Βασικοί όροι Αμινοξύ, Οξύ, Βάση, Αμφιπρωτικό μόριο, Πεπτίδιο,

Παρουσίαση με θέμα: "Βασικοί όροι Αμινοξύ, Οξύ, Βάση, Αμφιπρωτικό μόριο, Πεπτίδιο,"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

0 Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ Ενότητα 7: Χημικές Ιδιότητες Πρωτεϊνικών Υλικών Σταμάτης Μπογιατζής, επίκουρος καθηγητής Τμήμα Συντήρησης Αρχαιοτήτων & Έργων Τέχνης Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

1 Βασικοί όροι Αμινοξύ, Οξύ, Βάση, Αμφιπρωτικό μόριο, Πεπτίδιο,
Πεπτιδικός δεσμός, Πρωτεΐνη, Μέθοδοι ανίχνευσης, Νινυδρίνη, Αρωματικός δακτύλιος.

2 Στόχος του εργαστηριακού μαθήματος
Η κατανόηση της χημικής σύστασης των πρωτεϊνών, Η κατανόηση της δομής των α-αμινοξέων, Η εξοικείωση με σημαντικές ιδιότητες των πρωτεϊνών και αμινοξέων: παρουσία των ιοντικών μορφών και οπτική στροφική ικανότητα, Η εξοικείωση με απλά τεστ-χημικές αντιδράσεις μέσω των οποίων ανιχνεύεται η παρουσία πρωτεϊνικών υλικών σε ένα δείγμα.

3 Αυτά μπορεί να είναι μεταξύ τους ίδια, ή και διαφορετικά.
Γενικά (1 από 2) Οι πρωτεΐνες είναι ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους και βρίσκονται παντού στο ζωικό και φυτικό βασίλειο, Είναι πολυμερή που κατασκευάζει η φύση στο εξειδικευμένο της εργαστήριο, δηλ. στο εσωτερικό των κυττάρων των φυτικών και ζωικών οργανισμών. αμινοξύ1 αμινοξύ2 αμινοξύ3 Ένα μόριο πρωτεΐνης: το πολυμερές σχηματίζεται από τη συνένωση πολλών ομάδων αμινοξέων. Αυτά μπορεί να είναι μεταξύ τους ίδια, ή και διαφορετικά.

4 Γενικά (2 από 2) Ο ρόλος των πρωτεϊνών σχετίζεται τόσο με τη δομή, όσο και με τη δράση τους στο περιβάλλον των κυττάρων όπου ανήκουν, Οι πρωτεΐνες έχουν την ευθύνη της δομικής ακεραιότητάς τους και της λειτουργίας των κυττάρων: ως ένζυμα, καταλύουν συγκεκριμένες βιοχημικές αντιδράσεις, Πολλά υλικά όπως το αυγό, η καζεΐνη και η ζωική κόλλα, αλλά και μεγάλο πλήθος αντικειμένων με τα οποία ασχολείται ένας συντηρητής, όπως τα οστά και το δέρμα, είναι πρωτεϊνικής φύσεως.

5 Πως δομούνται οι πρωτεΐνες
Οι πρωτεΐνες σχηματίζονται από τη συνένωση απλούστερων μορίων, των α- αμινοξέων, Τα α-αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς, με αποτέλεσμα τη δημιουργία πεπτιδίων, Οι πρωτεΐνες μπορούν να οριστούν ως τα πεπτίδια μεγάλου μοριακού βάρους (μερικών χιλιάδων) που απαντώνται στην φύση.

6 Τα α-αμινοξέα Τα α-αμινοξέα είναι μικρά μόρια που περιέχουν :
μια (όξινη) καρβοξυλική ομάδα (COOH) μια (βασική) αμινομάδα (NH2) α-άνθρακας Και οι δυο ομάδες είναι συνδεμένες στον ίδιο άνθρακα (α-C).

7 Πόσα αμινοξέα υπάρχουν;
Η ομάδα R καθορίζει το είδος των αμινοξέων, Πρακτικά, επειδή το R μπορεί να πάρει απεριόριστες τιμές, είναι απεριόριστος και ο αριθμός των αμινοξέων, Στην πράξη όμως, για τις ανάγκες των κυττάρων η φύση επέλεξε μόνο 20 θεμελιώδη αμινοξέα.

