2. Аминокислоты
Аминокислоты – органические гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- (–NH2) и карбоксильную (–COOH) группы. Общая формула:
(NH2)m R(COOH)n,
где m – число аминогрупп, а n – число карбоксильных групп. В более широком смысле к аминокислотам могут быть отнесены и соединения с иной кислотной функцией, например, аминосульфоновые кислоты.
Классификация аминокислот
По числу функциональных (амино и карбоксильных) групп:
моноаминомонокарбоновые;
диаминомонокарбоновые;
аминодикарбоновые и т. д.
От природы углеводородного радикала аминокислоты:
ароматические
гетероциклические
От взаимного расположения амино- и карбоксильной групп:
α-аминокислоты;
β-аминокислоты;
γ-аминокислоты и т. д.
По отношению к биологическим организмам:
Заменимые. Синтезируются в организме человека. К ним относятся глицин, аланин, глутаминовая кислота, серин, аспарагиновая кислота, тирозин, цистеин.
Незаменимые. Не синтезируются в организме человека в количествах, достаточных для того, чтобы удовлетворить физиологические потребности организма, поступают с пищей.
Номенклатура аминокислот. Простейшим соединением ряда аминокислот является глицин NH2–CH2–COOH.
Для названия аминокислот используют следующие номенклатуры:
тривиальная;
рациональная;
систематическая.
Тривиальная. Родоначальники гомологических рядов алифатических и ароматических аминокислот – глицин и аминобензойная кислота соответственно. Происхождение этих исторических названий связано со свойствами и названиями продуктов, из которых они впервые были выделены. Глицин имеет сладкий вкус, впервые был выделен из «животного клея» (от греч. glycos – сладкий и kolla – клей и произошло название гликокол). Цистин выделен из камней желчного пузыря (от греч. «цистис» – пузырь). Лейцин получен из молочного белка – казеина (от греч. «леукос» – белый). Аспарагиновая кислота изолирована от ростков спаржи (от греч. «аспарагус» – спаржа). Орнитин выделен из помёта птиц (от греч. «орнитус» – птица).
Рациональная. Производится путём прибавления к названию соответствующей карбоновой кислоты (название кислоты используется тривиальное), приставки амино-. Буквой греческого алфавита указывается положение аминогруппы по отношению к карбоксильной группе.
Систематическая номенклатура. Название производится от названия соответствующей карбоновой кислоты с указанием местоположения аминогруппы и заместителей при помощи локантов. В названиях алифатических аминокислот по заместительной номенклатуре аминогруппа обозначается префиксом амино-, а карбоксильная группа как старшая – суффиксом -овая кислота. В названиях ароматических аминокислот в качестве родоначальной структуры используется бензойная кислота. Для аминокислот, участвующих в построении белков, применяются в основном тривиальные названия. В природе встречается свыше 70 аминокислот, но только 20 из них играют важную роль в живых системах (таблица 1).
Все аминокислоты, за исключением пролина и оксипролина, имеют структуру R–CH(NΗ2)CO2H; различия между аминокислотами определяются природой радикала.
