6. előadás oligonukleotidok szintézise, koenzimek,...

32
6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminok

Upload: others

Post on 22-Mar-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

6. Előadás Oligonukleotidok szintézise,

koenzimek, vitaminok

Page 2: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Oligonukleotidok szintézise

Elv:

NO

OH

O

PO OH

OH

NO

OH

O

PO OH

OH

( )

( )

1. Kondenzáció

5’-OH + H (3’)

2. Vízmentes közeg

3. Védőcsoportok

Módszerek

1. Karbodiimid módszer, oldatban (1955)

Tood (Nobel díj 1957), Khorana (Nobel díj 1975)

Kapcsoló szer: DCC/Piridin

8-12 tagszám

2. Foszfit módszer, szilárd hordozón

Beaucage, Caruthers; (1981)

(Merrifield Nobel dij, 1984)

5’ 3’

Page 3: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Kapcsoló szer: DCC/Piridin

Védőcsoportok: acetil, tritil

1. lépés: Védett komponensek kapcsolása

N, N – diciklohexil-karbodiimid (DCC)

Tritil (Tr)

O-acetil (Ac)

N-acetil (Ac)

N

N

N

N

NH

OO

OH

C

C

O

CH3

N

N

NH

O

OO

O

OH

OH

O

P

C

CH3

O

C

O

CH3

6

4

1. Szintézis oldatban

C

N

N

Sir Alexander R. Todd

(1907-1997)

Page 4: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2. lépés: A védőcsoportok eltávolítása

AO

OH

O C

OO

OH

O

P

OH

AO

Tr

O C

OO

OH

O

P

OH

OH T

OO

OH

O

P

OAc

AO

Tr

O C

OO

OH

O

P

OAc

Ac

Ac

1. Lúg

2. Sav

(80% AcOH)

Lúg

+

3. lépés: Láncnövekedés

Page 5: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Megjegyzések: (alkalmas a ribooligonukleotid sorban is)

Védőcsoportok

CO

védelem (Bz)

CMeO

védelem (MMTr)

AO

MMTr

O

OH

OHO P

OBz

Bz2

MMTr = monometoxi-tritil

Page 6: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2.1 Szilárd hordozó: szilika, üveggyöngy, műanyag, cellulóz, papir

szilika Si OH Si O (CH2)3 NH2szilika

1. borostyánkősavanhidrid

2. védett nukleotid

szilika Si O (CH2)3 NH C (CH2)2 C

O O

O

AO

DMTrBz2

savérzékeny

bázis érzékeny

Si O (CH2)3 NH C (CH2)2 C

O O

O

AO

OH

szilika

Bz H +

+ DMTr +

l= 498 nm

2. Szintézis szilárd fázison

(karbokation)

Foszfit módszer Beaucage, Caruthers (1981)

3-aminopropanol

Page 7: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2.2 Védőcsoportok

benzoil

CO

N-6-benzoil adenin [ABz] N-4-benzoli citozin [CBz] N-2-isobutil guanin [GIBu]

C

O

C

OCH3

OCH3

4,4’-dimetoxitritil (DMtr)

a) CH3-

b) b-CN-CH2-CH2-

(b-cianoetil)

NP

N,N diizopropil

N

N

N

N

NH2

OOH

O

OH OHP

C+

OCH3

OCH3

DMTr +

szilika

Bz2

Si O (CH 2 ) 3 N H C (CH 2 ) 2 C

O O

O

A O

DMTr

izopropioil

Page 8: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2.3 Aktiválás

A

OO

O

DMTr

P

NH3CO

N

N

NN

A

OO

O

DMTr

P

H3CO

N

N

NN

H

tetrazol

Bz Bz

diizopropil foszforamidát

2.4 Kapcsolás

N

N

NN

A

OO

O

DMTr

P

H3CO

Bz

G

OOH

O

Szilika

IBu

A

OO

O

DMTr

P

H3CO O G

O

O

Szilika

IBu

Bz

+ tetrazol

Page 9: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2.5 Oxidáció: „foszforos sav (foszfonsav) foszforsav”

