biopolimery (1)

кислая среда щелочная среда

Кислые -АК глутаминовая и аспарагиновая при рН – 7.4 находятся в анионной форме, т.к. у них диссоциированы обе карбоксильные группы. ИХ ИЭТ лежит в кислой среде.

В организме основные -АК находятся в виде катионов, т.е. у них протонированы обе NH2-группы. Их ИЭТ лежит в области рН выше 7 (9-10).

Кислотно-основные свойства -АК обуславливают их разделение и идентификацию методом ионообменной хроматографии.

-АК вступают в реакции, характерные для карбоксильной группы, по аминогруппе и радикалу.

I.Реакции по карбоксильной группе

1.бразование солей

3. Образование галогенангидридов.

49

При действии на -АК с защищенной группой NH2 оксид трихлоридом фосфора (РОСl3) или тионилхлоридом (SOCl2) образуются хлорангидриды.

Получение хлорангидридов используется в синтезе пептидов как метод активации – СООН-группы.

4. Декарбоксилирование (выброс СО2).

Гистамин расширяет кровеносные сосуды, повышает проницаемость

клеточных мембран, способствует развитию аллергии, увеличивает секрецию

желудочного сока.

АК in vivo декарбоксилируются в присутствии ферментов -

декакарбоксилаз и кофермента пиродоксальфосфата, образуя биогенные амины. 5. Образование амидов.

50

6. Образование ангидрида при образовании аминоациладенилата (активной формы аминокислоты).

II.Реакции по аминогруппе

1.Образование солей.

2.При ацилировании АК галогенангидридами или ангидридами кислот получаются N-замещенные амиды.

3. Дезаминирование.

а) in vitro реакция с азотистой кислотой (HNO2) используется в

аналитических целях для количественного определения АК (метод Ван-Слайка)

б) неокислительное дезаминирование (бактерии, грибы)

в) окислительное дезаминирование с участием ферментов дегидрогеназ

(ДГ) и кофермента НАД+

51

4. Образование оснований Шиффа.

Используется для идентификации концевых -аминокислот. 6. Образование ФТГ-производных -аминокислот.

O R

фенилтиогидантоиновое производное -аминокислоты Используется для установления строения пептидов, белков.

III. Качественные реакции на АК, применяемые для обнаружения,

идентификации и количественного анализа АК

1. Нингидриновая реакция. При нагревании -АК с избытком нингидрина -АК дезаминируются (- NH3), декарбоксилируются и превращаются в альдегид. NH3

52

конденсируется с 2 молекулами нингидрина и образуется продукт сине-

фиолетового цвета.

продукт сине-фиолетового цвета

Реакция используется для обнаружения и количественного определения аминокислот.

2. Реакция Эрлиха с парадиметиламинобензальдегидом в среде серной кислоты.

Триптофан дает продукт, который окрашивает раствор в красно-

фиолетовый цвет.

IV. Реакции по радикалу

1. Реакция Фоля. При нагревании раствора белка с ацетатом свинца

(СН3СОО)2Pb происходит образование нерастворимых меркаптидов свинца.

Образующиеся соли выпадают в виде осадков черного цвета.

2. Ксантопротеиновая реакция служит для обнаружения -АК, содержащих циклы ароматического характера (фенилаланин, тирозин, гистидин,

триптофан). Например, при действии концентрированной азотной кислоты на тирозин образуется нитросоединение, окрашенное в желтый цвет.

3. Реакция Миллона (открывает тирозин).

53

4. Биуретовая реакция.

Биуретовая реакция обусловлена наличием в соединении пептидной связи

(-CO-NH-). Это цветная реакция, которую дают с солями меди в щелочной среде биурет (NH2-CO-NH-CO-NH2), амиды и имиды кислот, белки и полипептиды. Образующиеся при реакции окрашенные соединения являются комплексами.

V. Реакция, обусловленная –СООН и NH2-группами

-АК при нагревании претерпевают межмолекулярную дегидратацию.

При этом от 2-х молекул АК отщепляются 2 молекулы Н2О и образуются гетероциклы дикетопиперазина.

дикетопиперазин

Среди производных -АК важнейшими являются амиды, где замещенная аминогруппа представляет остаток второй аминокислоты.

Амиды этого типа называют пептидами.

