25.E: Aminoácidos, Péptidos y Proteínas (Ejercicios)

Ejercicio 25-1 Seleccione los aminoácidos en la Tabla 25-1 que tengan más de un centro quiral y dibuje fórmulas de proyección para todos los estereoisómeros posibles de cada uno que posean la\(L\) configuración en el\(\alpha\) carbono.

Ejercicio 25-2 ¿Cuáles de los aminoácidos del Cuadro 25-1 son aminoácidos ácidos y cuáles aminoácidos básicos? ¿Cuál de las estructuras mostradas tendría el nitrógeno más básico? ¿El nitrógeno amino menos básico? Da las razones de tus elecciones. (Revisar Sección 23-7.)

Ejercicio 25-3 ¿Cómo serían las características generales de la gráfica de concentración de ión dipolar y especies cargadas versus pH para glicina (\ (\ alpha\) -Aminoácidos” mt-page-link-identifier="dbd707dbd3dd477990258e1c294229e3" href=” /libreras/química_orgánica/libro:_básico_principios_de_orgánico_ Química_ (Roberts_and_Caserio)/25:_Amino_Ácidos, _Péptidos, _y_Proteínas/25.02:_ácido-base_propiedades_de_a-amino_ácidos">Figura 25-1) cambio por ácido 6-aminohexanoico, que tiene\(K_a\) valores de p de 4.43 y 10.75? Prestar especial atención a la posición del punto isoeléctrico y al ancho del rango de pH sobre el cual se espera que el ión dipolar sea la especie más estable presente.

Ejercicio 25-4 Uso\ (\ alpha\) -Aminoácidos” mt-page-link-identifier="dbd707dbd3dd477990258e1c294229e3" href=” /librerías/química_orgánica/libro:_básico_principios_de_química_orgánica_ (Roberts_and_Caserio) /25:_Aminoácidos, _Péptidos, _y_proteínas/25.02:_propiedades_ácido-base_de_a-amino_ácidos"> Ecuaciones 25-1 y\ (\ alpha\) -Aminoácidos” mt-page-link-identifier="dbd707dbd3dd477990258e1c294229e3" href=” /librerías/química_orgánica/libro:_básico_principios_de_química_orgánica_ (Roberts_and_Caserio) /25:_Aminoácidos, _Péptidos, _y_proteínas/25.02:_propiedades_ácido-base_de_un_amino_ácidos">25-2 para mostrar que el punto isoeléctrico de la glicina es el promedio de los dos\(K_a\) valores de p para la disociación ácida de la glicina.

Ejercicio 25-5

a. Las ecuaciones para los equilibrios ácido-base de lisina en\ (\ alpha\) -Aminoácidos” mt-page-link-identifier="dbd707dbd3dd477990258e1c294229e3" href=” /librerías/química_orgánica/libro:_básico_principios_de_químicaorgánica _ (Roberts_and_caserio) /25:_Amino_Ácidos, _Péptidos, _y_Proteínas/25.02 :_ácido-base_propiedades_de_a-amino_ácidos">La sección 25-2 muestra posible implicación de tres formas de la monocación y tres formas del ácido neutro. Organizar las tres formas de cada conjunto en el orden de estabilidad esperado. Dale tu razonamiento.

b. El ácido conjugado de ácido glutámico (Cuadro 25-1) tiene tres etapas de disociación ácida con\(K_a\) valores de p de 2.19, 4.25 y 9.67. Escribir ecuaciones para los equilibrios involucrados y asignar\(K_a\) valores p a cada uno. Haga lo mismo para la arginina (Cuadro 25-1) con\(K_a\) valores de p de 2.17, 9.04 y 12.48. Calcular el punto isoeléctrico para el ácido glutámico y para la arginina.

Ejercicio 25-6 Indica las posiciones aproximadas\(\ce{C=O}\) y\(\ce{N-H}\) absorciones que esperarías en los espectros infrarrojos de (a)\(\overset{\ominus}{\ce{Cl}} \ce{H_3} \overset{\oplus}{\ce{N}} \ce{CH_2CO_2H}\) y (b)\(\ce{H_2NCH_2C} \overset{\ominus}{\ce{O_2}} \overset{\oplus}{\ce{Na}}\).

