Химические свойства a–аминокислот.

1) Образование солей по кислотному и основному центрам (амфотерность a–аминокислот).

+ NaOH R – CH – C – ONa + H₂O

R – CH – C – OH (соль)

к.ц. + HCl R – CH – COOH

о.ц.

(соль)

2) С катионами тяжелых металлов Hg, Pb, Cd, Cu… a–аминокислоты как бифункциональные соединения образуют внутрикомплексные соли (хелаты), которые понижают растворимость a–аминокислот.

Реакция с Cu²⁺ является качественной на a–аминокислотный фрагмент – образуется комплекс синего цвета.

3) Свойства по группе –СООН:

а) образование амидов

S_N(H⁺)

R – CH – C – OH + H – N – X R – CH – C – N – X + H₂O

амидная связь

X – остаток другой a–аминокислоты, алифатический или ароматический радикал.

Амидная связь прочная, гидролизуется только в сильнокислой или сильнощелочной среде. Амидной связью соединены остатки a–аминокислот в пептидах и белках.

б) образование эфиров

HCl сух. + NH₃ ­

R – CH – C – OH + H – OCH₃ R – CH – C – O – CH₃ R – CH – C – O – CH₃

– Н₂О – NH₄Cl

смесь a–аминокислот сложно-эфирная связь

Реакция этерефикации обратима. Для выделения свободных эфиров смесь обрабатывают газообразным аммиаком. Все реактивы должны быть безводными. Эфиры не имеют биполярного строения и, в отличие от a–аминокислот, не растворяются в воде, а растворяются в органических растворителях. Эфиры летучи. Это используют для разделения a–аминокислот путем эфирной перегонки их метиловых эфиров (предложена Фишером в 1901 году).

в) декарбоксилирование (удаление группы –СООН из a–аминокислотного фрагмента) «in vivo» идет под действием ферментов декарбоксилаз и кофермента пиридоксальфосфата. В результате образуются биогенные амины. Декарбоксилирование возможно из-за электроноакцепторного влияния –NH₃⁺ в a–положении.

фермент

– СН₂ – СН – СОО^– – СН₂ – СН₂ – NH₂

– СО₂

Гистамин – биогенный амин, имеет отношение

гистидин к аллергическим реакциям организма.

фермент

– СН – СОО^– – СН₂ – СН₂ – NH₂

– СО₂

Триптофан Триптамин токсичен

фермент a b g

НООС – СН₂ – СН₂ – СН – СОО^– НООС – СН₂ – СН₂ – СН₂ – NH₂

– СО₂ g–аминомасляная (ГАМК) является

Глутаминовая нейромедиатором головного мозга.

ГАМК под названием гаммалон или аминалон применяется при лечении нервно-психических заболеваний. При нагревании ГАМК подобно g–оксикислотам подвергается внутримолекулярной циклизации с образованием лактама. Лактамы – это циклические амиды, гидролизуются в кислой и щелочной среде.

t^o

–H₂O g-бутиро лактам (пирролидон–2)

На основе пирролдиона–2 синтезированы замещенные по N лактамы:

пирацетам (ноотропил) – поливинилпирролидон –

влияет на мышление эффективный заменитель плазмы крови

Для незамещенных по N лактамов характерна лактам–лактимная таутомерия – динамическое равновесие между лактамной и лактимной формой, вызванное свободной обратимой миграцией Н между N и О в фрагменте цикла – N – C –

лактам лактим

4) Свойства a–аминокислот по группе –NH₂:

А) образование оснований Шиффа (иминов) с альдегидами (присоединение – отщепление).

d–

d+ A_N Е

R – C + H – N – CH – COOH R – C – N – CH – COOH

– Н₂О

альдегид a–аминокислота карбиноламины неустойчивы

R – CH = N – CH – COOH Имин (основание Шиффа)

Реакция с формальдегидом лежит в основе количественного определения a–аминокислот методом формального титрования (метод Серенсена). Амфотерный характер a–аминокислот не позволяет проводить их титрование щелочью. При взаимодействии a–аминокислот с формальдегидом получаются относительно устойчивые карбиноламины, свободную карбоксильную группу которых титруют щелочью.

d–

d+ +NaOH

H – C + H – N – CH – COOH CH₂ – N – CH – COOH CH₂ – N – CH – COONa

– H₂O

формальдегид a–аминокислота устойчивый карбиноламин натриевая соль

a–аминокислоты

б) дезаминирование (удаление NH₂–группы) – важная реакция организма. Так снижается избыток a–аминокислот в организме. (Пути образования NH₃ в организме).

Неокислительное (без О₂) дезаминирование «in vivo» встречается в грибах, бактериях, ведет к образованию непредельных a- и b- кислот.

аспартаза

НООС – СН – СН – СООН С = С

аспарагиновая фумаровая кислота

Окислительное дезаминирование «in vivo» идет с участием дегидрогеназ и кофермента НАД⁺ или НАДФ⁺ и ведет к образованию токсического NH₃, который включается в организме в цикл мочевины.

ф-т + Н₂О

R – C – COOH + НАД⁺ НАДН + Н⁺ + R – C – COOH R – C – COOH + NH₃

окислен. восстан.

a–аминокислота форма форма a–иминокислота a–оксокислота аммиак

Дезаминирование «in vitro» с азотной кислотой (HNO₂) используют для количественного определения a–аминокислот (метод Ван-Слайка).

