Вопрос 46. Как построить формулы стереоизомеров (энантиомеров) -аминокислот? Все ли природные -аминокислоты оптически активны?
Ответ. В молекулах всех природных -аминокислот, за исключением глицина, один и тот же атом углерода (второй) связан с четырьмя различными заместителями: карбоксильной группой (–СООН), аминогруппой (–NH2), углеводородным радикалом R и атомом водорода, т.е. по крайней мере один из атомов углерода в этих аминокислотах является асимметрическим. В молекулах всех этих -аминокислот отсутствуют элементы симметрии, следовательно, все - аминокислоты (кроме глицина) являются оптически активными соединениями и могут существовать в виде двух энантиомеров. Для того, чтобы правильно изобразить энантиомеры, следует углеродную цепь кислоты расположить вертикально. Вверху изображается старшая группа (карбоксильная). Два оставшихся заместителя (аминогруппа и атом водорода) у второго (асимметрического) атома углерода изображаются слева и справа от углеродной цепи. В стандартной проекционной формуле Фишера L- конфигурации соответствует расположение аминогруппы слева от углеродной цепи, а D-конфигурации – справа:
Аминокислоты изолейцин и треонин содержат в молекулах по два асимметрических атома углерода (второй и третий). Следовательно, они могут существовать в виде двух пар энантиомеров:
Из каждой четвёрки изомеров в человеческом организме для построения белков используют только один: L-треонин и L-изолейцин.
Другие -аминокислоты в составе белка присутствуют так же в L-форме. -Аминокислоты D-ряда встречаются в составе пептидов ряда микроорганизмов и бактерий.
Вопрос 47. Как проявляются кислотно-основные свойства и амфотерность -аминокислот? Какие свойства -аминокислот обуславливает их ионное строение?
Ответ. -Аминокислоты образуют соли как со щелочами, так и с кислотами, т.е. являются амфотерными соединениями, т.к. в их молекулах содержатся функциональные группы кислотного (–СООН) и основного (–NH2) характера:
С
катионами тяжёлых металлов -аминокислоты
образуют внутрикомплексные соли
хелатного (клешнеобразного) типа:
Стрелкой, направленной от атома азота к атому меди, в формуле хелата показана химическая связь, образованная по донорно-акцепторному механизму. Атом азота, предоставляя свою электронную пару для образования связи, выступает в роли донора, а атом меди, предоставляя вакантную (свободную) орбиталь – акцептором электронной пары.
В
водных растворах амфотерные -аминокислоты
существуют в виде равновесной смеси
диполярного иона, катионной и анионной
форм:
В сильнокислых растворах (рН = 1-2) преобладает катионная форма, в сильнощелочных (рН = 13-14) – анионная форма. В твёрдом состоянии -аминокислоты существуют в виде диполярных ионов. В уравнениях реакций с участием -аминокислот для удобства обычно записывают аминокислоты в виде неионизированной формы.
Ионное строение молекул -аминокислот обусловливает их высокие температуры плавления (свыше 200 С), нелетучесть растворимость в воде, нерастворимость в неполярных органических растворителях. Растворимость в воде обеспечивает биологическое функционирование - аминокислот: всасываемость, перемещение в организме и т.д.