Центральное положение занимает здесь глутаминовая кислота, которая образуется при реакции а-кетоглутаровой кислоты с аммиаком, а затем благодаря переаминированию передает аминогруппу другим аминокислотам.

Биосинтез незаменимых аминокислот исследовался преимущественно у микроорганизмов и высших растений, причем оказалось, что для разных видов наблюдаются только небольшие изменения путей синтеза. Исходными веществами в этих случаях тоже являются сравнительно простые алифатические соединения (см. табл. 1-9).

Таблица 1-Я, Исходные вещества для биосинтеза незаменимых аминокислот

Биосинтез аминокислот с разветвленными боковыми цепями (Leu, Val, Не) и ароматическими кольцевыми системами (Phe, Туг, Тгр) происходит аналогично.

1.6.Разделение рацематов аминокислот [94, 95]

В 1851 г. Пастер показал, что синтетические аминокислоты и аминокислоты естественного происхождения различаются по их оптическим свойствам. Предположение, что синтетические соединения представляют собой эквимолярную смесь » и ь-энантиомеров, было подтверждено в 1886 г. микробиологическими исследованиями Шульца и Боссхардта. В том же году Пьютти удалось разделить на энантиомеры DL-аспарагин путем перекристаллизации из водного раствора. Эрлих детально исследовал ферментативный метод расщепления рацематов и выделил с хорошими выходами в чистом виде D-антиподы ряда важных аминокислот. Первое химическое разделение рацемата было проведено Фишером в конце прошлого века. Для этого из N-ациламинокислот были получены соли с алкалоидами. Такие диастереомерные соли имеют различные физические свойства.

В настоящее время разделение рацематов аминокислот осуществляют в промышленном масштабе. При этом особое значение имеют хроматогра-

фическое разделение на носителях с хиральными группами, методы селективной кристаллизации и ферментативные разделения с помощью фиксированных на носителях ферментов. Для того чтобы рацемат полностью перевести в L-ИЛИ D-форму, второй антипод, полученный при разделении рацемата, рацемизацией снова переводится в DL-аминокислоту, которая опять подвергается разделению на оптические антиподы, Рацемизацию проводят ферментативно с помощью специфических рацемаз или действием уксусного ангидрида, а в случае свободных аминокислот и их солей — нагреванием до 200 — 250 °С водных растворов под давлением.

Длительный естественный процесс рацемизации ведет к образованию определенных D-аминокислот в окаменелостях и морских отложениях. Например, для эпимеризации ь-изолейцина в D-алло-изолейцин период полупревращения составляет —100 000 лет, так что можно использовать определение степени рацемизации для установления возраста пород (аминокислотное датирование [96 — 98], которое далеко превышает область датирования по радиоактивному углероду). Следует, однако, принимать во внимание, что рацемизация свободных аминокислот зависит также от температуры, pH, ионной силы и ионного состава среды [99].

Одним из неразрешенных вопросов, касающихся пребиотического периода, является разделение на энантиомеры полученных абиогенным путем DL-аминокислот. Возможно, в этом процессе участвовал циркулярноили эллиптически-поляризован- ный свет, возникающий при отражении от поверхности моря; он мог активировать преимущественное образование в химических реакциях одного из антиподов. В 1977 г. Норден [100] получил экспериментальное доказательство фоторазложения или фотоинверсии энантиомеров при облучении водных растворов DL-аминокислот циркулярно-поляризованным светом. Облучение вело к накоплению энантиомеров с положительным циркулярным дихроизмом. Этим может объясняться преобладание L-аминокислот в биосфере. Преимущественное разрушение D-антиподов при действии '"Бна-излучения на DL-тирозин (Гарей, 1968 г.) тоже говорит в пользу оптического отбора.

Другая принципиальная возможность преимущественного накопления одного энантиомера основана на энантиоселективном обмене с неорганическими хиральными носителями. Так, например, кварцевый порошок абсорбирует из диметилформамидного раствора DL-аланина преимущественно D-аланин (D:L = 49,5:50,5), из раствора гидрохлорида изопропилового эфира DL-аланина — гидрохлорид D-эфира с обогащением от 1,5 до 12,4% [101]. Происхождение оптической активности обсуждается в работах [102 — 104].

1.6.1.Методы кристаллизации [105]

Внекоторых случаях при кристаллизации из пересыщенных растворов образуются не смешанные кристаллы DL-энантиомеров, а эвтектика из кристаллов D- и L-изомеров, так что энантиомеры можно отделить друг от друга механическим отбором. В ряду аминокислот применение этого метода ограниченно, так как только аспарагин, глутаминовая кислота и треонин выпадают в виде хорошо образованных кристаллов (спонтанная кри-

сталлизация). Практическое значение имеет метод затравки: в пересыщенные растворы аминокислот вводят кристаллы D- ИЛИ ь-энантиомеров соответствующей аминокислоты. Выкристаллизовывающаяся аминокислота имеет такую же конфигурацию, как добавленная затравка. Этот метод успешно применяется для расщепления глутаминовой кислоты, гистидина, треонина, аспарагиновой кислоты, аспарагина и глутамина.

Методы кристаллизации успешно применяются также в случае аммониевых солей ацилированных аминокислот (Trp, Phe) или в случае солей аминокислот с ароматическими сульфокислотами, например сульфаниловая кислота или антрахинон-/3-сульфокислота используются для разделения лизина, сульфаниловая кислота — для серина.

1.6.2.Химические методы

Химические методы расщепления рацематов основаны на образовании диастереоизомерных солей с оптически активными вспомогательными веществами и разделении их фракционной кристаллизацией. Для образования солей с 1Ч-ацил(или Ы-алкил)-аминокислотами применяют алкалоиды, а-фе- нилэтиламин, фенхиламин, хлорамфеникол и его синтетический предшественник L(+)-/ирго-1-(4-нитрофенил)2-амино-1,3-пропандиол.

Для образования солей с такими производными аминокислот, как эфиры, амиды, гидразиды и нитрилы, в качестве оптически активных вспомогательных веществ успешно применяют винную кислоту, дибензоил-D- винную кислоту или D-камфорсульфокислоту.

Успех химического расщепления рацематов зависит от вида и количества применяемого растворителя, температуры кристаллизации и легкости отщепления вспомогательного вещества от диастереомерной соли. Только в исключительных случаях выделение оптически чистого энантиомера удается без последующей перекристаллизации. Высокую чистоту имеют соединения, самопроизвольно выделившиеся в твердую фазу в виде кристаллов из растворов продуктов реакции. Можно повлиять на поведение энантиомера при кристаллизации, добавляя вспомогательные вещества противоположной конфигурации. Так, например, при добавлении L-ВИННОЙ кислоты вместо D-винной диастереомер, который раньше оставался в маточном растворе, выделялся в виде кристаллов высокой степени оптической чистоты.

1.6.3.Ферментативные методы

Среди ферментативных методов получения оптически активных аминокислот различают три направления:

1)селективное окисление или декарбоксилирование энантиомеров DLаминокислот специфическими ферментами;

2)катализируемый ферментами асимметрический синтез производных аминокислот;