R – CH – COOH + HNO₂ R – CH – COOH + H₂O + N₂­

a–аминокислота a–гидроксикислота по количеству N₂ судят о

количестве a–аминокислоты

5) Специфические реакции a–аминокислот «in vivo». Некоторые a–аминокислоты, находясь в составе белков, подвергаются химической модификации, которая связана с изменениями радикала. Чаще всего это окислительные процессы.

А) гидроксилирование – введение в боковой радикал ОН–группы. Например, в молекуле белка коллагена идет гидроксилирование лизинового остатка гидроксилаза

NH₂ – CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ – + O₂ + НАДН + Н⁺

радикал лизина в молекуле коллагена

NH₂ – CH₂ – CH – CH₂ – CH₂ – + НАД⁺ + Н₂О

фрагмент β-гидроксилизина

Б) Обратное окисление тиогрупп лежит в основе ряда окислительно-восстановительных процессов в клетке.

HS – CH₂ – CH – COOH S – CH₂ – CH – COOH

окисление

HS – CH₂ – CH – COOH восстановление S – CH₂ – CH – COOH

Цистеин цистин

Превращение цистеина в цистин приводит к образованию дисульфидных мостиков, которые участвуют в формировании третичной структуры белка.

Благодаря легкому окислению тиольных групп, цистеин выполняет защитную функцию при действии на организм окислителей.

В) Карбоксилирование имеет большое значение для свертывания крови. В радикал глутаминовой кислоты белка протромбина вводится СООН–группа. Это приводит к связыванию Са²⁺ и превращению протромбина в тромбин.

Карбоксилирование + Са²⁺

–СН₂ – СН₂ – СОО^– – СН₂ – СН – СН₂ – СН Са²⁺

радикал глутаминовой фрагмент тромбина

в протромбине

Принципиальный путь биосинтеза катехоламинов.

Катехоламины – представители биогенных аминов, которые образуются в результате метаболизма незаменимой a–аминокислоты фенилаланина. К катехоламинам относятся дофамин, норадреналин и адреналин. Как и ацетилхолин, они выполняют роль нейромедиаторов. Адреналин является гормоном надпочечников, а норадреналин и дофамин – его предшественники. Адреналин участвует в регуляции сердечной деятельности и обмена углеводов. При стрессах выделяется в кровь («гормон страха»).

гидроксилаза

– СН₂ – СН – СООН НО – – СН₂ – СН – СООН

фенилаланин тирозин

гидроксилаза декарбоксилаза

– СН₂ – СН – СООН – СН₂ – СН₂

3,4-дигидроксифенилаланин дофамин

дофамин-b-оксидаза N-метилтрансфераза

– СН–СН₂–NH₂ –СН–СН₂–N

Норадреналин Адреналин

Пептиды и белки.

Природные или синтетические вещества, построенные из остатков a–аминокислот, соединенных пептидными связями, называются пептидами.

Если пептиды содержат меньше 10 остатков a–аминокислот, их называют олигопептиды; от 10 до 100 – полипептиды, выше 100 – белки.

Пептиды и белки пищи в желудочно-кишечном тракте под действием ферментов – пептидаз подвергаются полному гидролизу до свободных a–аминокислот, из которых организм синтезирует собственные белки.

Пептидную или белковую молекулу можно представить как продукт поликонденсации a–аминокислот, в котором остатки a–аминокислот соединены пептидными (амидными) связями.

H₂N – CH – C – OH + H – N – CH – C – [OH + … H]– N – CH – C – OH

N–конец С–конец

H₂N – CH – C – N – CH – C – … N – CH – C – OH

р,p-сопряжение

Пептидная связь из-за р,p-сопряжения жесткая, вращение вокруг нее затруднено. Полипептидная цепь имеет линейное строение и представляет собой первичную структуру белка. Цепь имеет начало – N-конец и конец – С-конец.

Классификация белков (протеинов).

I) По биологическим функциям

1. Структурные белки – строительный материал (кератин, эластин, коллаген).

2. Транспортные белки (гемоглобин, миоглобин).

3. Сократительные (актин, миозин).

4. Защитные (иммуноглобулины).

5. Регуляторные (гормоны).

6. Ферментативные (биокатализаторы).

7. Запасные (казеин, ферритин).

8. Токсические (змеиные яды, дифтерийный токсин).

II) По составу

1. Простые (неконьюгированные) белки при гидролизе дают только a–аминокислоты.

2. Сложные (коньюгированные), кроме белковой части, содержат простатическую группу (небелковую):

а) гемопротеины содержат простатическую группу гем;

б) фосфопротеины – остаток фосфорной кислоты;

в) металлопротеины – ионы металла;

г) гликопротеины – углеводную часть;

д) липопротеины – липидную часть;

е) нуклеопротеины – фрагменты нуклеиновых кислот;

III) По пространственной структуре

1. Глобулярные белки. Характерна a–спиральная структура, молекулы имеют форму сферы (альбумин – яичный белок, глобин – белковая часть гемоглобина, миоглобин, почти все ферменты). При растворении в воде образуют коллоидные системы.

2. Фибриллярные белки. Характерна b-структура, волокнистое строение (b-кератин волос и роговой ткани, b-фиброин шелка, мионозин мускульной ткани, коллаген соединительной ткани). Фибриллярные белки не растворимы в воде.