A

OO

O

DMTr

P

H3CO O G

O

O

Szilika

IBu

Bz A

OO

O

DMTr

P

OCH3

OG

O

O

O

Szilika

IBu

Bz

3

2

1

I2, H2O

kollidin*

2.6 Hasítás

1. OCH3 eltávolítása (tiofenol) helyette OH

2. Oligonukleotid lehasítása a (szilika) hordozóról (NH3)

3. Nukleozid bázis védőcsoport (Bz, iBu) eltávolítása (NH4OH + hő)

2.7 Tisztítás HPLC Elektroforézis

*trimetil-piridin

Page 10: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Foszforsavak

P

O

OH

OH

OH

P

O

OH

OH

RO

P

O

OH

OR2

R1O

P

O

O

OH

OH

OH

OH

O

P

P

O

O

OH

RO

OH

OH

O

P

P

O

O

OH

OH

OH

O

O

P

OH

OH

O

P

P

O

O

OH

RO

OH

O

O

P

OH

OH

O

P

P

O

OHO

monoészter

foszfodiészter - lineáris - ciklusos

>300 oC

metafoszforsav difoszforsav

160 oC

foszforsav (ortofoszforsav)

trifoszforsav

difoszforsav-észter trifoszforsav-észter

Page 11: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Phosphoramidite chemistry

https://www.sigmaaldrich.com/technical-

documents/articles/biology/

dna-oligonucleotide-synthesis.html

bázis1

bázis2

bázis1

bázis2

bázis2

bázis1

bázis1

bázis1

Következő ciklus

Kezdés

„Sapkázás” (capping): reakció ecetsavanhidriddel, a szabad OH acetilezése

Page 12: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

DNS/oligonukleotid szintetizátor

Page 13: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

DNS/oligonukleotid chip (csip)

Page 14: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Koenzimek, vitaminok

Page 15: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Koenzimek

Enzim = apoenzim (fehérje) + koenzim (nem-fehérje)

Szubsztrátspecifitás Reakciótípus

Nukleotid Fémion (példa) Egyéb

Fe (citokróm oxidáz)

NAD Cu (aszkorbinsav oxidáz) B1

FAD Zn (alkohol dehidrogenáz) B6

ATP Mn (hisztidin ammónia-liáz) B12

Koenzim A Co (glutamát mutáz) folsav

Ni (ureáz) pantoténsav

Mo (xantin oxidáz) biotin

V (nitrát reduktáz) Koenzim Q

Se (glutation peroxidáz)

Típusai

Page 16: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Nukleotid koenzimek

1. Adenozin mono-, di- és trifoszfát

felfedezés: Lohmann, Fiske (1929)

OO

OHOH

P

O

O-

O- N

N

N

N

NH2

OO

OHOH

P

O

O-

P

O

O

O-

OH

O-

O

O

PN

N

N

N

NH2

OO

OHOH

P

O

O-

P

O

O

O-

OHN

N

N

N

NH2

P

O

OH

O-

O-

++ H

2O

Adenozin-monofoszfát (AMP)

ATP ADP foszforsav

DH° = -31 kJ/mol

b-N-glikozid

D-ribóz

észterkötés

ciklusos AMP

Page 17: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

2. NAD/NADH: oxidáció

N

O

NH2

N

N

NH

N

NH2

nikotinamid

adenin

nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+)

5’

5’

D-ribóz

Példa:

CH3-CH2-OH + ADH

enzim CH3-COH +

NAD+ NADH

ADH = alkohol dehidrogenáz

acetaldehid

Mechanizmus

N+

O

NH2

H

H

H H

R

N

O

NH2

H

H

H H

R

H

+2e- + H+

NAD+ NADH

Page 18: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

3. FAD/FADH2: oxidáció

Flavin-adenin-dinukleotid (FAD)

/enzimkötődés/ H

oxidált

redukált

Flavus (latin), sárga

Page 19: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

4. Koenzim-A (CoA) felfedezés: Lipmann, 1946

adenozin-3’,5’-difoszfát

2,4-dihidroxi-3,3-dimetil-vajsav

b-alanin ciszteamin

pantoténsav (vitamin)

5’

3’

észter kötés

észter kötés

savamid kötés

savamid kötés

- NH –(CH2)2 - SH - NH –(CH2)2 - S – CO – CH3

S-acetil koenzim-A (Ac-CoA)

Page 20: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

VITAMINOK

1912: vitamin = vita amines (Casimir Funk)

„Kis mennyiségben kívülről kell felvenni.”

