Классификация -аминокислот по составу боковой цепи
По строению углеводородного радикала α-аминокислоты делят на 7 групп:
Моноаминомонокарбоновые α-аминокислоты (нейтральные)
H2N CH2 COOH
Глицин (ГЛИ)
-Аминоуксусная кислота
Аланин (АЛА)
-Аминопропионовая кислота
Валин (ВАЛ)
-Амино--метилмасляная кислота
Лейцин (ЛЕЙ)
-Амино--метилвалериановая кислота
Изолейцин ( ИЛЕ )
-Амино--метилвалериановая кислота
Боковые радикалы -аминокислот этой подгруппы гидрофобные.
Моноаминодикарбоновые α-аминокислоты (кислые)
Аспарагиновая кислота (АСП)
-Аминоянтарная кислота
Глутаминовая кислота (ГЛУ)
-Аминоглутаровая кислота
Боковые радикалы -аминокислот этой подгруппы гидрофильные, ионогенные, несут отрицательный заряд (-OOC CH2 ).
В состав белков входят амиды данных кислот.
Аспарагин (АСН)
Глутамин (ГЛН)
III. Диаминомонокарбоновые α-аминокислоты (основные)
Лизин (ЛИЗ)
,-Диаминокапроновая кислота
Боковой радикал гидрофильный, ионогенный, несет положительный заряд (H3N+ (CH2)4 ).
Аргинин (АРГ)
-Амино--гуанидино-валериановая кислота
Боковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт положительный заряд
(H2N+ = C(NH2) NH ( CH2 )3 ).
IV. Оксиаминокислоты
Серин (СЕР)
-Амино--оксипропионовая кислота
Треонин (ТРЕ)
-Амино--оксимасляная кислота
Боковые радикалы гидрофильные, неионогенные (имеют спиртовую природу).
V. Серосодержащие аминокислоты
Цистеин (ЦИС)
-Амино--меркаптопропионовая
Боковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт отрицательный заряд
(- S CH2 ).
Цистин (ЦИС-ЦИС)
,-Диамино-,-димеркаптопропионовая кислота
Боковой радикал гидрофобный.
Метионин (МЕТ)
-Амино--метилтиомасляная кислота
Боковой радикал гидрофобный.
VI. Ароматические -аминокислоты
Фенилаланин (Фен)
-Амино--фенилпропионовая
кислота
Боковой радикал гидрофобный.
Тирозин (ТИР)
-Амино--параоксифенилпропионовая кислота
Боковой радикал гидрофильный, ионогенный, несёт отрицательный заряд.
VII. Гетероциклические -аминокислоты
Гистидин (ГИС)
α-Амино--имидазолилпропионовая кислота
Боковой радикал гидрофильный, ионогенный несёт положительный заряд
Триптофан (ТРИ)
Боковой радикал гидрофобный, неионогенный.
Иминокислоты
Пролин (ПРО)
Боковой радикал гидрофобный, неионогенный.
Оксипролин (ОПР )
Боковой радикал гидрофйльный, ионогенный.
Кислотно-основные свойства -аминокислот
По протолитической теории кислот и оснований, -аминокислоты относятся к амфолитам, т.к. содержат в составе молекулы кислотный и основной центры. В водном растворе молекула -аминокислоты существует в виде биполярного иона.
В зависимости от рН среды может преобладать тот или иной заряд.
В сильнокислых средах: (рН=1-2) формируется катионная форма -аминокислоты. В сильнощелочной среде: (рН = 13-14) преобладает анионная форма -аминокислоты.
Существуют значения рН спецефические для каждой аминокислоты, в которой количество анионных форм в растворе равно количеству катионных форм. При этом необходимо учитывать наличие ионогенных группировок боковой цепи.
Значение рН при котором общий заряд молекулы -аминокислоты равен 0, называется изоэлектрической точкой -аминокислоты (pIАК).
Если рН раствора соответствует изоэлектрической точке -аминокислоты, то при электрофорезе не происходит движения молекулы в растворе. Если рН раствора<pI, то катионная форма -аминокислоты движется к катоду. Если рН раствора > pI, то анионная форма -аминокислоты движется к аноду. На этом основано разделение АК методом электрофореза.
Для большинства белков животного происхождения изоэлектрические точки лежат в пределах от 5,5 до 7,0 (исключение: пепсин – pI = 1, сальмин – pI = 12), т.е. белки обладают более выраженными кислотными свойствами.
При физиологических значения рН = 7,34-7,36 in vivo ни одна -аминокислоты и ни один белок не находится в изоэлектрическом состоянии, а преобладает анионная форма, отрицательный заряд которой уравновешивается катионами натрия и калия (Na+ и К+).
Химические свойства аминокислот
Аминокислота – это гетерофункциональные органические соединения, вступающие в реакции, характерные для карбоксильных групп, аминогрупп, и проявляющие ряд специфических биохимических свойств.
Как амфолиты -аминокислоты образуют соли при взаимодействии с кислотами и основаниями.
Реакция декарбоксилирования -аминокислоты – это ферментативный процесс образования биогенных аминов из соответствующих -аминокислоты. Декарбоксилирование происходит с участием фермента – декарбоксилазы и кофермента (KoF) – пиридоксальфосфата.
Гистамин является медиатором аллергических реакции организма. При декарбоксилировании глутаминовой α-аминокислоты образуется ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), которая является медиатором торможения нервной системы.
3. Реакция дезаминирования – эта реакция является процессом удаления аминогруппы путем окислительного, восстановительного, гидролитического или внутримолекулярного дезаминирования. В организме преобладает путь окислительного дезаминирования с участием ферментов – дегидрогеназ и кофермента – НАД+.
На первой стадии процесса осуществляется дегидрирование -звена с образованием -иминокислоты. На второй стадии происходит неферментативный гидролиз -аминокислоты, приводящий к образованию -кетокислоты и сопровождающийся выделением аммиака, включающегося в цикл образования мочевины.
С помощью подобных процессов снижается уровень избыточных АК в клетке.
4. Переаминирование или трансаминирование -аминокислоты – это путь синтеза необходимых АК из -кетокислот. При этом донором аминогруппы является -аминокислота, находящаяся в избытке, а акцептором аминогруппы – -кетокислота (ПВК, ЩУК, -кетомасляная кислота). Процесс происходит с участием фермента – трансаминазы и кофермента – пиридоксальфосфата.
Процесс переаминирования связывает обмен белков и углеводов в организме, он регулирует содержание -аминокислот и синтез заменимых -аминокислот.
Кроме этих реакций -аминокислоты способны образовывать сложные эфиры, ацильные производные и вступать в реакции, которые не имеют аналогий в химии in vitro. К таким процессам относятся гидроксилирование фенилаланина в тирозин.
При отсутствии необходимого фермента в организме накапливается фенилаланин, при его дезаминировании образуется токсическая кислота, накопление которой приводит к тяжелому заболеванию – фенилкетонурии.