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Kapitel 11 Naturstoffe
Aminosäuren
COOH
COOH
H2NCOOH
NH2
-Alanin (chiral) -Alanin (achiral)
Chemische Eigenschaften
Aminosäuren sind meist kristalline Feststoffe und liegen als Zwitterionen vor.
Den pH-Wert, bei dem eine Aminosäure in der (nach außen ungeladenen)
zwitterionischen Form vorliegt wird Isoelektrischer Punkt (IP) genannt. Der IP
ist für jede Aminosäure charakeristisch.
R COOH
NH3
-H+
+H+
R COO
NH3
-H+
+H+
R COO
NH2
im Sauren"neutral"
im BasischenpH = IP
Einteilung der Aminosäuren:
Chiralität: In der Natur fast ausschließlich L-AS
Proteinogene Aminosäuren: Aminosäuren, die in Proteine eingebaut werden.
Essentielle Aminosäuren: Aminosäuren, die mit der Nahrung aufgenommen
werden müssen (Mensch).
L-Valin, L-Leucin, L-Isoleucin, L-Phenylalanin,
L-Threonin, L-Methionin, L-Tryptophan, L-Lysin
a) AS mit unpolarem Rest:
H2N COOH H2N COOH
H CH3
H2N COOH
H
H2N COOH
H
H2N COOH
H
H2N COOH
H HN
H COOH
L-Glycin (Gly) L-Alanin (Ala) L-Valin (Val)L-Leucin (Leu)
L-Isoleucin (Ile) L-Phenylalanin (Phe) L-Prolin (Pro)
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b) AS mit polarem, nicht ionisierbarem Rest:
c) polare saure AS mit ionisierbarem Rest:
H2N COOH
H
O OH
H2N COOH
H
O OH
L-Asparaginsäure(Asp)
L-Glutaminsäure(Glu)
d) polare basische AS mit ionisierbarem Rest:
H2N COOH
H
NH2
H2N COOH
H
NHNH
H2N
H2N COOH
H
NH
N
L-Lysin (Lys) L-Arginin (Arg) L-Histidin (His)
Peptide, Proteine
Eigenschaften, Basizität, Konformation, Bildung und Hydrolyse
Peptidbindung: Peptide sind Amide aus zwei Aminosäuren:
N
H
O
121°
117°120°
1,53
1,32 1,47
O
N
H
OH
N
O
N
H
O
NH
trans cis
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Die Peptidgruppe ist fast eben gebaut.
Proteine
Die Bezeichnung Protein kommt aus dem Griechischen: (proteuo) =
„ich nehme den ersten Platz ein“
Einteilung: Skleroproteine (faserartig, Stützstrukturen, wasserunlöslich)
z.B.: Keratin (Fingernägel)
Sphäroproteine (sphärisch gebaut, wasserlöslich,
denaturierbar) z.B.: Eiklarproteine
Chemische Struktur
H2N
HN
NH
HN
NH
HN
NH
COOH
R1
O R2
O R3
O R4
O R5
O R6
O R7
-Faltblatt (antiparallel oder parallel), -Helix
Strukturen von Proteinen:
1. Primärstruktur: Aminosäuresequenz
2. Sekundärstruktur: räumliche Anordnung der Kette (Flatblatt, Helix)
nur peptidisches Rückgrat, nicht räuml.
Anordnung der AS Seitenketten
3. Tertiärstruktur: Gestalt des Proteins (räuml. Anordnung aller
Atome)
4. Quartärstruktur: Aggregate aus mehreren Proteinen (Dimere,
Trimere, etc.)
