2.3. Физические свойства аминокислот
Аминокислоты – это бесцветные кристаллические вещества с аномально высокими для органических соединений температурами плавления (250-400°С). Это объясняется тем, что молекулы аминокислот имеют строение внутренних солей (биполярного иона).
Молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде -NH3+, а карбоксигруппа в виде COO− называют цвиттер-ионом. Такая молекула обладает значительным дипольным моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот. За счет ионных взаимодействий между цвиттер-ионами возникает ионная кристаллическая решетка.
Плавятся аминокислоты с разложением. Растворимость в воде у них выше, чем в спирте. Подобно неорганическим ионным соединениям аминокислоты плохо растворяются в органических растворителях. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде уменьшается, а в органических растворителях наоборот увеличивается.
Ароматические аминокислоты существуют в большей мере в неионизированной форме, поэтому они мало растворимы в воде, а лучше в спирте и эфире.
В водных растворах аминокислот в зависимости от рН среды существует равновесие между различным количеством аниона, биполярного иона и катиона:
Изоэлектрическая точка (рI) – определенное значение рН среды, при котором биполярный ион преобладает в равновесии с катионом и анионом. Заряд раствора в изоэлектрической точке равен нулю. Растворимость аминокислоты в воде при этом минимальна, не происходит перемещение ионов в электрическом поле. Для большинства нейтральных аминокислот (рI) ~ 6, для кислых (рI) имеет низкие значения (для глутаминовой кислоты 3,2, для аспарагиновой 3). Изоэлектрическая точка для цистеина равна 5,0, что указывает на слабые кислотные свойства этой аминокислоты. У основных аминокислот гистидина и особенно лизина и аргинина изоэлектрическая точка значительно выше 7.
При других значениях рН ионы движутся к аноду или катоду, на чем основан метод разделения аминокислот – метод электрофореза.
Природные аминокислоты, кроме глицина, являются оптически активными веществами, т. к. имеют асимметрический С-атом (хиральный центр). Подавляющее большинство природных a-аминокислот и все аминокислоты, входящие в состав белков животного происхождения, относятся к L-ряду. D-Аминокислоты обнаружены в свободном состоянии в высших растениях, водорослях, грибах, бактериях. Это D-аспарагиновая кислота, D-триптофан, D-пролин и др.
Аминокислоты D- и L-ряда различаются по вкусу. Например, L-триптофан имеет горький вкус, D-триптофан безвкусный, а смесь D- и L-триптофана обладает сладким вкусом. D-глутаминовая кислота безвкусна, а ее L-изомер имеет вкус мяса. Поэтому L-глутаминовая кислота и ее соли широко используются в качестве пищевой вкусовой добавки под индексами Е620-Е625. Аминокислоты D-ряда, как правило, не усваиваются животными организмами.
2.4. Получение аминокислот
Существуют три основных способа получения аминокислот: микробиологический, гидролитический и синтетический.
При микробиологическом способе аминокислоты образуются в процессе жизнедеятельности бактерий. Гидролитический метод основан на гидролизе белковых природных продуктов, например рогов, копыт, крови (отходов преимущественно мясной промышленности), из которых выделяются аминокислоты. Оба способа приводят к получению смеси оптически активных -аминокислот L-ряда. Синтетические методы дают смесь D- и L-изомеров.
В производственных масштабах микробиологическим методом преимущественно получают лизин и глутаминовую кислоту; гидролитическим цистеин, лейцин, изолейцин; синтетическим метионин и глутаминовую кислоту. В отдельных случаях сочетают синтетический и микробиологический способы (лизин). Сначала синтезируют смесь D- и L-аминокислот, а затем ферментативно, в результате поглощения бактериями D-изомера, выделяют L-изомер.
Совсем недавно -аминокислоты получали в незначительных количествах и использовали преимущественно для научных исследований. В настоящее время аминокислоты стали многотоннажными промышленными продуктами. Наибольшее значение имеют незаменимые пищевые кислоты: L-лизин, L-триптофан, L-метионин и L-глутаминовая кислота. Они добавляются в небольших количествах для повышения питательной ценности пищи и кормов, а также для получения лекарств и БАД-ов.