Классификация аминокислот
1). По характеру углеводородного радикала: алифатические, ароматические, гетероциклические, серосодержащие и др.:
изолейцин (Ile) β-фенил-α-аланин (Phe)
α-амино-γ-метилвалериановая кислота (рац.) α-амино-β-фенилпропионовая кислота (рац.)
2-амино-4-метилпентановая кислота (IUPAC) 2-амино-3-фенилпропановая кислота(IUPAC)
(алифатическая) (ароматическая)
триптофан (Тrp) цистеин (Cys)
2-амино-3-(3'-индолил) пропановая 2-амино-3-меркаптопропановая
кислота (IUPAC) (гетероциклическая) кислота (IUPAC) (серосодержащая)
2). По количеству карбоксильных групп: одноосновные, двухосновные и т.д.:
аланин аспарагиновая кислота
α-аминопропионовая кислота (рац.) α-аминоянтарная кислота (рац) аминопропановая кислота (IUPAC) 2-аминобутандиовая кислота (IUPAC)
(одноосновная) (двухосновная)
3). По количеству аминогрупп: моноамино-, диаминокарбоновые кислоты и т.д.
валин лизин
α-аминоизовалериановая кислота (рац.) α,ε-диаминокапроновая кислота (рац.)
2-амино-3-метилбутановая кислота (IUPAC) 2,6-диаминогексановая кислота (IUPAC)
4). По характеру углеводородного радикала: с неполярными боковыми групп-
пами (Gly, Ala, Leu, Ile, Met, Phe, Pro, Trp, Val); с полярными нейтральными
боковыми группами (Asn, Gln, Ser, Cys, Thr, Tyr); с кислотными боковыми
группами (Asp, Glu); с основными боковыми группами (Arg, His, Lys).
5). По взаимному расположению функциональных групп: α-, β-, γ-…
γ β α δ γ β α
α-аминовалериановая кислота (рац.) β-аминовалериановая кислота (рац.)
2-аминопентановая кислота (IUPAC) 3-аминопентановая кислота (IUPAC)
6). По типу аминогруппы – с первичной, вторичной, третичной аминогруппой:
глицин N-метилглицин N,N-диметилглицин аминоуксусная кислота (рац.) N-метиламиноуксусная N,N-диметламиноуксусная аминоэтановая кислота (IUPAC) кислота кислота
Все живые организмы различаются по способности синтезировать аминокислоты,необходимые для биосинтеза белков. В организме человека часть аминокислот синтезируется (заменимые), другие должны доставляться с пищей (незаменимые). Жизнедеятельность человека обеспечивается ежеднев-ным потреблением с пищей 8 незаменимых a-аминокислот: валина, лейцина, изолейцина, лизина, метионина, фенилаланина, треонина, триптофана и двух частично заменимых (аргинина и гистидина).
Номенклатура, изомерия.Для наименования аминокислот применяются тривиальные названия и буквенные сокращенные символы. По рациональной номенклатуре аминокислоты рассматривают как производные соответствую-щих карбоновых кислот, положение аминогруппы указывается буквами a, b, g и т. По IUPAC группу NH2 называют приставкой «амино» с указанием цифрой номера углеродного атома, с которым она связана, затем следует название соответствующей кислоты. Нумерацию главной цепи осуществляют от углеродного атома карбоксильной группы. Для аминокислот характерна структурная изомерия, связанная с особенностями строения углеродного скелета и взаимным расположением групп, и пространственная (оптическая) изомерия, связанная с наличием асимметрических углеродных атомов.
Физические свойства.a-Аминокислоты – кристаллические вещества белого цвета. Они растворяются в воде с образованием электролитов, плохо – в спирте, не растворяются в эфире. Аминокислоты в твердом и растворенном состоянии имеют биполярное строение, поэтому обладают высокой т.пл.
Амфотерность –способностьa-аминокислот диссоциировать в водном растворе по типу кислоты и основания из-за наличия в их составе групп кислотного (СООН) и основного (NH2) характера. Аминокислоты существуют в виде равновесной смеси биполярного иона, катионной и анионнойформ,равновесие которых зависит от рН среды:
Катионная форма Биполярный ион Анионная форма
Сильнокислая среда Сильнощелочная среда
рН 1,0 рН 7,0 рН 11,0
Катионные формы преобладают в кислых средах, анионные - в щелочных. Значение рН, при котором концентрация диполярных ионов максимальна, а минимальные концентрации катионных и анионных форм a-аминокислоты равны, называется изоэлектрической точкой(pI). В ней суммарный заряд молекулы равен нулю. Биполярные ионы не перемещаются в электрическом поле. При рН ниже рI катион a-аминокислоты (аммониевая форма) движется к катоду; при рН выше, чем pI, карбоксилат-анион аминокислоты перемещается к аноду. На этом основано разделение аминокислот методом электрофореза.