Таблица 1 – Названия аминокислот по различным номенклатурам
№ |
Формула |
Название соединения |
||
Тривиальное |
Рациональное |
Систематическое |
||
1 |
NH2–CH2–COOH |
Глицин (гликокол) (Gly) |
аминоуксусная |
аминоэтановая |
2 |
CH3––CHNH2–COOH |
Аланин (Ala) |
α-амино-ропионовая |
2-аминопропановая кислота |
3 |
NH2–(CH2)2–COOH |
β-Аланин (Ala) |
β-амино- пропионовая |
3-аминопропановая кислота |
4 |
(CH3)2–(CH)2NH2–COOH
|
Валин (Val) |
α-амино- изовалериановая |
2-амино-3-метил-бутановая |
5 |
CH3–CH2–CHNH2–COOH
|
–
|
α-амино- масляная |
2-аминобутановая |
6 |
CH3–CHNH2–CH2–COOH
|
–
|
β-амино- масляная |
3-аминобутановая |
7 |
NH2–(CH2)3–COOH
|
–
|
y-амино- масляная |
4-аминобутановая |
8 |
NH2C–(CH3)2–COOH
|
–
|
α-амино- изомасляная |
2-амино-2-метил-пропановая |
9 |
(CH3)2–CH–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Лейцин (Leu) |
α-амино- изокапроновая |
2-амино-4-метилпентановая |
10 |
CH3–CH2–CH(CH3)–CH(NH2)–COOH
|
Изолейцин (Ile, ileu) |
α-амино- β-метил-β-этил- пропионовая |
2-амино-3-метилгексановая |
11 |
C6H5–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Фенилаланин (Phe) |
α-амино-β-фенил- пропионовая |
2-амино-3-фенилпропановая |
12 |
HO–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Серин (Ser) |
α-амино-β-окси-пропионовая |
2-амино-3-оксипропановая |
13 |
|
Пролин (Pro) |
пирролидин-α-карбоновая |
пирролидин-2-карбоновая |
14 |
NH–OH–(CH2)2–(CH)2–COOH |
Оксипролин (Hydro) |
y-оксипирролидин-α-карбоновая |
3-оксипирролидин-2-карбоновая |
15 |
|
Триптофан (Try) |
α-амино-β-индолил-пропионовая |
2-амино-3-индолил-пропановая |
16 |
CH3–S–(CH2)2–CH(NH2)–COOH
|
Метионин (Met) |
α-амино-y-метил-тиомасляная |
2-амино-4-метилтио-бутановая |
17 |
COOH–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Аспарагиновая кислота (Asp) |
аминоянтарная |
аминобутан-диовая |
18 |
NH2–CO–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Аспарагин [Asp(NH2) или asn] |
|
|
19 |
COOH–(CH2)2–CH(NH2)–(COOH)2 |
Глутаминовая кислота (Glu) |
α-аминоглутаровая |
2-аминопентан-диовая |
20 |
NH2–CO–(CH2)2–CH(NH2)–COOH |
Глутамин [Glu(NH2)] |
|
|
22 |
NH2–(CH2)4–CH(NH2)–COOH
|
Лизин (Lys) |
α,ε-диамино-капроновая |
2,6-диамино-гексановая |
23 |
|
Аргинин (Arg) |
α-амино- δ-гуанидино-валериановая |
2-амино-5-гуанидино-пентановая |
24 |
|
Гистидин (His) |
α-амино- β-имидазолил-пропионовая |
2-амино-3-имидазолил-пропановая |
25 |
CH3–CH(OH)–CH(NH2)–COOH
|
Треонин (Thr) |
α-амино-β-окси-масляная |
2-амино-3-оксибутановая |
26 |
HO–(C6H4)–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Тирозин (Tyr) |
α-амино-β-(n-гидроксифенил)-пропионовая |
2-амино-3-(n-гидроксифенил)-пропановая |
27 |
HS–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Цистеин (Cys) |
α-амино-β-тио-пропионовая; α-амино- β-меркапто-пропионовая |
2-амино- 3-меркапто- пропановая
|
28 |
COOH–CH(NH2)–CH2–S2–CH2–CH(NH2)–COOH
|
Цистин (Cys-scy) |
β,β'-дитиоди- α-амино- пропионовая |
3,3'-дитио- 2-амино-пропановая |
Изомерия.
Структурная:
скелетная;
взаимного положения;
метамерия.
Пространственная:
оптическая
Все природные аминокислоты (кроме глицина), являются оптически активными веществами в результате кислотного или щелочного гидролиза белков). Большинство из природных α-аминокислот принадлежит к L-стерическому ряду. D-аминокислоты встречаются в составе немногих белков микроорганизмов (например, в белках клеточной стенки бактерий сибирской язвы). С данной особенностью связывают устойчивость этих бактерий к расщепляющему действию ферментов человека и животных.
Согласно номенклатуре (R, S), большинство «природных» или L-амино- кислот имеет S-конфигурацию.
L-Изолейцип и L-треонин, содержащие по два хиральных центра в молекуле, могут быть любыми членами пары диастереомеров в зависимости от конфигурации при β-углеродном атоме.
Получение аминокислот