54

ПЕПТИДЫ – природные и синтетические вещества построенные из остатков

-АК, соединенных пептидными связями. Пептидная связь образуется путем отщепления компо-нентов молекулы воды от карбоксильной группы одной АК и -аминогруппы другой АК.

Неподеленная пара (ē) электронов N вступает в

H

сопряжение с -ē двойной связи С=О (р, -

сопряжение). В результате сопряжения происходит

некоторое выравнивание длин связей (1.32 Ао вместо 1.21 Ао, характерной для двойной связи и 1.47 Ао – для одинарной).

O O

связи С-N. Таким образом, электронное строение предопределяет

плоскую, жесткую структуру пептидной связи. Четыре атома пептидной связи и два присоединенных -углеродных атома лежат в одной плоскости. Группы R и

Н -углеродных атомов лежат вне этой плоскости. Атомы О и Н пептидной связи имеют транс-положение. Кроме того, два -углеродных атома также

55

имеют транс-ориентацию относительно пептидной связи. R-группы каждого из

-углеродных атомов расположены в транс-положении друг относительно друга. -Углеродные атомы двух АК-остатков располагаются в плоскости пептидной группы по разные стороны от (С-N)-связи, т.е. более выгодное транс-положение. При этом боковые радикалы АК удалены друг от друга.

Строение пептидной группы определяет структуру полипептидной цепи в целом.

Принцип построения трипептида Глицилаланиллизин (Гли-Ала-Лиз)

C 3

H2N-CH-C N-CH- C N-CH-COOH

H H O (CH2)3

остатокглицина пептидные связиCH2NH2 остатоклизина

остатокаланина

Название пептидов строится путем последовательного перечисления аминокислотных остатков, начиная с N-конца с добавлением суффикса – «ил»,

кроме последней АК – «С»-концевой, для которой сохраняется название.

Шифруются АК по первым трем буквам. Например, аспартат – Асп, аспарагин

– Асн. Тоже и для Глу – глутамат и глутамин – Глн.

Во всех клетках организма содержится трипептид глутатион,

участвующий в процессах окисления и восстановления, так как в его состав входит цистеин:

Глутаминовая кислота в глутатионе участвует в образовании пептидной

связи своей СООН-группой -углеродного атома. Такой вид связи в пептидах

встречается редко.

56

Кислотно-основные свойства пептида определяются наличием на концах

цепи одной свободной -аминогруппы и одной свободной –СОО-группы, а

также природой и числом ионизированных R-групп. Пептиды имеют характерные кривые титрования и определенные ИЭТ, т.е. такие значения рН,

при которых они не перемещаются в электрическом поле.

Функции пептидов

1. гормональная (АКТГ, окситоцин), 2. токсины, 3. лекарства (антибиотики,

иммунодепрессанты), 4. заменители сахара (аспартам), 5. глутатион – трипептид поддерживает в восстановленном состоянии SH-группы белков,

защищает от перекисного окисления, обезвреживает ксенобиотики,

увеличивает устойчивость к химическим и физическим факторам, участвует в редокс-регуляции, в б/с ДНК, в пролиферации, и др.

Чтобы установить первичную структуру белка нужно установить число,

количественную структуру и порядок расположения всех аминокислотных остатков, входящих в его состав.

Для выяснения аминокислотной последовательности, т.е. первичной структуры Б используют комбинацию двух методов:

1. частичный гидролиз; 2. определение концевых аминокислот.

I этап. Частичный гидролиз (кислотный или ферментативный) приводит к образованию фрагментов – дипептидов, трипептидов и т.д., которые идентифицируются методом определения концевых АК. Определение концевых АК проводят различными химическими методами с образованием:

1.фенилтиогидантионовых производных АК

2.дансильных флуоресцентных производных

3.динитрофторфенилпроизводных АК

II этап. Строение пептида можно считать доказанным, если удалось осуществить его синтез.

57

Синтез дипептида Сер-Ала

пептидная связь Серилвалин – Сер-Ала

БЕЛКИ И ИХ СТРУКТУРА

Белки играют значительную роль в формировании структуры и функций живых организмов. Первичная структура – это определенная последовательность -аминокислот в полипептидной цепи. Основная связь – пептидная.

Молекулярная масса белков колеблется в пределах от 10 тыс. до 1 млн. и

более. Первичная структура жесткая – это обусловлено электронным строением пептидной связи. Пептидная связь частично обладает свойствами двойной связи и вращение вокруг нее заторможено. Пептидная связь является планарной

58