Аминокислоты
Любое соединение, которое
содержит одновременно карбоксильную и аминогруппу, является аминокислотой.
Однако, чаще этот термин применяется для обозначения карбоновых кислот,
аминогруппа которых находится в a-положении к карбоксильной группе.
Аминокислоты, как правило, входят
в состав полимеров - белков. В
природе встречается свыше 70 аминокислот, но только 20 играют важную роль в
живых организмах. Незаменимыми называются
аминокислоты, которые не могут быть синтезированы организмом из веществ,
поступающих с пищей, в количествах, достаточных для того, чтобы удовлетворить
физиологические потребности организма. Незаменимые аминокислоты приводятся в
табл. 1. Для больных фенилкетонурией незаменимой аминокислотой является также тирозин (см.
табл. 1).
Таблица 1
Незаменимые аминокислоты R-CHNH2COOH
Название (сокращение)
|
R
|
изолейцин (ile, ileu)
|
CH3CH2CH(CH)3-
|
лейцин (leu)
|
(CH3)2CHCH2-
|
лизин (lys)
|
NH2CH2CH2CH2CH2-
|
метионин (met)
|
CH3SCH2CH2-
|
фенилаланин (phe)
|
C6H5CH2-
|
треонин (thr)
|
CH3CH(OH)-
|
триптофан (try)
|
|
валин (val)
|
(CH3)2CH-
|
тирозин (tyr)
|
|
Аминокислоты называют обычно как
замещенные соответствующих карбоновых кислот, обозначая положение аминогруппы
буквами греческого алфавита. Для простейших аминокислот обычно применяются
тривиальные названия (глицин, аланин, изолейцин и т.д.). Изомерия аминокислот
связана с расположением функциональных групп и со строением углеводородного
скелета. Молекула аминокислоты моет содержать одну или несколько карбоксильных
групп и в соответствии с этим аминокислоты различаются по основности. Также в
молекуле аминокислоты может находиться разное количество аминогрупп.
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ
1. Гидролизом белков можно
получить около 25 аминокислот, но полученную смесь трудно разделить. Обычно
одна или две кислоты получаются в значительно больших количествах, чем
остальные, и эти кислоты удается выделить довольно легко – с помощью
ионообменных смол.
2. Из галогензамещенных кислот.
Один из наиболее распространенных методов синтеза a-аминокислот заключается в
аммонолизе a-галогензамещенной кислоты, которую обычно получают по реакции
Геля-Фольгарда-Зелинского:
Этот метод можно модифицировать,
получая a-бромзамещенную кислоту через малоновый эфир:
Ввести аминогруппу в эфир
a-галогензамещенной кислоты можно с помощью фталимида калия (синтез Габриэля):
3. Из карбонильных соединений
(синтез Штреккера). Синтез a-аминокислот по Штреккеру состоит в реакции
карбонильного соединения со смесью хлорида аммония и цианистого натрия (это
усовершенствование метода предложено Н.Д. Зелинским и Г.Л. Стадниковым).
Реакции присоединения -
отщепления с участием аммиака и карбонильного соединения дают имин, который
реагирует с цианистым водородом, образуя a-аминонитрил. В результате его
гидролиза образуется a-аминокислота.
Химические свойства аминокислот
Все a-аминокислоты, кроме
глицина, содержат хиральный a-углеродный атом и могут встречаться в виде
энантиомеров:
Было доказано, что почти все
природные a-аминокислоты обладают одной и той же относительной конфигурацией
при a-углеродном атоме. a-Углеродному атому (-)-серина была условно приписана
L-конфигурация, а a-углеродному атому (+)-серина - D-конфигурация. При этом,
если проекция a-аминокислоты по Фишеру написана так, что карбоксильная группа
расположена сверху, а R - внизу, у L-аминокислоты аминогруппа будет находиться
слева, а у D-аминокислоты - справа. Схема Фишера для определения конфигурации
аминокислоты применима ко всем a-аминокислотам, обладающим хиральным
a-углеродным атомом.
Из рисунка видно, что
L-аминокислота может быть правовращающей (+) или левовращающей (-) в
зависимости от природы радикала. Подавляющее большинство a-аминокислот,
встречающихся в природе, относится к L-ряду. Их энантиоморфы, т.е.
D-аминокислоты, синтезируются только микроорганизмами и называются
«неприродными» аминокислотами.
Согласно номенклатуре (R,S),
большинство «природных» или L-аминокислот имеет S-конфигурацию.
L-Изолейцин и L-треонин,
содержащие по два хиральных центра в молекуле, могут быть любыми членами пары
диастереомеров в зависимости от конфигурации при b-углеродном атоме. Ниже
приводятся правильные абсолютные конфигурации этих аминокислот.
КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
АМИНОКИСЛОТ
Аминокислоты - амфотерные вещества,
которые могут существовать в виде катионов или анионов. Это свойство
объясняется наличием как кислотной (-СООН), так и основной (-NH2) группы в
одной и той же молекуле. В очень кислых растворах NH2-группа кислоты
протонируется и кислота становится катионом. В сильнощелочных растворах
карбоксильная группа аминокислоты депротонируется и кислота превращается в
анион.
В твердом состоянии аминокислоты
существуют в виде цвиттер-ионов (биполярных ионов, внутренних солей). В
цвиттер-ионах протон переносится от карбоксильной группы к аминогруппе:
Если поместить аминокислоту в
среду, обладающую проводимостью, и опустить туда пару электродов, то в кислых
растворах аминокислота будет мигрировать к катоду, а в щелочных растворах - к
аноду. При некотором значении рН, характерном для данной аминокислоты, она не
будет передвигаться ни к аноду, ни к катоду, так как каждая молекула находится
в виде цвиттер-иона (несет и положительный, и отрицательный заряд). Это
значение рН называется изоэлектрической точкой (pI) данной аминокислоты.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.