8 Παραδείγματα αμινοξέων
Από τον γενικό τύπο, για κάθε είδος της ομάδας R, προκύπτει το αντίστοιχο αμινοξύ. Για R=H, προκύπτει η γλυκίνη Για R=CH3, προκύπτει η αλανίνη Γενικός τύπος

9 Τα θεμελιώδη αμινοξέα (1 από 3)

10 Τα θεμελιώδη αμινοξέα (2 από 3)

11 Τα θεμελιώδη αμινοξέα (3 από 3)
Σε αυτά προσθέτουμε τα δυο κυκλικά αμινοξέα προλίνη και υδροξυ-προλίνη. προλίνη υδροξυ-προλίνη

12 Η διπλή φύση των αμινοξέων
Στο ίδιο μόριο ενός αμινοξέος συνυπάρχει μια βάση (αμινομάδα, ΝΗ2) με ένα οξύ (καρβοξυλική ομάδα, COOH): αμφιπρωτικά μόρια, Σε όξινο pH, η αμινομάδα, επειδή είναι βάση πρωτονιώνεται (ΝΗ+3), Σε αλκαλικό pH, η καρβοξυλική ομάδα, επειδή είναι όξινη χάνει το πρωτόνιό της και μετατρέπεται σε καρβοξυλικό ανιόν. Όξινο περιβάλλον (Η+) Αλκαλικό περιβάλλον (ΟΗ-) Πρωτονιωμένη (όξινη μορφή) Καρβοξυλικό ανιόν (αλκαλική μορφή)

13 Σχηματισμός ενός διπεπτιδίου
Όταν προσεγγίζουν δυο αμινοξέα μπορούν να αντιδράσουν και να σχηματίσουν ένα διπεπτίδιο, + Αμινοξύ 1 (στο παράδειγμα: γλυκίνη) Αμινοξύ 2 (αλανίνη) Διπεπτίδιο (γλυκυλ-αλανίνη) Με την ίδια λογική σχηματίζεται ένα τριπεπτίδιο, τετραπεπτίδιο, κλπ, Οι πρωτεΐνες είναι μεγάλα πεπτίδια (πολυπεπτίδια).

14 Η όξινη υδρόλυση των πρωτεϊνών (1 από 2)
Η όξινη υδρόλυση των πρωτεϊνών (1 από 2) Με την επίδραση πυκνού οξέος τα πεπτίδια και οι πρωτεΐνες υδρολύονται, δηλ. διασπάται ο πεπτιδικός δεσμός και παράγονται ελεύθερα τα αμινοξέα της αλυσίδας τους, διπεπτίδιο αμινοξύ 1 αμινοξύ 2 Συνήθως χρησιμοποιείται υδροχλωρικό οξύ 6Ν σε 110° C, σε ατμόσφαιρα αζώτου επί 20 ώρες, Κάτω από αυτές τις σχετικά δραστικές συνθήκες, ελευθερώνονται τα αμινοξέα, Η ατμόσφαιρα αζώτου προστατεύει από την οξείδωση την ασπαραγίνη, γλουταμίνη, σερίνη, τρυπτοφάνη, κυστεΐνη και θρεονίνη, από περαιτέρω αλλοίωση (π.χ. οξείδωση από το οξυγόνο της ατμόσφαιρας).

15 Η όξινη υδρόλυση των πρωτεϊνών (2 από 2)
Η όξινη υδρόλυση των πρωτεϊνών (2 από 2) Η αντίδραση αυτή αποτελεί μια βασική και χρήσιμη τεχνική για να εξακριβωθεί η σύσταση των πρωτεϊνών, δηλαδή από ποια αμινοξέα αποτελούνται, HCl 6N, 110°C, N2 Πρωτεΐνη, ή πεπτίδιο (ενωμένα αμινοξέα) Ελεύθερα αμινοξέα (ανιχνεύονται με χρωματογραφικές μεθόδους) Δεν δίνει όμως απάντηση στο ερώτημα που αφορά την διαδοχή (αλληλουχία) των αμινοξέων μέσα στην αλυσίδα τους.

