalo je da hrana siromana

    ovim dvjema aminokiselinama uzrokuje gubitak mase, smanjuje unos hrane i poveava

    troenje energije. Osim toga isoleucin regulira ekspresiju gena, pa tako i sintezu proteina

    povezanih s lipolizom, -oksidacijom i lipogenezom u bijelom masnom tkivu. Osim brojnih

    uloga u ivotinjskom organizmu, zanimljiva je uloga izoleucina u svijetu biljnih hormona.

    Fonseca et al. [40] objavili su da je endogeni bioaktivni jasmonat, biljni hormon koji

    kontrolira razvoj i obranu biljke, prema strukturi upravo (+)-7-izo-jasmonil-L-izoleucin.

    Uz L-leucin i L-valin, L-izoleucin pripada skupini aminokiselina razgranatog bonog lanca (engl.

    Branched-chain amino acids, BCAA) ije su funkcije vrlo raznolike i vane, a to znaju posebice

    oni koji redovito zalaze u teretane ili se profesionalno bave sportom. Osim to imaju vanu

    ulogu u metabolizmu proteina, njihov irok spektar sudjelovanja u biolokim procesima

    obuhvaa i poveavanje izluivanja inzulina, ve spomenutu regulaciju lipolize, lipogeneze,

    regulaciju metabolizma glukoze i njen transport; poboljavaju kvalitetu majinog mlijeka i

    pospjeuju razvoj embrija [41].

    Metabolizam razgradnje L-izoleucina zapoinje djelovanjem aminotransferaze razgranatog

    bonog lanca koja uklanja amino-skupinu L-izoleucina i pretvara ga u -ketokiselinu, -keto-

    -metilvalerat. Potonji produkt dekarboksilira dehidrogenaza -ketokiselina razgranatog

    lanca, nakon ega nizom reakcija nastaju konani produkti acetil-koenzim A i propionil-

    koenzim A [42]. Shema razgradnje nalazi se na slici II/II/I.

  • Slika II/II/I Prikaz metabolizma razgradnje L-izoleucina [42].

    Kristalna struktura L-izoleucina odreena je 1971