2.5. Химические свойства

1) Образование солей. Аминокислоты являются амфотерными соеди­не­ниями. Они проявляют свойства кислот за счет карбоксильной группы и свойства оснований за счет аминогруппы, т.е. образуют соли как с основаниями, так и с кислотами.

a-Аминокислоты могут образовывать труднорастворимые ком­плекс­ные соли со многими ионами тяжелых металлов, в частности с Сu²⁺. При добавлении к щелочному раствору a-аминокислоты солей Сu²⁺ выпадает осадок синего цвета. Это качественная реакция на a-аминокислоты.

2) Образование производных. В аминокислотах присутствуют различные функциональные группы, поэтому производные могут образовы­вать­ся как по аминогруппе (подобно аминам), так и по карбоксильной группе (подобно карбоновым кислотам).

а) Реакции по карбоксильной группе.

- этерификация  взаимодействие аминокислот со спиртами с образованием сложных эфиров.

- получение хлорангидридов  взаимодействие аминокислот со спиртами с галогенидами фосфора.

- получение амидов – взаимодействие аминокислот с аммиаком

б) Реакции по аминогруппе.

- алкилирование – взаимодействие аминокислот с алкилгалогенидами (галогеналканами), в результате которого происходит замещение Н-атомов аминогруппы на углеводородный заместитель (алкил).

Полное замещение водорода приводит приводит к образованию бетаинов – триалкилпроизводных аминокислот. Бетаины – важные продукты промежуточного метаболизма – являются активаторами в синтезе фосфолипидов клеточных мембран, выступают «донорами» метильных групп в реакциях метилирования ДНК и других органелл.

- ацилирование – взаимодействие аминокислот с ангидридами или галогенангидридами карбоновых кислот, в результате которого происходит замещение Н-атома аминогруппы на ацильную группу (RC=O). 

- дезаминирование – взаимодействие аминокислот с азотистой кислотой, в результате которого выделяется молекулярный азот и образуется соответствующая гидроксикислота. Это качественная реакция на первичную алифатическую аминогруппу.

На реакции дезаминирования основан метод количественного определения аминогрупп в аминокислотах и белках – выделившийся азот рассчитывают объемным способом.

3) Взаимодействия между карбоксильной и аминогруппой. Взаимодействие амино- и карбоксильной групп возможно как внутри одной молекулы (внутримолекулярная реакция), так и между группами принадлежащими разным молекулам (межмолекулярная реакция). При взаимодействии СООН и NH₂ групп происходит отщепление молекулы воды и образуется пептидная связь:

а) Межмолекулярное взаимодействие в большей степени характерно для -аминокислот и в зависимости от условий реакции могут образовываться либо циклические дикетопиперазины, либо линейные цепи пептидов и белков.

- образование дикетопиперазинов происходит при нагревании -ами­нокислот до температур выше их температуры плавления (ТТ_пл), при этом число атомов углерода в продукте реакции удваивается.

- образование линейных пептидов происходит в организме под действием специальных ферментов в течение нескольких минут, химический же синтез в условиях лаборатории  достаточно длительный процесс, который может занимать несколько дней, а разработка технологии синтеза – несколько лет. При отщеплении молекулы воды от функциональных групп двух аминокислот образуется дипептид, трех – трипептид и т. д. Например, при взаимодействии аминокислот тирозина (Tyr) и аланина (Ala) получается дипептид тирозилаланин (Tyr-Ala), который при добавлении следующей аминокислоты – глицина (Gly) – превращается в трипептид тирозилаланилглицин (Tyr-Ala-Gly).

б) Внутримолекулярное взаимодействие между СООН и NH₂ группами при нагревании до ТТ_пл характерно для -, -, -аминокислот. В результате взаимодействия функциональных групп от одной молекулы аминокислоты отщепляется молекула воды, и образуются циклические амиды – лактамы.

Большое практическое значение имеет внутримолекулярное взаимо­действие функциональных групп -аминокапроновой кислоты, в результате которого образуется -капролактам. Капролактам подвергают гидролитичес­кой полимеризации с целью получения полиамидов, из которых далее изготавливаются синтетические волокна капрон, найлон, перлон.

4) Термическое дезаминирование характерно для β-аминокислот, которые при нагревании до ТТ_пл легко отщепляют молекулу аммиака и превращаются в ненасыщенные карбоновые кислоты.

5) Биохимические реакции аминокислот в живых организмах протекают под действием ферментов.

а) Декарбоксилирование – отщепление карбоксильной группы аминокислот под действием фермента декарбоксилазы в тканях животных, растений и микроорганизмов. Эти ферменты являются специфичными для каждой природной -аминокислоты и обозначаются соответствующим трехбуквенным сокращением (табл. 2). Продуктами декарбоксилирования являются биогенные амины, которые обладают высокой физиологической активностью, например кадаверин, образующийся из лизина при гнилостном распаде белковых веществ.

б) Дезаминирование – окислительный распад аминокислот в живых организмах на аммиак и оксокислоту под действием фермента дегидрогеназы. Вначале в присутствии фермента происходит отщепление водорода с образованием неустойчивой иминокислоты, которая далее гидролизуется с образованием оксокислоты и аммиака.

Реакции дезаминирования обратимы, поэтому в живых организмах из оксокислот и аммиака могут образоваваться новые аминокислоты.

в) Переаминирование (А. Н. Браунштейн, М. Г Крицман, 1937 г.) – обратимый перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новых амино- и кетокислот под действием ферментов аминотрансфераз. Реакция протекает без промежуточного выделения аммиака и играет важную роль в процессах образования мочевины, глюкозы и новых аминокислот.