16 Χαρακτηριστικές αντιδράσεις των πρωτεϊνικών υλικών
Χαρακτηριστικές αντιδράσεις των πρωτεϊνικών υλικών Τα πεπτίδια και οι πρωτεΐνες έχουν κοινές χημικές ιδιότητες που οφείλονται στην παρουσία των πεπτιδικών δεσμών και των ακραίων αμινομάδων και καρβοξυλικών ομάδων, Πολύ συχνά, και τα αμινοξέα έχουν παρόμοια συμπεριφορά, επειδή στα μόριά τους υπάρχουν αμινομάδες (-NH2 ή -NH-) και καρβοξυλικές ομάδες, όπως στις πρωτεΐνες, Οι χαρακτηριστικές αυτές αντιδράσεις, όταν πραγματοποιούνται γρήγορα (συχνά με ελαφρά θέρμανση) και συνοδεύονται με αλλαγή χρώματος μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τεστ ανίχνευσης των πρωτεϊνικών υλικών.

17 Αντίδραση νινυδρίνης Είναι χαρακτηριστική για τα αμινοξέα, τα πεπτίδια και τις πρωτεΐνες και μετά από θέρμανση δίνει μπλε-ιώδες προϊόν (λabs=570 nm), Πρόκειται για μια σύνθετη αντίδραση με αρκετά ενδιάμεσα στάδια, η οποία συνοπτικά αποδίδεται ως εξής : νινυδρίνη Αμινοξύ, πεπτίδιο, ή πρωτεΐνη Ιώδες προϊόν

18 Αντίδραση διουρίας (biuret test) (1 από 2)
Η προσθήκη αραιού διαλύματος θειικού χαλκού ΙΙ (CuΙΙSO4) σε ελαφρά αλκαλικό διάλυμα πρωτεϊνών σχηματίζει ένα σύμπλοκο μπλε - ιώδους χρώματος. πεπτίδιο, ή πρωτεΐνη Μπλε-ιώδες σύμπλοκο του χαλκού

19 Ξανθοπρωτεϊνική αντίδραση
Περιλαμβάνει την προσθήκη πυκνού νιτρικού οξέος σε αμινοξύ ή πρωτεΐνη που περιέχει ένα τουλάχιστον από τα αμινοξέα με αρωματικό δακτύλιο, (τυροσίνη, τρυπτοφάνη και φαινυλαλανίνη), φαινυλαλανίνη νιτροπαράγωγο Όλες οι αρωματικές ενώσεις προσβάλλονται από το πυκνό νιτρικό οξύ και δίνουν νιτροπαράγωγα, Το αποτέλεσμα της αντίδρασης μετά από θέρμανση, είναι ένα κίτρινο προϊόν, που οφείλεται στην νίτρωση του αρωματικού δακτυλίου.

20 Σκοπός πειράματος Στο εργαστήριο, θα γίνει :
(α) διαπίστωση της ταυτότητας δειγμάτων ως πρωτεϊνικών μέσω της αντίδρασής τους με συγκεκριμένα αντιδραστήρια, (β) σε περίπτωση θετικού τεστ (αναμενόμενης αλλαγής χρώματος), μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το δείγμα είναι πρωτεϊνικό. Διάρκεια: 2 ώρες.

21 Απαιτούμενα όργανα και αντιδραστήρια
Η κάθε ομάδα με την αρχή του εργαστηριακού μαθήματος έχει αναμμένο μπροστά της ένα λύχνο Bunsen και ένα ποτήρι ζέσεως με νερό (υδατόλουτρο) που θα έλθει στο σημείο βρασμού, Θα χρησιμοποιηθούν : Ογκομετρικοί σωλήνες, Δείγματα πρωτεϊνικών υλικών: διάλυμα γάλακτος (50% περίπου) και γλυκίνη (σε στερεά μορφή), Αντιδραστήρια : πυκνό νιτρικό οξύ, διάλυμα νινυδρίνης, διάλυμα α-ναφθόλης (10% σε αλκοόλη), υδατικό διάλυμα 5% CuSO4.

