Лекция Аминокислоты (ак)

Это гетерофункциональные соединения, содержащие амино- и карбоксильную группы:

Номенклатура

Обычно АК имеют тривиальное название.

По рациональной номенклатуре их названия составляются путем прибавления к тривиальному названию приставки амино- и буквы греческого алфавита, указывающей положения – NH₂ группы по отношению к – СООН.

МН в названии АК используется редко.

Изомерия

1. Изомерия цепи:

Лейцин, a-аминоизокапроновая к-та, a-амино--метилвалериановая к-та

Изолейцин, a-амино-b-метил- валериановая к-та

2. Изомерия положения гр. – NH₂:

a-Аланин

b-Аланин

3. Оптическая изометрия (обладают все АК, кроме глицина). Отнесение к D- и L-ряду проводят по аналогии с глицериновым альдегидом по расположению Н и –NH₂ гр.

Во всех случаях, когда a-АК содержит два и более асимметрических атомов углерода, конфигурацию ее определяют, исходя из a-углеродного атома.

D- L- Аланин

D-Треонин Алло-L-треонин

В организме обычно имеются L-, a- и алло-формы. В составе белков АК находятся только в L-форме. D-АК встречаются в антибиотиках (грамицидин).

Классификация

По числу –NH₂, –COOH групп, а также в зависимости от R- АК подразделяют на: моноаминокарбоновые, моноаминодикарбоновые, диаминокарбоновые, ароматические и гетероциклические.

Аланин	Лизин, a,e-диаминокапроновая к-та
a-Аминоглутаровая к-та, Глутаминовая к-та	Тирозин, n-оксифенилаланин

Триптофан,

-индолилаланин,

3-индолил-2-аминопропановая к-та

Кроме вышесказанного выделяют также окси- и серусодержащие АК:

Серин -амино--оксипропионовая к-та

Цистеин, -амино--тиопропионовая к-та

Живые организмы различаются по своей способности синтезировать АК. АК, не синтезируемые в организме, наз-ся незаменимыми. Это гетероциклические и разветвленные АК.

Химические свойства

I. Кислотно-оснóвные

АК за счет –I группы –NH₂ являются более сильными к-тами, чем соответствующие им карбоновые к-ты и более слабыми основаниями, чем амины.

a-АК являются амфотерными соединениями, т.к. содержат в одной молекуле –NH₂ гр., обусловливающую оснóвные св-ва и –СOOH – кислотные. Поэтому в зависимости от среды АК могут существовать в р-ре в виде катионов или анионов. В кислой среде протонируется –NH₂ гр., в щелочной – –COOH гр. превращается в анион –СОО^ . В среде близкой к нейтральной АК существует в виде диполярного иона:

Значение рН р-ра, при котором АК имеет равное количество положительных и отрицательных зарядов, наз-ся изоэлектрической точкой (ИЭТ). Заряд белковой молекулы определяется суммой ионогенных групп –NH₃⁺ и –COO^–. Изображение АК в неионизированной форме является упрощенным.

АК, как амфотерные соединения, образуют соли как с к-тами, так и с основаниями:

2. Р-ции по –СООН группе

АК могут диссоциировать, образовывать соли, сложные эфиры, ангидриды, амиды, хлорангидриды.

Эта р-ция используется как “защитная” в синтезе белков и пептидов.

3. Р-ции по –NH₂ группе

а) Р-ция солеобразования (см. выше)

б) Р-ция с HNO₂

Эта р-ция дезаминирования in vitro. По количеству выделившегося азота определяют кол-во АК (метод Ван-Слайка).

в) Хлорангидриды и ангидриды к-т образуют с АК ацилпроизводные (подобно аминам и мочевине):

Эта р-ция используется для “защиты” –NH₂ гр. в синтезе белков и пептидов.

г) Р-ция с формальдегидом

При взаимодействии с альдегидами -АК, подобно первичным аминам, образуют основания Шиффа.

4. Отношение АК к нагреванию

а) -АК при нагревании могут отщеплять одну или две молекулы воды. При отщеплении одной молекулы воды образуются дипептиды:

Дипептид обладает способностью взаимодействовать с новой молекулой АК с образованием трипептида, тетрапептида и полипептида. Последний является основой белковых молекул. Название ди– и полипептидов строится по названиям тех к-т, из которых они образуются. Поэтому АК, участвующая в образовании пептида имеет окончание –ИЛ, а концевая АК, сохранившая гр. –СООН – полное название:

Аланин Серин АланИЛсерин

Используется сокращенная запись полипептида с указанием концевых групп и названий АК первыми тремя буквами русского или латинского алфавита:

Н₂N – Ала – Тир – Гли – Глу – СООН

Аla Tyr Gly Glu

При отщеплении двух молекул воды от двух молекул АК образуется дикетопиперазин (циклический амид):

+

Глицин Дикетопиперазин

б) -АК выделяют при нагревании NH₃ и образуют непредельную к-ту, т.е. идет р-ция дезаминирования:

Кротоновая к-та

_{СН3–СН=СН–СООН}

_{-Аминомасляная к-та}

в) -аминокислоты образуют лактамы:

Лактамная

(пептидная) группа

Бутиролактам

-Аминомасляная к-та

5. Р-ции дезаминирования:

В организме человека и животных под действием различных ферментов происходят процессы дезаминирования. Во всех случаях гр. -NH₂ освобождается в виде NH₃, а продуктами дезаминирования могут быть жирные к-ты, окси- и кеток-ты. При этом окислительное дезаминирование преобладает :