Ejercicio 25-7 Esboce el espectro de RMN mostrando el patrón de división y los cambios químicos que anticiparía para la alanina disuelta en exceso de\(\ce{D_2O}\). No descuidar el\(\ce{H-D}\) intercambio (Sección 9-10E y 9-10I).

Ejercicio 25-8 Las reacciones que conducen al color azul producen entre ninhidrina y\(\alpha\) -aminoácidos son ejemplos de reacciones discutidas previamente en el contexto de la química carbonílica (ver, por ejemplo, la Sección 16-4C). Escribir mecanismos, en la medida de lo posible basados en la analogía, para cada uno de los pasos involucrados en la prueba de ninhidrina, utilizando glicina como ejemplo. ¿Esperarías que el amoníaco o la metanamina le den el color azul? Explicar.

Ejercicio 25-9 Explica por qué la arginina eluye de una columna de intercambio iónico usando un tampón a pH 5-6, mientras que el ácido glutámico eluye a pH 3.

Ejercicio 25-10 Se puede preparar una resina de intercambio catiónico mediante polimerización por adición radical de fenileteno (estireno, Sección 10-8) en presencia de aproximadamente\(2\)\(10\%\) -1,4-dietenilbenceno (1,4-divinilbenceno), seguido de sulfonación electrófila del polímero resultante con\(\ce{H_2SO_4-SO_3}\) (ver Sección 22-4G). Explique cómo estas reacciones conducen a un polímero insoluble tridimensional con enlaces como se muestra a continuación. Indicar los mecanismos de reacción involucrados.

Ejercicio 25-11 Considera un agua “dura” compuesta de diluida\(\ce{MgCl_2}\). El intercambio iónico con resina\(\ce{-S} \overset{\ominus}{\ce{O_3}} \overset{\oplus}{\ce{Na}}\) reemplaza\(\ce{Mg^{2+}}\) con\(\ce{Na^+}\), y con resina\(\ce{-SO_3H}\),\(\ce{Na^+}\) es reemplazado por\(\ce{H^+}\), produciendo así una\(\ce{HCl}\) solución diluida. ¿Qué tipo de resina de intercambio iónico necesitaría para eliminar la\(\ce{Cl^-}\) de la\(\ce{HCl}\) solución y producir agua “desionizada”? (Considera intercambiar\(\ce{Cl^-}\) por\(\ce{^-OH}\).)

Ejercicio 25-12

a. Dibujar la estructura de la azlactona derivada de\(L\) -fenilalanina y anhídrido etanoico.

b. ¿Cuál de los hidrógenos de esta azlactona esperarías que sea el más ácido? Explicar.

c. ¿Por qué las azlactonas quirales derivadas de aminoácidos como la\(L\) fenilalanina racemizan fácilmente al calentarse en ácido etanoico en presencia de ion etanoato?

Ejercicio 25-13 Explicar por qué la glicina misma, como el ion dipolar, reacciona con el ácido nitroso para eliminar el nitrógeno, mientras que el éster etílico de la glicina forma diazoetanoato de etilo.

Ejercicio 25-14 Mostrar cómo se pueden preparar los siguientes aminoácidos a partir del método y materiales de partida indicados:

a. Ácido glutámico a partir del ácido 2-oxopentanodioico (ácido\(\alpha\) cetoglutárico) por el método Strecker

b. Leucina a partir de 2-metil-1-propanol por la síntesis de éster ftalimidomalónico

c. ácido aspártico a partir de cloroetanoato de etilo por síntesis de éster\(\ce{N}\) -formilaminomalónico

Ejercicio 25-15 Sugerir una ruta sintética a prolina a partir del ácido hexanodioico (ácido adípico) que implica las transformaciones\(\ce{-CO_2H}- \rightarrow \ce{-NH_2}\), y\(\ce{-CH_2CO_2H}\) para\(\ce{-CHBrCO_2H}\). Especificar los reactivos requeridos para realizar cada paso.

Ejercicio 25-16 La estructura del péptido hormonal oxitocina se abrevia a. Dibujar su estructura covalente completa.

Ejercicio 25-17 ¿Qué problemas se podrían encontrar al usar el método 2,4-dinitrofluorobenceno para la determinación de grupos terminales en Gly-Lys-Ala? Explicar.

