Аминокислоты: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 19: "Аминокислоты. Белки"

Аминокислоты – бифункциональные органические соединения, содержащие одновременно аминогруппу и карбоксильную группу. В зависимости от взаимного расположения этих функциональных групп различают \alpha , \beta и \gamma -аминокислоты. Греческая буква обозначает удалённость аминогруппы от карбоксильной группы. Мы остановим наше внимание на \alpha -аминокислотах, поскольку представители этого семейства играют важную биологическую роль. Общая формула \alpha -аминокислот:

19image1 Для построения белков природа использует 20 (точнее, 22) \alpha -аминокислот. Такие аминокислоты называются протеиногенными или каноническими. За исключением простейшей аминокислоты – глицина – все канонические аминокислоты являются хиральными. Оптически активные протеиногенные аминокислоты относятся к L-ряду.

19image2 В основе классификации природных \alpha -аминокислот лежит природа боковой группы – заместителя R . По полярности бокового радикала существуют неполярные и полярные аминокислоты.

Неполярные аминокислоты – это аминокислоты, боковой радикал которых обладает гидрофобными свойствами. В зависимости от строения бокового заместителя данное семейство аминокислот можно разделить на две группы: алифатические и ароматические неполярные аминокислоты.

К алифатическим неполярным аминокислотам относятся аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин и пролин.

19image3 К ароматическим неполярным аминокислотам принадлежат фенилаланин и триптофан.

19image4 Полярные аминокислоты – группа аминокислот, боковой радикал которых содержит гидрофильные участки. По наличию заряду среди полярных аминокислот различают незаряженные, отрицательно заряженные и положительно заряженные аминокислоты.

К полярным незаряженным аминокислотам относятся аминокислоты, содержащие гидроксильную группу (серин, треонин, тирозин), амидную группу (аспарагин, глутамин), тиольную группу (цистеин) и глицин.

19image5 Полярными отрицательно заряженными аминокислотами являются аспарагиновая и глутаминовая кислоты, а полярными положительно заряженными аминокислотами – лизин, аргинин и гистидин.

19image6 Химические свойства

Кислотно-основные свойства. Водные растворы аминокислот имеют нейтральную щелочную или кислую среду в зависимости от числа функциональных групп в молекуле. Поскольку аминокислоты содержат и кислотную, и основную функциональные группы, они обладают амфотерными свойствами и существуют в водных растворах в виде цвиттер-ионов.

19image7 Цвиттер-ионы представляют собой электронейтральные частицы. Понижение pH приводит к превращению цвиттер-иона в катионную форму, повышение pH – к образованию анионной формы.

19image8 Каждая \alpha -аминокислота имеет значение pH, при котором концентрация цвиттер-ионной формы максимальна. Такое значение называется изоэлектрической точкой и обозначается pI. При pH=pI аминокислота обладает рядом специфических свойств. Отметим следующие:

растворимость аминокислоты в воде минимальна, поскольку цвиттер-ион имеет менее благоприятные условия для сольватации, нежели два отдельных иона;

электропроводность раствора аминокислоты незначительна, так как суммарный заряд цвиттер-иона равен нулю.

Реакции по аминогруппе:

Взаимодействие с кислотами. Подобно аминам, аминокислоты взаимодействуют с кислотами:

H_2N--CH_2--COOH + HCl \longrightarrow Cl[H_3N--CH_2--COOH] Алкилирование. При взаимодействии аминокислот с алкилирующими агентами в присутствии оснований образуются продукты N-алкилирования.

Ацилирование. Ацилирование аминогруппы протекает достаточно легко под действием различных ацилирующих агентов:

19image10 Взаимодействие с азотистой кислотой. Свободные аминокислоты как и первичные алифатические амины, реагируют с азотистой кислотой с выделением азота, то есть подвергаются дезаминированию:

19image11 Реакции по карбоксильной группе:

Взаимодействие с металлами, оксидами металлов, основаниями. Уподобляясь карбоновым кислотам, аминокислоты взаимодействуют с металлами, оксидами, щелочами, образуя ионные соли:

H_2N--CH_2--COOH + NaOH \longrightarrow H_2N--CH_2--COONa + H_2O Реакция этерификации. Реакцию осуществляют действием сухого хлороводорода на смесь безводного спирта и аминокислоты. Сложный эфир получают в виде соли, которую разрушают действием основания:

19image12 Помимо этого, в определённых условиях возможны различные способы активации карбоксильной группы, способствующие взаимодействию аминокислоты с кислородными и азотными нуклеофилами.

Взаимодействие с Cu(OH) _2 . Аминокислоты растворяют свежеосаждённый гидроксид меди(II) с образованием тёмно-синего раствора. Аналогичный процесс комплексообразования с участием пептидов и белков называется биуретовой реакцией.