22 Αντίδραση νινυδρίνης Σε δύο ογκομετρικούς κυλίνδρους που περιέχουν από 1 ml διαλύματος γάλακτος και γλυκίνης αντίστοιχα, προσθέτουμε μια σταγόνα νινυδρίνης (με προσοχή, ώστε να μην έλθει σε επαφή με τα χέρια καθ’ ότι είναι τοξική), Μένουν οι σωλήνες στο υδρόλουτρο επί 4-5 λεπτά μέχρι να παρατηρηθεί αλλαγή, Εμφάνιση μπλε-ιώδους προϊόντος σημαίνει θετικό τεστ.

23 Ξανθοπρωτεϊνική αντίδραση
Σε δύο ογκομετρικούς κυλίνδρους που περιέχουν από 2 ml διαλύματος γάλακτος και γλυκίνης αντίστοιχα, προσθέτουμε πυκνό νιτρικό οξύ (μέσα στους απαγωγούς, με πολλή προσοχή!), Τους τοποθετούμε στο υδρόλουτρο για 5 λεπτά, και σημειώνουμε τυχόν αλλαγή, Εμφάνιση κίτρινου χρώματος σημαίνει θετικό τεστ, Στη συνέχεια εξουδετερώνουμε το διάλυμα με καυστικό νάτριο 10% (προσθέτουμε σημαντική ποσότητα, ανάλογα με το πόσο νιτρικό οξύ είχε προηγουμένως προστεθεί) μέχρι να σχηματισθεί πορτοκαλί ίζημα.

24 Αντίδραση διουρίας (biuret test) (2 από 2)
Μια μικρή ποσότητα (10mg) από τα διαλύματα γάλακτος και γλυκίνης, αντίστοιχα, διαλύεται σε 1 ml απιονισμένου νερού, Προσθέτουμε 5 σταγόνες NaOH 10% και 2 σταγόνες διαλύματος CuSO4 υπό συνεχή ανάδευση, Η παρατήρηση μπλε-προϊόντος αποτελεί θετικό τεστ και υποδηλώνει την παρουσία πρωτεΐνης.

25 Φύλλο παρουσίασης αποτελεσμάτων
Δοκιμασία Παρατηρήσεις Συμπεράσματα Διάλυμα γάλακτος Γλυκίνη Αντίδραση νινυδρίνης Ξανθοπρωτεϊνική αντίδραση (προσθήκη πυκνού νιτρικού οξέος) Αντίδραση διουρίας

26 Ερωτήσεις Έχουμε ένα διάλυμα D-αλανίνης (D-Ala) και ένα L-αλανίνης (L-Ala). Μπορούμε με κάποιο από τα πιο πάνω τεστ να διακρίνουμε τα δυο διαλύματα; Εξηγείστε. Έχουμε δυο διαλύματα που περιέχουν τα αμινοξέα Tyr και Ser. Με ποιά χαρακτηριστική αντίδραση μπορούμε να τα διακρίνουμε; Γράψτε την αντίδραση όξινης υδρόλυσης του πεπτιδίου Ala- Tyr-Phe-Glu. Χρησιμοποιήστε τους πλήρεις χημικούς τύπους των αμινοξέων.

27 Βιβλιογραφία McMurry John, Οργανική Χημεία, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2012 (ενιαίος τόμος), D. L. Nelson, M. Cox, Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Edition, W. Freeman and Company, 2004, J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L. Stryer, Biochemistry, 5th ed., W. Freeman and Company, 2002.

28 Τέλος Ενότητας

29 Σημειώματα

30 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, Σταμάτης Μπογιατζής Σταμάτης Μπογιατζής. «Εργαστήριο Επιστήμης Υλικών ΙΙ. Ενότητα 7: Χημικές Ιδιότητες Πρωτεϊνικών Υλικών». Έκδοση: 1.0. Αθήνα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr.

31 Σημείωμα Αδειοδότησης
Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

32 Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων
Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. διαθέσιμο με άδεια CC-BY Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-SA Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου.

33 Διατήρηση Σημειωμάτων
Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους.

34 Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων
Το Έργο αυτό κάνει χρήση περιεχομένου από τα ακόλουθα έργα: Όλες οι εικόνες και χημικοί τύποι:© Σταμάτης Χ. Μπογιατζής (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά)

35 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.