Материал: Лекция Аминокислоты, белки
Лекция |
Лектор – доцент Гейн Л.Ф. |
Аминокислоты
Аминокислоты являются структурными блоками белков. Аминокислоты содержат две функциональные группы: карбоксильную группу СООН и аминогруппу NH2.
В зависимости от расположения NH2 группы в цепи различают α – , β –, γ– аминокислоты.
|
CH2COOH |
CH3 |
|
CHCOOH |
|
CH2CH2COOH |
|
CH2CH2CH2COOH |
|
|
|
|
|||||
NH2 |
|
|
|
NH2 |
|
|
||
NH2 |
NH2 |
|||||||
Глицин |
α-аланин |
β-аланин |
γ-аминомасляная |
|||||
|
CH2COOH |
CH3 |
|
CHCOOH |
|
CH2CH2COOH |
||
|
|
|
||||||
NH |
|
|
|
|
NH2 |
|||
2 |
NH2 |
|||||||
|
|
|
|
|||||
Глицин |
α–аланин |
β–аланин |
||||||
CH2CH2CH2COOH
NH2
γ– аминомасляная кислота
В состав белков входят только α- аминокислоты. Всего их 20, они отличаются радикалом. Общая формула аминокислот:
R-CHCOOH
NH2
Молекулы аминокислот хиральны, имеют хиральный центр и существуют в виде 2-х энантиомеров, все кроме глицина. Например, α–аланин:
|
COOH |
|
|
COOH |
|
|
COOH |
|
|
|
COOH |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
* |
NH |
|
H N |
|
* |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
H |
|
* NH |
2 |
H N * H |
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
R |
|
CH3 |
|
|
CH3 |
||||||||
D-amino acid |
L-amino acid |
D-alanine |
|
L-alanine |
|||||||||||||
|
COOH |
|
|
COOH |
|||
H |
|
|
NH2 |
H2N |
|
|
H |
|
|
|
|
||||
|
|
||||||
|
CH3 |
|
CH3 |
||||
D-аланин |
L-аланин |
||||||
Принадлежность изомеров к D- или L-ряду определяется по конфигурационному стандарту, D- глицериновому альдегиду сравнением конфигурации хирального центра (С*) аланина и конфигурации хирального центра (С*) D- глицеринового альдегида. Если положение NH2 группы аминокислоты совпадает с положением ОН группы D- глицеринового альдегида – это D-аномер. Природные α- аминокислоты относятся к L-ряду, и только они входят в состав природных белков
Классификция аминокислот
1.По строению радикала.
Алифатические.
Hейтральные (моноаминомонокарбоновые, СООН, NH2): глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин
Кислые (моноаминодикарбоновые,2 СООН, NH2): аспарагиновая, глутаминовая
Основные (диаминомонокарбоновые, СООН, 2 NH2): аргинин, лизин
Оксисодержащие (ОН):серин, треонин
Серусодержащие (Н): цистеин, метионин
-Ароматические а/к, их две: фенилаланин, тирозин
-Гетероциклические а/к, их три: гистидин, триптофан, пролин
2.По характеру радикала
Гидрофобные а/к с неполярным радикалом, нерастворимые в воде: вал, лей, иле, фен
Гидрофильные а/к с полярным радикалом, растворимые в воде: асп, глу , тир, лиз,арг и др
3. По частоте обнаружения в белках
Постоянно встречающиеся в белках: это все 20 а/к
Редко встречающиеся в белках, например: оксилизин, оксипролин.
Не встречающиеся в белках, например, β –, γ– аминокислоты. Такие как орнитин, β-аланин , γ-аминомасляная.
4.По способности синтезироваться в организме
Заменимые а/к - синтезируются в организме из метаболитов углеводного обмена, их 10: ала, асп, глу, сер, гис и др.
Незаменимые а/к не синтезируются в организме, должны поступать с пищей, их 8: вал, лей, иле, тре, лиз, мет, фен, три.