Нейтральные а-аминокислоты имеют рI несколько ниже 7,0 (5,5-6,3) из-за большей ионизации карбоксильной группы под влиянием -Iэфф +NH3 –группы:
катион биполярный ион анион
Кислые а-аминокислоты,имеющие в радикале дополнительную карбоксильную группу, в сильнокислой среде находятся в полностью протонированной форме :
Основные а-аминокислоты имеют изоэлектрическую точку выше рН 7. В сильнокислой среде они также представляют собой трехосновные кислоты, этапы ионизации которых выглядят следующим образом:
Стереохимия.Аминокислоты, кроме глицина, имеют асимметрический атом C, поэтому могут существовать в виде двух энантиомеров. Если в проекционной формуле Фишера аминогруппа, по аналогии с глицериновым альдегидом, расположена справа, то это D-изомер, если слева –L-изомер. По R,S-системе обозначений α-углеродный атом у всех α-аминокислот D-ряда имеет R-конфигурацию, у L-ряда – S-конфигурацию. У аминокислот L-ряда, если рассматривать хиральный атом со стороны атома H, группы NH3+, COO- и R расположены по часовой стрелке, у аминокислот D-ряда – против часовой стрелки.
L-аминокислота (R-конфигурация) D-аминокислота (S-конфигурация)
Треонин, изолейцин, гидроксипролин содержат два асимметрических С-атома. Эти аминокислоты могут образовывать четыре диастереомера, два из которых принадлежат к L-ряду:
L-треонин L-алло-треонин D-треонин D-алло-треонин
L-изолейцин L-алло-изолейцин D-изолейцин D-алло-изолейцин
Появление заместителя -ОН в пирролидиновом кольце пролина также приводит к образованию алло-форм, в которых гидроксильная и карбонильная группы находятся в цис-положении:
L-гидроксипролин L-алло- D-гидроксипролин D-алло-
гидроксипролин гидроксипролин
Природные α-аминокислоты принадлежат L-ряду. Аминокислоты D-ряда входят в состав некоторых биологически активных олигопептидов таких антибиотиков, как грамицидин, актиномицин. D-изомеры, как правило, не усваиваются организмом человека.
Способы получения
Природные α,L-аминокислотыполучают кислотным, щелочным или ферментативным гидролизом белоксодержащего сырьяв видесмесей, которые разделяют электрофорезом или методом ионной или другой хроматографии.
Синтетические аминокислотыполучают различными методами, приводящими обычно к выделению оптически недеятельных препаратов в виде рацемической смеси.
Способы синтеза a-аминокислот
1. Аминирование a-галогенкарбоновых кислот (по Габриэлю):
2. Из карбонильных соединений (синтез Штреккера):
В реакцию вступают алифатические, алициклические и ароматические альдегиды и кетоны. Замещение гидроксильной группы в циангидрине под действием аммиака обеспечивается наличием по соседству сильной электроотрицательной цианогруппы. При использовании вместо аммиака первичных аминов образуются N-замещенные α-аминокислоты.
Способ является модификацией синтеза Штреккера по Тимману. В классическом методе Штреккера вначале проводят реакцию с аммиаком, а затем с HCN. Вместо HCN используют NaCN в фосфатном буферном растворе или смесь NaCN с NH4Cl (метод Зелинского-Стадникова).
3. Восстановительное аминирование a-оксокислот:
4. Синтезы a-аминокислот на основе малонового, ацетоуксусного, циануксусного и нитроуксусного эфиров
Пример 1 – Синтез лизина на основе малонового эфира:
Пример 2 – Синтез лейцина на основе малонового эфира:
Пример 3 – Синтез аминокислот аминированием производных натрий-малонового эфира с хлорамином:
Пример 4 – Синтез аминокислот с использованием эфиров нитро- уксусной кислоты
Пример 5 – Синтез a-аминокислот на основе цианоуксусного эфира с использованием метода Курциуса:
хлоргидрат валина
Пример 6 – Синтез a-аминокислот на основе ацетоуксусного эфира:
Пример 7 – Синтез a-аминокислот на основе ацетоуксусного эфира с солями диазония (метод Фиофилактова):
5. Синтез глутамина из глутаминовой кислоты включает получение медного комплекса по реакции с Сu(ОН)2, последующей обработкой комплекса аммиаком и его разрушения, например, действием сероводорода.
Способы синтеза b-аминокислот:
1. Аминирование b-галогензамещенных кислот:
2.Восстановительное аминирование b-кетокислот:
3. Аминирование α,β-непредельных карбоновых кислот:
4. Синтез по Родионову:
Способ синтеза ω-аминокислотзаключается в аминировании продуктов теломеризации этиленапо схеме:
Способ синтеза ε-аминокапроновой кислотыоснованный на перегруппировке Бекмана оксима циклогексанона под действием серной кислоты, с последующим гидролизом образовавшегося ε-капролактама:
Дата добавления: 2017-09-19; просмотров: 2395;