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Kohlenhydrate
Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen,
Aldosen, Ketosen,
Pyranosen, Furanosen,
Aminozucker, Anomere, Onsäuren, Uronsäuren,
Schreibweisen: Fischer, Haworth, sterische Schreibweise, Konformation
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Hexosen
H
CHO
OH
OHH
OHH
OHH
CH2OH
D-Allose
HO
CHO
H
OHH
OHH
OHH
CH2OH
D-Altrose
H
CHO
OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D-Glucose
HO
CHO
H
HHO
OHH
OHH
CH2OH
D-Mannose
HOO
OH OHOH
HO
HOO
OH
OH
OH
OH
HOO
HO
OHOH
OH
HOO
HO
OH
OH
OH
H
CHO
OH
OHH
HHO
OHH
CH2OH
D-Gulose
HO
CHO
H
OHH
HHO
OHH
CH2OH
D-Idose
H
CHO
OH
HHO
HHO
OHH
CH2OH
D-Galactose
HO
CHO
H
HHO
HHO
OHH
CH2OH
D-Talose
O
HO
OH OHOH
OH
O
HO
OH
OH
OH
OH
O
HO
HO
OHOH
OH
O
HO
HO
OH
OH
OH
Furanosen
OH
HO
HOO
HO
OH
OH
HO HO
OHO
OH
OH
HO
OHO
OH
HO
HOO
HO
Fructose Ribose Xylose Arabinose
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Saccharide, Glycoside
1,4-, 1,6-Verknüpfung, Saccharose, Lactose, Maltose, Isomaltose,
Cyclodextrine, Bildung und Hydrolyse von Sacchariden
O
HO
OH
HOHO
O O
HO
OH
HO OH
Maltose
4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose
O
HO
OHHO
HO O O
HO
OH
HO OH
Lactose (Milchzucker)
4-O-(-D-Galactopyranosyl)-D-glucopyranose
O
HO
OH
HOHO O O
HO
OH
HO OH
Cellobiose
4-O-(-D-Glucopyranosyl)-D-glucopyranose
O
AcNH
OH
HOHO O O
AcNH
OH
HO OH
Chitobiose (Chitin)
O
HO
OH
HOHO
O
O
OH
HO
OH
OH
Saccharose (Rohrzucker)
O
HO
HOHO
O
O
OH
HO
OH
OH
Raffinose (Rübenzucker)
O
HO
OHHO
HO
O
O
HO
HOHO OH
O
HO
OHHO
HO
O
Melibiose
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Fette und Lipide
Klassifizierung: Wachse, Sphingolipide, Terpene, Steroide
Stoffklassen
A. nicht hydrolysierbar
Langkettige Alkane, Carotinoide, Vitamine
Terpene, Steroide
Fettalkohole >C10
Fettsäuren >C10
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Common Fatty Acids
Chemical Names and Descriptions of some Common Fatty Acids
Common Name Carbon
Atoms Double
Bonds Scientific Name Sources
Butyric acid 4 0 butanoic acid butterfat
Caproic Acid 6 0 hexanoic acid butterfat
Caprylic Acid 8 0 octanoic acid coconut oil
Capric Acid 10 0 decanoic acid coconut oil
Lauric Acid 12 0 dodecanoic acid coconut oil
Myristic Acid 14 0 tetradecanoic acid palm kernel oil
Palmitic Acid 16 0 hexadecanoic acid palm oil
Palmitoleic Acid 16 1 9-hexadecenoic acid animal fats
Stearic Acid 18 0 octadecanoic acid animal fats
Oleic Acid 18 1 9-octadecenoic acid olive oil
Vaccenic Acid 18 1 11-octadecenoic acid butterfat
Linoleic Acid 18 2 9,12-octadecadienoic acid safflower oil
Alpha-Linolenic Acid
(ALA) 18 3 9,12,15-octadecatrienoic acid
flaxseed (linseed)
oil
Gamma-Linolenic Acid
(GLA) 18 3 6,9,12-octadecatrienoic acid borage oil
Arachidic Acid 20 0 eicosanoic acid peanut oil,
fish oil
Gadoleic Acid 20 1 9-eicosenoic acid fish oil
Arachidonic Acid (AA) 20 4 5,8,11,14-eicosatetraenoic acid liver fats
EPA 20 5 5,8,11,14,17-eicosapentaenoic acid fish oil
Behenic acid 22 0 docosanoic acid rapeseed oil
Erucic acid 22 1 13-docosenoic acid rapeseed oil
DHA 22 6 4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic
acid fish oil
Lignoceric acid 24 0 tetracosanoic acid small amounts
in most fats
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B. hydrolysierbar
Fette (Fettsäure + Glycerin)
Waxe (Fettsäure + Fettalkohol)
Sterolester (Fettsäure + Cholesterin s.o.)