Ejercicio 25-18 El tripéptido, la eisenina, tiene solo un grupo carboxilo libre, no reacciona con 2,4-dinitrofluorobenceno, y en la hidrólisis completa produce 2 moles de ácido\(L\) -glutámico, 1 mol de\(L\) -alanina y 1 mol de amoníaco. Se indica que la alanina es el aminoácido\(\ce{C}\) -terminal. Escribir una estructura para eisenine que esté de acuerdo con los hechos anteriores.

Ejercicio 25-19* La eledoisina es un péptido aislado de las glándulas salivales de eledone, un cefalópodo mediterráneo de ocho brazos. El péptido es un potente agente hipotensor. Deducir una posible estructura a partir de la siguiente información: (1) La hidrólisis completa da cantidades iguales de amoníaco, Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Pro y Ser. (2) No se pueden detectar grupos amino\(\ce{N}\) terminales libres o grupos carboxilo\(\ce{C}\) terminales libres. (3) Formas de hidrólisis de quimotripsina dos péptidos, L y M. Sus composiciones son

L = Ala, Asp, Glu, Lys, Phe, Pro, Ser (sin secuenciar)
M = Ile-Gly-Leu-Met\(\ce{NH_2}\) (secuenciado)

(En este punto deberías poder deducir la secuencia de cinco aminoácidos en el\(\ce{C}\) extremo -terminal de la eledoisina.) (4) La hidrólisis de tripsina da dos péptidos, P y Q, con las composiciones indicadas:

P = Pegamento, Lys, Pro, Ser
Q = Ala, Asp, Gly, Ile, Leu, Met, Phe

(En este punto, se pueden deducir dos posibles secuencias para Q.) (5) La hidrólisis de tripsina de L da un péptido de composición Ala, Asp, Phe que, con 2,4-dinitrofluorobenceno, da el derivado 2,4-dinitrofenilo del ácido aspártico. (6) La hidrólisis ácida parcial de eledoisina da varios dipéptidos, entre ellos Ser- Lys y Pro-Ser.

Ejercicio 25-20 Un hexapéptido fue sometido a las transformaciones que se esquematizan a continuación. (Las comas entre los aminoácidos indican que la secuencia es desconocida o no especificada). Deducir la estructura del hexapéptido.

Ejercicio 25-21 ¿Cómo podría un\(\ce{N}\) -acilaminoácido ópticamente puro racemizarse y conducir a\(\ce{N}\) -acilpéptidos racémicos como resultado de una reacción de acoplamiento peptídico en la que el grupo carboxilo del aminoácido se convirtió en un grupo anhídrido? (Revisar la Sección 25-5A.)

Ejercicio 25-22 Supongamos que hay\(1\%\) formación en cada paso del isómero incorrecto del componente acilante en una síntesis peptídica de 100 pasos por lo demás cuantitativa. ¿Cuál es el rendimiento del isómero polipeptídico deseado?

Ejercicio 25-23* Los siguientes son derivados de acilo que se sabe que reaccionan con aminas para dar aminas\(\ce{N}\) aciladas:

Organizar estos reactivos en el orden esperado de reactividad con el grupo amino libre de un péptido protegido con carboxilo,\(\ce{H_2N}-\) péptido\(\ce{-X}\), donde\(\ce{X}\) está el grupo protector de carboxilo. Da tu razonamiento e indica qué desventajas puede tener cada reactivo en cuanto a reacciones secundarias, subproductos indeseables, etc. Puede ser útil revisar las Secciones 18-7A y 24-3.

Ejercicio 25-24 Considerar dos vías para la síntesis de un tetrapéptido:

Si cada paso de acoplamiento procede en\(80\%\) rendimiento, ¿cuál de las dos rutas daría el mayor rendimiento global?