Nem vitaminok: esszenciális aminosavak

esszenciális zsírsavak

Provitaminok

Antropocentrikus

pl. C-vitamin: ember (tengeri malac) igen

patkány nem

p-amino-benzoesav: baktérium igen

ember nem

Kémiai szerkezet: heterogén Felosztás (oldékonyság alapján)

Vízoldékony Zsírban oldódó

B, C, H és P vitaminok A, D, E és K vitaminok

- koenzimek is - bélből szívódnak fel

- felesleg kiürül - májban raktározódnak

1958: 15-20 féle vitamin

Page 21: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

B1 vitamin (tiamin) szerkezet 1934, szintézis 1936

Beriberi piroszőlősav nem bomlik le

N

N

NH2

CH3S

N+

CH3

CH2CH2OHN

N

NH2

CH3S

N+

CH3

CH2CH2O

O

O-

O P

O-

O-

O P

N

N

NH2

CH3S

N+

CH3

CH2CH2O

COOH

CH3

OH

O

O-

O P

O-

O-

O P

ATP

pirimidin tiazol

tiamin-pirofoszfát (koenzim)

COOH

O

CH3

piroszőlősav:

piroszőlősav-dekarboxiláz

„aktív piruvát”

• brit tengerészek (1747) • Ch. Eijkman (1897), F. G. Hopkins [orvosi Nobel-díj (1929)] • C. Funk – vita amin (1912)

1 2

3

tiamin

észter kötés

+

Page 22: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

B2-vitamin (riboflavin)

izolálás: Richard Kuhn (1933), 4500 liter tejsavóból 1g

(természetben 1-foszfát-észter)

N N

NNH

O

O

OH

OH

OH

OH

CH3

CH3

H

H

H

HH

1,3,5,8-tetraazanaftalin (pteridin)

bőrbántalom

növekedés

B6-vitamin (piridoxál, piridoxin)

izolálás: Euler (1937)

NCH3

OH

CHO

CH2OH

NCH3

OH

CHO

CH2O O-

O-

O

P

piridoxál (- CHO) piridoxin (- OH)

5’-foszfát - észter (koenzim)

Bőrbántalmak, élesztő

Izo-alloxazin váz

D-ribóz

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/tej-tejtermekek/ch03s05.html

(1900- 1967) „for his work on carotenoids and

vitamins„ Nobel-díj, 1938

Page 23: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Prof. D. Hodgkin, National Portrait Galery, London

Page 24: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

B12-vitamin (kobalamin)

korrinváz

Szerkezet: D. Hodgkin, Oxford,

Nobel díj, 1964 (penicillin is)

5,6-dimetil- benzimidazol

CN- vagy HO- vagy H20

Page 25: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Folsav (pteroil-glutaminsav)

izolálás: Peterson (1940)

N

NH

N

N

NHO

O

O

NH2

NH

O OH

OHpteridin

p-amino-benzoesav

glutaminsav

5-formil-5,6,7,8-tetrahidrofolsav, folinsav (koenzim)

•vérszegénység (anémia, leukopénia)

N

NH

N

N

NHO

O

O

NH2

NH

O OH

OH

4

2 8

5

1 7

CHO

N

NH

N

N

NHO

O

O

NH2

NH

O OH

OH

CH3

NH2

methotrexat

Page 26: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Nikotinsav(niacin)/ B3 vitamin és a nikotinsavamid

N

O

OH

N

O

NH2

hiánya: pellagra (pelle agra = durva bőr)

nikotinsavamid NAD+ (koenzim)

Pantoténsav/B5 vitamin

O

ONH

OH

OH

CH3

CH3

OH

b-alanin

koenzim A élesztő

niacin

a,g - dihidroxi – b,b- dimetil-vajsav

Koleszterin szint szabályozó (?)