Условнозаменимые, синтезируются из незаменимые а/к, их 2: цистеин, тирозин.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
1.Кислотно-основные свойства (амфотерные)
А/к – это амфотерные соединения, имеют и кислотную группу СООН, и основную NH2, взаимодействуют и с кислотами , и со щелочами
|
|
NaOH |
R-CH-COONa |
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
R-CH-COOH |
|
NH2 |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
HCL |
R-CH-COOH |
||||
|
|
|||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
+ |
_ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
NH3 |
Cl |
||
α– Аминокислоты образуют внутрикомплексные соли с ионами тяжелых металлов (Cu+2, Pb+2) . Реакция с ионом меди - качественная реакция на все
α– аминокислоты.
|
|
|
|
|
COOH + Cu 2+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
CH |
|
|
R |
|
CH |
|
|
C |
O |
Cu |
|
|
NH2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
NH2 |
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
CH |
|
R |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
||||||
Раствор синего цвета
|
NH2 |
O |
O |
|
|
H2C |
|
|
copper (II) complex of glycine |
||
Cu |
|
|
|||
|
CH |
|
dark blue |
||
|
O |
H N |
2 |
||
O |
|
|
|||
|
|
|
|||
|
2 |
|
|
|
|
Раствор синего цвета
В водных растворах α–аминокислоты существуют в виде биполярного иона , карбоксильная группа отдает протон, а аминогруппа присоединяет протон
R |
|
|
R |
_ |
||
|
|
|
|
|
||
HC |
|
COOH |
HC |
|
COO |
|
|
|
|
||||
|
+NH3 |
|
||||
H2N |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Биполярный ион
В зависимости от рН среды биполярный ион может либо присоединять протон, либо отдавать протон, образуя катионную или анионную форму.
NH3+ |
|
|
|
|
|
H+ |
|
|
|
|
|
COO |
|
H+ |
|
COO |
||||||||
|
CH |
|
COOH |
|
|
|
NH3+ |
|
|
CH |
|
|
|
|
NH2 |
|
CH |
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
+H |
+ |
|
+H |
+ |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
R |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
R |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
катионная форма |
|
|
|
диполярный ион |
|
|
|
анионная форма |
||||||||||||||||
pH 1.0 Сильнокислая среда |
|
|
pI 6.0 |
Сильнощелочная среда pH 11.0 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Состояние, когда молекула α–аминокислоты электронейтральна (биполярный ион), называется изоэлектрическое состояние, а рН среды, при котором α–аминокислота находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрическая точка, рI. У нейтраьных аминокислот она лежит в нейтральной среде, например, рI аланина= 6,0.
В растворе аминокислоты существуют в виде равновесной смеси всех форм, в кислой среде преобладает катионная форма, в щелочной – анионная. В организме α–аминокислоты находятся преимущественно в ионном состоянии, что соответствует лучшей растворимости и биологической активности
2.Свойства аминокислот, обусловленные карбоксильной группы
- Образование амидов аспарагиновой и глутаминовой кислот.
|
|
NH3 |
a |
||
HOOC- |
|
CH-CH2-CH2-COOH |
HOOC- |
|
CH-CH2-CH2-CONH2 + HOH |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
NH2 |
NH2 |
||||
glutamic acid |
|
|
glutamine |
||
Глутаминовая кислота |
глутамин |
||||
Реакция протекает в организме (in vivo) и играет важную роль:
Это образование постоянно встречающихся в белках аминокислот – аспарагина и глутамина
Один из путей обезвреживания токсичного аммиака, которого образуется много в нервной ткани, мозгах, где процессы метаболизма протекают особенно интенсивно
Это транспортная форма аммиака в печень и почки, где он выводится в виде мочевины или аммонийных солей
-Одна из биологически важных реакций, это реакции декарбоксилирования – это отщепление карбоксильной группы в виде углекислого газа с образованием биогенных веществ (БАВ – биологически активные вещества). Все аминокислоты подвергаются этому превращению. Например:
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
HOOC- |
|
CH-CH2-CH2-COOH |
|
|
CH2-CH2-CH2-COOH + |
CO2 |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глутаминовая кислота γ – аминомасляная кислота – нейромедиатор |
||||||||||||||||||||||||||
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
CH2 |
|
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2 |
|
CH2 |
|
NH2 + CO2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
COO |
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
NH2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
|||||||||||||
|
гистидин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гистамин |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
участник аллергических реакций в организме |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
а/к серин → |
|
коламин (аминоспирт) |
|
|||||||||||||||||||||||
|
5-окситриптофан |
→ серотонин |
(амин счастья) |
|
|||||||||||||||||||||||
3. Свойства аминокислот, обусловленные аминогруппой