Ejercicio 25-25 Indicar los pasos que serían necesarios para unir cada uno de los aminoácidos enumerados al\(\ce{N}\) extremo -terminal de una cadena peptídica. Supongamos que cualquier función de cadena lateral en el péptido está adecuadamente protegida, pero no asuma que los aminoácidos se acoplarán con el péptido sin una protección adecuada de sus grupos funcionales.

a. lisina
b. ácido aspártico
c. cistina
d. serina

Ejercicio 25-26 Mostrar cómo se puede sintetizar cada una de las siguientes sustancias comenzando con los aminoácidos individuales. Indicar los reactivos necesarios en cada paso.

a. glutamilglicina (Glu-Gly)
b. Tyr-Ala-Val

Ejercicio 25-27* Una resina conocida como Sephadex que es útil en la filtración en gel se prepara a partir de un polisacárido que se reticula en una matriz tridimensional con “epiclorhidrina”,. El grado de reticulación determina el tamaño de poro del gel. Escribir ecuaciones, especificando las condiciones lo más cerca posible, para reacciones mediante las cuales una unidad de glucosa de una cadena de polisacárido podría unirse a la glucosa de otra cadena a través de una molécula de epiclorhidrina.

Ejercicio 25-28 La hemoglobina, la proteína responsable de transportar el oxígeno de los pulmones a los tejidos del cuerpo, contiene\(0.355\%\) hierro. Hidrólisis\(100 \: \text{g}\) de la hemoglobina da\(1.48 \: \text{g}\) de triptófano. Calcular el peso molecular mínimo de la hemoglobina que sea consistente con estos resultados.

Ejercicio 25-29 Diseñar una forma de utilizar una enzima hidrolítica estereoespecífica para la resolución de\(D\),\(L\) -alanina.

Ejercicio 25-30 La enzima proteolítica, la papaína, difiere de la quimotripsina en tener cisteína, o un derivado lábil de la misma, como parte de su sitio activo. La enzima es desactivada por sustancias que forman complejos con, o reaccionan con,\(\ce{-SH}\) grupos y la actividad es restaurada por reacciones esperadas para regenerar un\(\ce{-SH}\) grupo. Elaborar un mecanismo esquemático para la escisión de una cadena peptídica con papaína que implique la acilación del\(\ce{-SH}\) grupo crítico de papaína.

(Una de las características más interesantes de la papaína es que más de 100 de su total de 185 residuos de aminoácidos pueden eliminarse con la ayuda de una aminopeptidasa para dar un fragmento con considerable actividad enzimática).

Ejercicio 25-31 ¿Por qué se esperaría que el producto de adición intermedia de tiamina al ácido pirúvico se descarboxilara fácilmente? Apoye su respuesta por analogía; ver Sección 18-4.

Ejercicio 25-32 Escribir ecuaciones para una descomposición inducida por bases de la coenzima tiamina modificada, \(11\), a etanal y pirofosfato de tiamina.

Ejercicio 25-33

a. El equilibrio lactim-lactama de la 2-hidroxipirimidina se encuentra en el lado de la lactama, sin embargo, el equilibrio bencenol-ciclohexadienona se encuentra lejos del lado del bencenol (Sección 26-1). Explique qué factores hacen para la gran diferencia en las posiciones de estos dos equilibrios. (Las energías de enlace y la revisión de la Sección 24-1A pueden ayudar a mostrarle las diferencias entre estos sistemas.)

b. Utilizar energías de enlace para decidir si es probable que el siguiente equilibrio con 2-aminopirimidina sea más, o menos, favorable a la derecha que el equilibrio correspondiente \(19a\)\(\rightleftharpoons\)\(19b\). Dale tu razonamiento.

c. Mostrar cómo se podría utilizar el método de resonancia para predecir si la citosina o la 2-hidroxipirimidina tendrían la mayor tendencia a ser más estables en la lactama que en la forma láctica.

Ejercicio 25-34 Escribir ecuaciones para los pasos mecanicistas involucrados en la hidrólisis de adenina desoxirribonucleósido a desoxirribosa y adenina. ¿Esperaría que la reacción ocurriera más fácilmente en solución ácida, básica o neutra? (Revisión de la Sección 16-4C).

Ejercicio 25-35 En la síntesis de\(D\) 1-glucosilcitosina se han utilizado los siguientes pasos:

Escribe las estructuras de las diversas sustancias dadas, y un mecanismo tan detallado como puedas para la reacción del compuesto bromo con 2,4-dietoxipirimidina. ¿Esperaría que la reacción del tetraetanoato de 1-bromoglucosa con 2,4-dietoxipirimidina produzca cantidades significativas de 6-etoxi-1- (tetraetanoil-\(D\) -glucosil) -2-pirimidona? Dale tu razonamiento.