„stressz ellenes” vitamin

pantothen (πάντοθεν): mindenfelől

Roger J. Williams 1933

Page 27: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

C-vitamin (L-aszkorbinsav)

felfedezés: 1928 izolálás: Szentgyörgyi A. (1932)

O

OHOH

O

OH

OH

O

O

HO

HO

HO

H

H

CH2OH

=

•skorbut

1

3 4 6

H-vitamin (biotin)

imidazolidin

tetrahidrotiofén

* *

*

izolálás: Kögl (1936) 2800 kg tojássárgája 390 mg

2-keto-L-gulonsav g-laktám

1

2

6

L-aszkorbinsav)

Avidin – biotin Kd = 10-15

1 tojás 50 g, ebből 17 g sárgája 390 mg = 164 706 db tojás

Page 28: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

Koenzim-Q (ubikinon, CoQ)

(eukarióta sejtekben, mitokondriumok)

szemikinon

ubikinol

Koenzim Q4, n = 4 Koenzim Q9, n = 9 Koenzim Q10, n = 10

(Izoprén egységek)

ubikinon

Peter D. Mitchell, 1961 (Nobel díj, kémia, 1978) „for his contribution to the understanding of biological energy transfer through the formulation of the chemiosmotic theory". Később: elektrontranszport lánc koncepció – CoQ10 „protonvonzó”

1920-1992

http://www.q10facts.com/a-brief-history-of-coenzyme-q10-2/

Page 29: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

A-vitamin

OH

O

O

N-protein

N-protein

O

provitamin: b-karotin

A vitamin

világos sárga olaj fp.: 136°C (vákuum) A1 = retinol A2 = dehidroretinol

„all-transz” retinal

4

1 7 11

12

11

11-cisz-retinal

opszin

rodopszin

H2O

hn

H2N-protein

Kuhn, 1931

halak májából

növekedési

faktor,

farkasvakság

0,5-1 mg/nap

1 NE = 0,6 mg

H2N-protein +

CH2=C-CH=CH2

CH3

Page 30: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

D-vitaminok

CH2

OH

CH3

CH3

CH3

CH3

H

H

CH3

CH3

HH

CH3

CH3

OH

CH3

napfény

hn

7-dehidrokoleszterin D3-vitamin (kolekalciferol)

op.: 84-85°C

Szerepe: Ca2+- és foszfát felszívódás, csontképződés sziv- és érrendszer védelme, immunhiányos állapot, osztódás Hiánya: angolkór (rickets), csontritkulás, csontosodási zavar Hipervitamiózis: Csontszövet Ca2+- lerakódás, vesekőképződés

CH2

CH3

OH

CH3

CH3

CH3

CH3

H

HCH3

CH3

HH

CH3

CH3

OH

CH3

CH3

hn

ergoszterol D2-vitamin (ergo)kalciferol

op.: 115-117°C

1 NE = 0,025 mg

l = 270-300 nm 3 7 5

19 1

20

Állati eredetű élelmiszerek Halolaj, máj, tojás, tejtermék

Növényi eredetű élelmiszerek Sörélesztő, gombák

R2

R

R1

A B

C D 1 2

3

4 5

6 7

8 9

1

0

1

1

1

2 1

3 1

4 1

5

1

6

1

7

Page 31: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

E-vitamin (tokoferol)

O

R2

R1

R3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

izolálás 1936 felfedezés 1927 szintézis 1938

R1=R2=R3=CH3 a-tokoferol (5,7,8-trimetil)

R1=R3=CH3, R2= H b-tokoferol (5,8-dimetil)

R2=R3=CH3, R1= H g-tokoferol (7,8-dimetil)

halványsárga olaj

•antisterilitás (patkány)

5

7

kromán váz C16 lánc

Előfordulás: növényi olajok, napraforgó, oliva, tökmag hús, máj, tojás, tejtermék Szerepe: antioxidáns, gyulladásgátló Hiánya: vérszegénység, izomsorvadás, meddőség (embernél ritka) Hipervitamiózis: Csontszövet Ca2+- lerakódás, vesekőképződés

O

R2

R1

R3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

E-vitamin (tokotrienol)

τόκος [tókos], φέρειν [phérein] = születés, hordozni

Page 32: 6. Előadás Oligonukleotidok szintézise, koenzimek, vitaminokszerves.chem.elte.hu/oktatas/ea/Hudecz/6_Nukleinsav...koenzimek, vitaminok Oligonukleotidok szintézise Elv: N O HO O

K1-vitamin (fillokinon)

sárga olaj

O

O

CH3

CH3

CH3CH3

CH3CH3

2

4

3

1

fitil-csoport naftokinon

2-metil-3-fitil-1,4-naftokinon

Előfordulás: spenót, káposztafélék, saláta, brokkoli tejtermék, máj Szerepe: antioxidáns, gyulladásgátló, koaguláció Hiánya: vérzékenység (a koaguláció hiánya miatt) Bomlás: fény, hő (100oC felett)