§3. Особенности строения природных аминокислот.

Биполярная структура. Понятие изоэлектрической точки.

По физическим и некоторым химическим свойствам аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований. Они лучше растворимы в воде, чем в органических растворителях; хорошо кристаллизуются, имеют высокую плотность и высокие температуры плавления. Эти свойства указывают на взаимодействие кислотных и амино-групп, вследствие чего аминокислоты в твердом состоянии и в растворе находятся в цвиттер-ионной форме.

Взаимное влияние групп особенно проявляется у α-аминокислот, а также у о- и n-аминобензойных кислот, где их взаимодействие передается через систему сопряженных связей. Благодаря электроноакцепторным свойствам группы NH₃⁺ резко усиливается кислотность СООН-группы, например, рКа глицина 2,34, уксусной кислоты 4,75, β-аланина 3,6. Aминогруппа аминокислоты ионизирована в несколько меньшей степени, чем карбоксильная группа, и водный раствор аминокислоты имеет слабокислый характер. Значение рН, при котором концентрация биполярного иона максимальна, а минимальные концентрации катионов и анионов равны, называется изоэлектрической точкой (рI).

Алифатические аминокислоты:

рI =6,0 (слабокислая среда)

Аминокислоты с слабокислотными функциональными группами

( ОН – группа серина, треонина, тирозина и SН – группа цистеина ):

рI =5,0 – 5,7

Аминокислоты с дополнительной карбоксильной группой (аспарагиновая и глутаминовая кислоты):

рI = 3,0

Аминокислоты с дополнительной амино- группой (лизин, аргинин)

рI = 9,6 – 10,8

Все аминокислоты в изоэлектрической точке имеют минимум растворимости. Вблизи рI растворы аминокислот обладают минимальным буферным действием.

§4. Химические свойства аминокислот

Реакции по карбоксильной группе аминокислот, аминогруппа которых защищена ацилированием или солеобразованием, протекают аналогично превращениям карбоновых кислот. Аминокислоты легко образуют соли, сложные эфиры, амиды, гидразиды, галогенангидриды, смешанные ангидриды. Реакции по амино-группе аминокислот, карбоксильная группа которых защищена алкилированием, протекают аналогично аминам.

§5. Специфические реакции аминокислот

1. Кислотно- основные (аминокислоты амфотерны):

2. Образование комплексных солей ( наиболее устойчивы комплексы с ионами Сu²⁺, Ni²⁺, Zn²⁺). С гидроксидом меди (II) образуется хелатный комплекс синего цвета (используется для выделения и очистки аминокислот):

Образуемые хелатные соли синего цвета используются для выделения и очистки аминокислот.

3. Реакции по аминогруппе.

● дезаминирование азотистой кислотой (метод определения аминокислоты по объему выделившегося азота метод Ван - Слайка):

● реакция с формалином

(используется при формольном титровании – метод Серенсена)

● реакция ацилирования (способ защиты аминогруппы):

● ацилирование аминокислотами аммиака

●алкилирование (2,4-динитрофторбензол – реактив Сэнджера)

●дезаминирование аминокислот

- неокислительное. Аминокислоты подвергаются дезаминированию; за счет этой реакции снижается избыток α-аминокислот в организме. Образующаяся фумаровая кислота – метаболит цикла трикарбоновых кислот.

- окислительное (в присутствии оксидаз и НАД⁺)

4. Реакции по карбоксильной группе

●декарбоксилирование. Амины, образующиеся в результате ферментативного декарбоксилирования аминокислота in vivo, называются биогенными аминами. Таким путем из серина получается коламин – предшественник холина и ацетилхолина в организме:

5. Трансаминирование (переаминирование) – основной путь биосинтез

α-аминокислот. Необходимая организму α-аминокислота (II) синтезируется из α-аминокислоты (I), имеющейся в клетках в достаточном количестве. Реакция осуществляется с помощью трансаминаз и кофермента пиридоксальфосфата. Процесс переаминирования является связующим звеном между метаболизмом белков (аминокислоты) и углеводов (кетонокислоты). С помощью этого процесса устраняется избыток отдельных α-аминокислот и таким образом регулируется содержание α-аминокислот в клетке.

6. Реакции с одновременным участием NH₂- и СООН – групп

● дегидратация α-аминокислот

•β-аминокислоты термически не стабильны, при нагревании отщепляют аммиак и дают аммониевые соли непредельных кислот. Причиной такой реакции является подвижность водородных атомов в соседстве с карбоксильной группой.

NH₂ – CH­₂ – CH₂ – COOH CH₂=CH – COOH + NH₃

● дегидратация γ- и δ-аминокислот

Этими реакциями пользуются для установления строения аминокислот. γ- и δ-Лактамы могут быть гидролизованы в соответствующие аминокислоты нагреванием с растворами сильных кислот или щелочей.

● нингидриновая реакция; в водных растворах при нагревании появляется сине-фиолетовая окраска.

●ксантопротеиновая реакция (на ароматические α-амино­кислоты). При нагревании с конц. HNO₃ α-аминокислоты дают желтое окрашивание, при подщелачивании – оранжевое окрашивание:

Наибольший интерес представляют следующие L--аминокислоты, входящие в состав белковых молекул:

H₂N – CH₂ – COOH глицин (Gly)

CH₃ – CH (NH₂) – COOH аланин (Ala)

(CH₃)₂CH – CH (NH₂) – COOH валин (Val)

CH₃ – CH(CH₃) – CH₂ – CH(NH₂) – COOH лейцин (Leu)

CH₃ – CH₂CH(CH₃) – CH (NH₂) – COOH изолейцин (Ile)

NH₂( CH₂)₄ – CH (NH₂) – COOH лизин (Lys)

NH₂ –C – NH – (CH₂)₃ – CH (NH₂) – COOH аргинин (Arg)

║

NH

NH₂ – CO – CH₂ – CH(NH₂) – COOH аспарагин (Asn)

NH₂ – CO – CH₂ – CH₂ – CH (NH₂) – COOH глутамин (Gln)

HOOC – CH₂ – CH (NH₂) – COOH аспарагиновая к-та (Asp)

HOOC – CH₂ – CH₂ – CH (NH₂) – COOH глутаминовая к-та (Glu)

HO – CH₂ – CH (NH₂) – COOH серин (Ser)

CH₃ – CH(OH) – CH (NH₂) – COOH треонин (Thr)

HS – CH₂ – CH (NH₂) – COOH цистеин (Cys)

CH₃ – S–(CH ₂)₂ – CH (NH₂) – COOH метионин (Met)

фенилаланин (Phe)

тирозин (Tyr)

триптофан (Trp)

гистидин (His)

пролин(Pro)

Смеси L-аминокислот применяют в медицине для питания больных с заболеваниями пищеварительных и других органов; глутамат натрия и лизин – в пищевой промышленности, γ-амино­масляная кислота (амминалон) – медиатор в центральной нервной системе, как лекарственное средство при сосудистых заболеваниях головного мозга. На основе ГАМК созданы новые ноотропные средства, например:

фенибут пирацетам