Ejercicio 25-36 La enzima, acetoacetato descarboxilasa, convierte el ácido 3-oxobutanoico (acetoacético) en 2-propanona y dióxido de carbono. La investigación de la naturaleza del sitio catalíticamente activo ha sido llevada a cabo por F. Westheimer y sus compañeros de trabajo con los siguientes resultados. Primero, el ácido 3-oxobutanoico marcado con\(\ce{^{18}O}\) en el grupo cetona y descarboxilado en agua ordinaria en presencia de la enzima da 2-propanona que no contiene\(\ce{^{18}O}\). Segundo, el complejo enzima-sustrato se combina con cianuro de hidrógeno y se detiene la descarboxilación. Sin embargo, si se dializa una solución del complejo enzima-sustrato desactivado con cianuro de hidrógeno (es decir, se coloca en una bolsa de celofán sumergida en agua corriente para permitir la separación de materiales solubles en agua de bajo peso molecular de la enzima por difusión a través del celofán; péptidos y proteínas que tienen pesos moleculares mayores de 6000 a 10,000 no se difunden a través de celofán), luego la enzima se recupera completamente activa. Tercero, el agente reductor suave borohidruro de sodio, que reacciona con\(\ce{C=N}\) pero no\(\ce{C-N}\) con grupos amida carbonilo, reduce el complejo enzima-sustrato hecho de ácido 3-oxobutanoico\(\ce{^{14}C}\) marcado para dar un producto que no es enzimáticamente activo y que retiene esencialmente todos los\(\ce{^{14}C}\) en diálisis sin regenerar la enzima. El tratamiento con borohidruro de sodio del complejo enzima-sustrato-cianuro de hidrógeno seguido de diálisis regenera la enzima completamente activa. La reducción con borohidruro del complejo enzima-sustrato, preparado a partir de ácido 3-oxobutanoico marcado en las posiciones 2 y 4 con\(\ce{^{14}C}\), seguido de hidrólisis completa, da 1 mol de ácido\(\ce{N}\) - (2-propil-\(\ce{^{14}C}\) -amino) -2-aminohexanoico.

Escribir un mecanismo paso a paso para la descarboxilación inducida por enzimas, indicando claramente la naturaleza de la unión entre el sustrato y la enzima. Muestre cómo su mecanismo puede acomodar la inhibición del cianuro de hidrógeno y los resultados de las reacciones de borohidruro. Utilizar los resultados de la discusión sobre la facilidad de descarboxilación de diversos ácidos en la Sección 18-4 para deducir posibles requisitos estructurales para el sitio activo de manera que la descarboxilación del complejo enzima-sustrato pueda ocurrir más fácilmente que la descarboxilación no catalizada.

Ejercicio 25-37 La Figura 25-29 muestra un espectro de\(\ce{^{13}C}\) RMN inusualmente bien resuelto de la enzima lisozima (Cuadro 25-3 y Figura 25-15) tomada con desacoplamiento de protones. Los picos estrechamente espaciados en el lado izquierdo del espectro son de los grupos carbonilo. Los picos en el centro son de carbonos insaturados y aromáticos, mientras que los de la derecha son de los carbonos de aminoácidos alifáticos. Las cinco resonancias agudas marcadas aproximadamente\(110 \: \text{ppm}\) con * surgen de carbonos de triptófano marcados con * en\(22\):

a. ¿Cuántos residuos de triptófano indica el\(\ce{^{13}C}\) espectro que están presentes en la lisozima?

b. La lisozima contiene\(\ce{S-S}\) enlaces, y cuando estos\(\ce{S-S}\) enlaces se escinden por reducción, las resonancias marcadas con * en la Figura 25-29 tienen diferencias de desplazamiento químico mucho más pequeñas. Explique por qué esto podría ser así.

Figura 25-29: Espectro de RMN de carbono-13 a\(45.3 \: \text{MHz}\) de lisozima,\(0.015 \: \text{M}\) en solución acuosa, tomada con desacoplamiento de protones (Sección 9-10L).

Colaboradores

• John D. Robert and Marjorie C. Caserio (1977) Basic Principles of Organic Chemistry, second edition. W. A. Benjamin, Inc. , Menlo Park, CA. ISBN 0-8053-8329-8. This content is copyrighted under the following conditions, "You are granted permission for individual, educational, research and non-commercial reproduction, distribution, display and performance of this work in any format."