spermaceti: CH3(CH2)14CO2-(CH2)15CH3
beeswax: CH3(CH2)24CO2-(CH2)29CH3
carnuba wax: CH3(CH2)30CO2-(CH2)33CH3
Nucleinsäuren, Purin-, Pyrimidinbasen, Nucleoside, Nucleotide, DNA, RNA
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Vitamine, Alkaloide, Hormone, Antibiotika
Vitamine
OH Vitamin A (Retinol)
Sehpigment, Immunsystem
N
N
NH2
N
S OH
Vitamin B1 (Thiamin)
Vorstufe für Coenzyme
Decarboxylasen
NH
N N
N
O
O
CH2
OH
OH
OH
OH
Vitamin B2 (Riboflavin)
FAD für Oxidoreduktasen
N
O
NH2 Vitamin B3 (Nicotinamid)
NAD für Oxidoreductasen
N
NHN
N
O
H2N
NH
NH
OCOOH
COOH
Vitamin B4 (Folsäure)
C1-Gruppentransfer
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N
OHHO
R Vitamin B6
AminosäurestoffwechselR = CH2OH Pyridoxol
R = CHO Pyridoxal
R = CH2NH2 PyridoxaminN
N
N
NH
CONH2
CONH2
CONH2
O
NH
H2NOC
H2NOC
H2NOC
O
P
O O
O
O
HO
OH
N
N
Co
R
Vitamin B12
(Cobalamin)
Ligasen,
Transferasen
OH
HO OH
O
OH
O
Vitamin C (Ascorbinsäure)
Radikalfänger
Immunsystem
HO
Vitamin D (Calciferol)
Calziumstoffwechsel
O
HO
Vitamin E (Tocoferol)
Antioxidans
O
O
Vitamin K (Phyllochinon)
Proteinsynthese
S
NHNH
COOH
O
HHH
Biotin
Carboxylasen
HO
HN
HO
O
COOH
H
Pantothensäure
Coenzym A
Antibiotika
OHO
O
NH2
OH
OHO
H OH HN
HO
OH
OH
HN
O
Cl
Cl O
O
HO
HOHO
O
O
O
OHO
N
O OH
OMeN
S
O
H H
COOH
HN
O
R
PenicillineTetracycline Chloramphenicol Erythromycin
Alkaloide
Wortbildung aus arabisch al qualja: „Pflanzenasche“ und griechisch -oides:
„ähnlich“) sind natürlich vorkommende, chemisch heterogene, meist basische,
stickstoffhaltige organische Verbindungen des Sekundärstoffwechsels, die auf
den tierischen oder menschlichen Organismus wirken. Über 10000
verschiedene pflanzlichen, tierische oder von Mikroorganismen produzierte
Substanzen werden dieser Stoffgruppe zugeordnet.
Einteilung nach chemischer Struktur
Die in der Literatur am häufigsten verwendete Einteilung der Alkaloide ist die
Kategorisierung entsprechend ihrer chemischen Struktur. Namensgebend ist
der Teil des Moleküls, der einen Stickstoff enthält.
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Alkaloide mit heterocyclischem Stickstoff
Pyrrolidin-Alkaloide: z. B. Hygrin
Steroid-Alkaloide: z. B. Solanin
Pyridin-Alkaloide: z. B. Nicotin, Anabasin
Tropan-Alkaloide: z. B. Hyoscyamin, Scopolamin, Cocain
Chinolin-Alkaloide: z. B. Chinin, Chinidin
Isochinolin-Alkaloide: z. B. Morphin, Codein, Papaverin,
Berberin, Tubocurarin
Indol-Alkaloide: z. B. Ajmalin, Ergotamin, Yohimbin, Reserpin,
Strychnin
Purin-Alkaloide: z. B. Coffein, Theophyllin, Theobromin
Alkaloide mit acyclischem Stickstoff: z. B. Ephedrin, Mescalin
Solanin Hygrin
Nikotin Anabasin
Cocain Chinin