2.Аминокислоты. Структура. Явление стереоизомерии. Классификации аминокислот.
Аминокислоты
В
процессах жизнедеятельности клетки
главенствующую роль играют белки –
биополимеры,
построенные из мономерных единиц –
L--аминокислот.
Биологические свойства белков
определяются, в основном, их аминокислотным
составом, точнее
порядком расположения аминокислот
в полипептидной цепи, что в конечном
итоге определяет пространственную
структуру белка. Основными функциональными
группами аминокислот являются их амино-
и карбоксильные группы, которые связаны
с одним и тем же ()
углеродным атомом.
За исключением глицина, у которого R (см. рис. 1.1) представлен атомом водорода, у всех остальных протеиногенных аминокислот четыре группы, связанные с -углеродным атомом, различны. Благодаря тетраэдрическому расположению четырех разных заместителей у -углеродного атома, любая аминокислота (кроме глицина) обладает оптической активностью. При этом одни аминокислоты, входящие в состав белков, являются (при рН 7.0) право-вращающими, а другие – лево-вращающими. Тем не менее, вследствие того, что природные аминокислоты имеют пространственную конфигурацию L-глицеральдегида, все они относятся к L--аминокислотам.
Ионные формы аминокислот
Свободные аминокислоты включают, по крайней мере, две слабоионизованные группы: карбоксильную группу (–СОО¯ ) и аминогруппу (–NН3+). В растворе эти группы находятся в двух формах, заряженной и незаряженной, между которыми поддерживается протонное равновесие:
R–COOH и R–NH3+ являются протонированными партнерами, то есть кислотами, а R–COO¯ и R–NH2 – сопряженными основаниями (т.е. акцепторами протонов) соответствующих кислот. Следовательно, структура аминокислоты, изображенная на рис. 1.1, не может существовать в растворе, поскольку одна из указанных групп в той или иной степени ионизирована.
Вполне понятно, что суммарный заряд (алгебраическая сумма всех положительных и отрицательных зарядов) аминокислоты зависит от величины рН, то есть от концентрации протонов в растворе. Значение рН, при котором суммарный заряд аминокислоты равен нулю и она не перемещается в постоянном электрическом поле, называется ее изоэлектрической точкой (рI). Такая в целом незаряженная форма аминокислоты носит название цвиттериона. Для алифатических аминокислот цвиттерион имеет следующий вид:
При увеличении или уменьшении рН по отношению к изоэлектрической точке происходит «перезарядка» аминокислоты и она утрачивает форму цвиттериона. В случае подкисления раствора, степень ионизации карбоксильной группы резко падает и аминокислота выступает в роли основания, присоединяя протоны.
При повышении рН происходит обратный процесс: аминокислота, выступая в качестве кислоты, протоны отдает.
Классификация По радикалу
Неполярные: глицин, аланин, валин, изолейцин, лейцин, пролин, метионин, фенилаланин, триптофан
Полярные незаряженные (заряды скомпенсированы) при pH=7: серин, треонин, цистеин, аспарагин, глутамин, тирозин
Полярные заряженные отрицательно при pH<7: аспартат, глутамат
Полярные заряженные положительно при pH>7: лизин, аргинин, гистидин