а) Окислительное дезаминирование

Оксок-та

б) Восстановительное

К-та

в) Гидролитическое

Оксик-та

г) Внутримолекулярное

Непредельная к-та

6. Р-ции декарбоксилирования

Карбоновые к-ты in vitro декарбоксилируются в очень жестких условиях. Введение в -положение ЭА групп -NH₂, , –ОН способствует стабилизации карбоаниона и поэтому такие замещеные к-ты очень легко декарбоксилируются:

В лабораторных условиях аминокислоты легко декарбоксилируются в щелочной среде. В организме -аминокислоты декарбоксилируются под действием фермента декарбоксилазы:

Глутаминовая к-та -Аминомасляная к-та, ГАМК

Гистидин, Гистамин,

-амино--[4(5)-имидазолил]- 2-имидозолиламиноэтан,

пропионовая к-та 4(5)-аминоэтилимидазол

Образующиеся амины имеют большое физиологическое значение и наз-ся биогенными аминами. Они участвуют в ряде р-ций обмена нервной и сердечно-сосудистой систем. Нарушение обмена биогенных аминов влечет за собой возникновение патологических состояний, в частности, некоторых психозов, аллергических заболеваний, воспалительной и болевой реакций. Так, гистамин является сосудорасширяющим соединением, понижает кровяное давление. ГАМК играет большую роль в жизнедеятельности нервной системы, где не только обезвреживает NH₃, но и влияет на дыхание, проведение нервных импульсов.

К биогенным аминам, образующимся из тирозина в процессе обмена веществ, относится группа катехоламинов: адреналин, норадреналин и дофамин:

Тирозин Дофамин

Норадреналин Адреналин

Дофамин, норадреналин и адреналин выполняют роль нейромедиаторов. Адреналин (5мг) является гормоном мозгового вещества надпочечников, а норадреналин и дофамин – его предшественниками. Адреналин участвует в регуляции сердечной деятельности, обмена углеводов. При физиологических стрессах он выделяется в кровь (“гормон страха”). Активность адреналина связана с конфигурацией хирального центра, определяющей взаимодествие с рецептором. Подобно 1,2-дигидроксибензолу, катехоламины с р-ром FeC1₃

дают изумрудно-зеленое окрашивание, переходящее в вишнево-красное при добавлении р-ра аммиака, что может служить качественной р-цией на эти соединения.

Из тирозина синтезируются также пигменты кожи, глаз, волос.

Кроме р-ций декарбоксилирования в организме протекают под влиянием ферментов много строго специфических р-ций: переаминирования, трансаминирования и др.

7. Р-ции по радикалу

Все циклические АК, содержищие бензольное кольцо – триптофан, тирозин, фенилаланин – легко вступают в р-ции замещения по бензольному кольцу с На1₂, НО–NO₂, HO–SO₃H.

Путем йодирования тирозина в организме образуется гормон щитовидной железы тироксин:

_{Тирозин Дийодтирозин}

Качественная р-ция на ароматические АК – ксантопротеиновая – обусловлена нитрованием бензольного кольца с образованием нитросоединений желтого цвета. При добавлении к ним щелочи возникает оранжевое окрашивание:

8. Качественная р-ция на -АК

Это р-ция с нингидрином:

-AK

Нингидрин Продукт р-ции сине-фиолетового цвета

+ CO₂ + R–CHO

Альдегид

9. Р-ция на присутствие серусодержащих АК

Цистеин

Метионин

Цистин

Цистеин и цистин легко превращаются друг в друга за счет р-ции окисления-восстановления:

_{Цистеин} Цистин + Н₂О

Обмен серы в организме идет, в основном, за счет цистина и цистеина. Они обусловливают структуру белка, реактивность многих ферментов и гормонов. За счет ферментативного окисления серы образуется H₂SO₄, которая вступает во взаимодействие с ядовитыми веществами, обезвреживая их.

Качественной р-цией на серусодержащие АК является р-ция Фоля:

Коричневый

Метионин играет большую роль в обмене сложных липидов, препятствуя синтезу нейтральных жиров и холестерина, т.к. является донором метильных групп, содержится в большом количестве в сыре, твороге.

По оценкам американских врачей повышенный уровень цистеина, всегда присутствующего в крови, ассоциируется с 10–15% инфарктов и 30–40% инсультов. Избыток цистеина обычно обусловлен нехваткой фолиевой к-ты и витаминов группы В.

Применение АК

ГАМК в медицине под названием аминалон (гаммалон) применяется при психических заболеваниях, обладает ноотропным действием, т.е. влияет на процессы мышления. На основе ГАМК создан ряд новых ноотропных средств:

Фенибут Пирацетам, ноотропил

H₂N–(CH₂)₅–CООН -аминокапроновая к-та получается гидролизом -капролактама. В медицине используется в качестве кровоостанавливающего средства. -Капролактам (синтезируется из фенола) применяют для получения капрона.

парааминобензойная к-та (ПАБК)

Получают из паранитротолуола. Сложные эфиры ПАБК (анестезин и новокаин) используются в качестве местноанестезирующих средств:

R = – С₂Н₅ анестезин – не растворим в воде,

R = –СН₂– СН₂–N⁺Н(С₂Н₅)₂С1^– новокаин –

растворим в воде.

парааминосалициловая к-та (ПАСК)­–

противотуберкулезное средство