Intramolekulare Wasserstoffbrücken in Aminosäuren.

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-Aminobuttersäure ist physiologisch wichtig als inhibitorische Neurotransmittersubstanz; aus diesem Grund hat sie eine oft verwendete Abkürzung erhalten: GABA (= Gamma Amino Butyric Acid). Die Neutralform von GABA bildet insgesamt vier Konformere mit O-H···N Wasserstoffbrücken, die zwei Enantiomerenpaare bilden. Eines dieser Enantiomerenpaare hat eine Geometrie vom Umschlagtyp, in der die COOH-Gruppe, das Stickstoffatom, und die Kohlenstoffatome und ungefähr in einer Ebene liegen; das andere hat die Kohlenstoffatome und außerhalb der Ebene, die durch die COOH-Gruppe, das Kohlenstoffatom und das Stickstoffatom gebildet wird. Die Wasserstoffbrücken sind in diesen beiden Paaren unterschiedlich stark: stärker im erstgenannten Paar, schwächer im letztgenannten. Die Überlappung der Kalotten in den Abbildungen zeigt die unterschiedliche Stärke sehr gut.

So wie in Glycin und -Alanin sind die wasserstoffbrückengebundenen Konformere nicht die globalen Minima der Potenzialfläche. Die Struktur des globalen Minimums von GABA ist analog zu der von -Alanin: die COOH-Gruppe und die Kohlenstoffatome und liegen in einer Ebene, das Kohlenstoffatom ragt aus dieser heraus, und die Aminogruppe ist zur Carbonylgruppe hin orientiert. So wie in -Alanin ist die daraus resultierende Wechselwirkung zwischen Carbonylsauerstoffatom und dem Wasserstoffatom der Aminogruppe keine Wasserstoffbrücke.

Die Potenzialfläche von GABA enthält 62 symmetrie-eindeutige Energieminima; unter diesen ist ein einziges, das eine N-H···O=C Wasserstoffbrücke ausbildet. Die Geometrie dieses hochenergetischen Konformeren, das die COOH-Gruppe in der energetisch ungünstigen trans-Orientierung hat, ist neben diesem Absatz gezeigt. Bemerkenswerterweise sind dieses Konformer, sein Enantiomeres und die Konformere mit der starken N···H-O Wasserstoffbrücke die einzigen wasserstoffbrückengebundenen Konformere in der GABA-Potenzialfläche.

Analog zu -Alanin gibt es auch für GABA Reaktionswege, die die O-H···N Wasserstoffbrücke intakt lassen. Im Falle von GABA sind es zwei energetisch unterschiedliche Reaktionswege, die die verschiedenen wasserstoffbrückengebundenen Konformere in einem geschlossenen Zyklus A-B-a-b-A ("a" und "b" bezeichnen die Spiegelbilder) verbinden. Jedes dieser Konformere hat daher die "Wahl" zwischen zwei verschiedenen wasserstoffbrückenerhaltenden Wegen. Im Unterschied zu 3-Aminopropanol, wo es einen analogen Reaktionszyklus gibt, haben diese Reaktionen in GABA für die wasserstoffbrückengebundenen Konformere jeweils die kleinsten Potenzialbarrieren.

-Alanin.
© Publikationen (unsere und ausgewählte andere).
-Aminopentansäure.

Arbeitsbereich Quantenchemie.

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