I.3. Хімічна та біологічна класифікація амінокислот, що надходять до складу природних білків.
Для вивчення амінокислотного складу білків спочатку проводять їх гідроліз (кислотний, лужний або ферментативний).
Кислотний гідроліз білка здійснюють за допомогою розчину хлоридної кислоти (6 моль/л) у запаяній ампулі, з якої попередньо відкачують повітря, при температурі 110ºС протягом 20-72 годин. Одержаний гідролізат містить амінокислоти у вигляді гідрогенхлоридів.
Під час кислотного гідролізу, як правило, руйнуються триптофан, амідні групи глутаміну та аспарагіну. Тому для більш ретельного вивчення амінокислотного складу білків додатково здійснюють лужний гідроліз (білок інкубують у розчині NaOH (2-4 моль/л) при температурі 110ºС протягом 3-9 год).
У лужному середовищі руйнуються цистеїн, серин, треонін, однак зберігається триптофан. Таким чином, кислотний і лужний гідроліз доповнюють один одного. Конкретні ферменти-протеїнази розривають певні пептидні зв’язки, що полегшує визначення послідовності амінокислот у білках. Для якісного визначення амінокислот у гідролізаті проводять кольорові реакції: ксантопротеїнову – на амінокислоти, що вміщують бензеновий радикал; реакцію Фоля – на сіркувмісні амінокислоти, реакцію Адамкевича – на триптофан. Для кількісного розділення та визначення відносного складу кожної амінокислоти в гідролізаті білків використовують різні методи розподільної та іоннообмінної хроматографії, електрофорезу. Особливо цінні з них автоматизовані. За допомогою аналізатора можна за кілька годин здійснити детальний кількісний та якісний аналіз гідролізату будь-якого білка.
Амінокислоти – амфотерні електроліти, оскільки аміногрупа має основні властивості, а карбоксильна – кислотні. У водних розчинах у інтервалі рН від 4 до 9 амінокислоти існують переважно у вигляді біполярних іонів, які називаються цвіттер-іонами або амфі-іонами:
У кислому середовищі карбоксил нейтралізується, тому амінокислота реагує як катіон.
У лужному середовищі біполярний іон втрачає протон, тому амінокислота реагує як аніон:
Якщо рН є нейтральним, карбоксильні групи амінокислот повністю дисоційовані. У біохімічній номенклатурі такі амінокислоти позначають використанням закінчення –ат, наприклад глутамінова кислота – глутамат.
Залежно від полярності R-груп амінокислоти поділяються на чотири основні класи: неполярні, або гідрофобні (аланін, лейцин, ізолейцин, валін, пролін, фенілаланін, триптофан, метіонин); полярні, але незаряджені (гліцин, серин, треонін, цистеїн, тирозин, аспарагін, глутамін); позитивно заряджені (лізин, аргінін, гістидин); негативно заряджені (аспарагінова та глутамінова кислоти).
Всі амінокислоти, що входять до складу білків, за структурою радикалів (хімічна класифікація амінокислот) поділяються на 8 класів:
Амінокислоти з вуглеводневими радикалами
Радикали цих амінокислот гідрофобні, у будь-якому середовищі мають нульовий заряд.
Кислі амінокислоти та їхні аміди
Радикали аспарагінової та глутамінової кислот містять карбоксильну групу, яка внаслідок дисоціації у нейтральному і лужному середовищах дає заряд –1.
Радикали аспарагіну і глутаміну полярні, але незаряджені.
Окси- (гідрокси) амінокислоти
Радикали цих амінокислот полярні, але недостатньо заряджені, тому прийнято вважати, що у всіх середовищах вони мають нульовий заряд.
Основні амінокислоти
Радикали цих амінокислот у нейтральному і кислому середовищі мають заряд +1, внаслідок приєднання до них Н+ (↓ - центр основності).
Ароматичні амінокислоти
Радикали цих амінокислот у будь-якому середовищі мають нульовий заряд.
Гетероциклічні амінокислоти
Радикали цих амінокислот у будь-якому середовищі мають нульовий заряд.
Сульфурвмісні амінокислоти
Радикали цистеїну і метіоніну полярні, але незаряджені. Радикал цистину в нейтральному середовищі має нульовий заряд, у кислому – заряд +1, а в лужному – заряд –1.
8. Гетероциклічні імінокислоти
Радикал проліну та гідроксипроліну у будь-якому середовищі має нульовий заряд.
Відповідно до біологічної класифікації амінокислоти поділяються на замінні і незамінні.
Незамінні – це ті амінокислоти, які не можуть бути синтезовані в організмі людини, а тому обов'язково повинні міститись в продуктах харчування. До незамінних амінокислот належать: валін, лейцин, ізолейцин, триптофан, метіонін, фенілаланін, треонін, лізин. У дитячому організмі не синтезуються також аргінін і гістидин. Біологічна цінність білків визначається вмістом у їх складі незамінних амінокислот. Так, яєчний альбумін та казеїн молока - це повноцінні білки, тому що вміщують всі незамінні амінокислоти. Колаген та зеїн кукурудзи – неповноцінні білки, тому що не вміщують деякі незамінні амінокислоти, наприклад, лізин.
Замінні амінокислоти при необхідності можуть бути синтезовані в організмі людини.