7. 2 Классификация природных аминокислот

Природные аминокислоты классифицируют по нескольким признакам:

1) биологическому : в отношении обмена веществ в организме человека различают два вида аминокислот

заменимые( синтезируются в клетках человека) :

аланин, аргинин, аспарагиновая кислота, глицин, глутаминова кислота,

гистидин, пролин, серин, тирозин, цистеин,

незаменимые( не синтезируются в клетках человека, должны поступать с продуктами

питания) :

валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин

Для детей дополнительно незаменимыми являются аргинин и гистидин.

2) химическому , который связан со строением и составом радикала

3) физико- химическому , в основу которого положены кислотно- основные свойства:

различают нейтральные , кислые , основные аминокислоты.

7. 3Физические свойства природных аминокислот

Аминокислоты – твердые, кристаллические вещества, многие хорошо растворимы в воде, некоторые сладкие на вкус.

7.4 Поведение аминокислот в водных растворах: образование цвиттер-ионов, изменение заряда и электрофоретической подвижности в зависимости от рН-среды. Изоэлектрическая точка

Кислотно- основные свойства аминокислот

Аминокислоты – амфотерные вещества, в твердом состоянии онивсегдасуществуют в виде биполярного, двухзарядного иона- « цвиттер- иона». ( zwei - нем –два)

R–CH–COOH<—>R–CH–COO^–

| |

NH₂+NH₃

биполярный ион

Нейтральные аминокислоты

Если в составе радикала аминокислоты нет групп, склонных к ионизации, то такая аминокислота и при растворении в воде представляет собой биполярный ион. К этаким аминокислотам – их называют нейтральными аминокислотами- относятся аланин, валин, гистидин, глицин, изолейцин, лейцин, метионин, серин, тирозин, треонин, триптофан , фенилаланин, цистеин . Нейтральные аминокислоты незначительно изменяют рН водного раствора в слабокислую сторону , не создают электропроводность водного раствора.

Биполярный ион в кислой среде приобретает положительный заряд, а в щелочной – отрицательный.

R – CH – COO ^– +ОН^– R – CH – COO ^– + Н⁺ R – CH – COOН

| <——> | <——> |

NH₂-Н₂О +NH₃ +NH₃

анион в биполярный ион катион в

щелочной среде кислой среде

То значение рН, при котором аминокислота находится в виде биполярного иона, носит название изоэлектрической точки (pI ).

Значение pIнейтральных аминокислот лежит в слабокислой среде. Например, у глицинаpI= 5, 9, аланина – 6,02 , фенилаланина- 5,88. Слабокислая среда полностью подавляет диссоциацию положительно заряженной группы ( +NH₃ ) и тем самым максимально повышают концентрацию цвиттер-иона.

В кислой среде нейтральная аминокислота становится катионом и мигрирует к катоду, а в щелочном растворе - анионом и перемещается к аноду при пропускании постоянного тока через раствор , содержащий смесь аминокислот. Ионы аминокислот передвигаются к электроду с различной скоростью, зависящей от природы аминокислоты и рН среды.

Метод анализа аминокислот и белковпутем их разделения в электрическом поле называется электрофорезом.

Кислые аминокислоты

Две аминокислоты – аспарагиновая и глутаминовая , называемые моноаминодикарбоновыми, кислыми аминокислотами,содержат дополнительные карбоксильные группы в составе радикала

НООС- СН₂- СН- СООН НООС – СН₂– СН₂- СН- СООН

| |

NH₂NH₂

аспарагиновая глутаминовая

В кристаллическом состоянии они являются биполярными ионами, при растворении в воде происходит диссоциация второй карбоксильной группы, среда раствора становится кислой( рН < 7 ), а кислота превращается в анион с зарядом -1.

НООС – ( СН ₂)_n– СН- СОО^––ООС – ( СН₂)_n– СН- СОО^–+ Н⁺

| ————> |

+NH₃<———— +NH₃

кристалл+ Н⁺раствор

биполярный ион анион

Изоэлектрическая точка моноаминодикарбоновыхкислот находится в кислой среде: у аспарагиновой ( рI= 2, 87 ) и глутаминовой ( рI= 3, 22 ) .Это объясняется следующим образом: добавление протона более сильной кислоты подавляет диссоциацию ω –карбоксильной группы, анион превращается в цвиттер-ион.

Основныеаминокислоты

Три аминокислоты – диаминомонокарбоновые , основные кислоты- содержат в радикале дополнительно аминогруппу- к ним относятсялизин, аргинин и орнитин( последняя не встречается в составе белков, но чрезвычайно важна для синтеза мочевины)

NH₂- ( СН2)_n - СН- СООНNH₂- С -NH- ( СН2)₃- СН- СООН

| | | |

NH₂NHNH₂

n = 3 орнитин гуанидиновая

n = 4 лизин группа аргинин

В кристаллическом состоянии они являются биполярными ионами, а при растворении в воде происходит протонирование второй аминогруппы, возникает катион аминокислоты с зарядом +1. Среда раствора становится щелочной. Изоэлектрическая точка находится в щелочной среде: аргинин ( рI= 10,76), лизин (рI= 9, 74).

+ НОН

⁺NH₃- ( СН )_n - СН- СОО^–———>⁺NH₃- ( СН )_n - СН- СОО^–+ ОН^–

| <——— |

NH₂+ ОН^–+NH₃

кристалл раствор

биполярный ион катион

В биполярном ионе присоединение протона от карбоксильной группы происходит к более основной ω – аминогруппе ( она в меньшей степени испытывает акцепторное индуктивное действие карбоксильной группы по сравнению с группой в а-положениии).

В кислой среде возможно также протонирование одного атома азота цикла имдазола в молекуле гистидина ( вспомните, такой атом азота мы называли «пиридиновый» )

Добавление более сильного основания вновь превращает катион диаминомонокарбоновой кислоты в цвиттер- ион.

NB ! Водные растворы аминокислот обладают буферными свойствами. При добавлении кислоты или щелочи аминокислоты приобретают тот или иной заряд: если рН раствора больше, чем рI, преобладают анионы кислоты, если меньше, чем рI, то преобладают катионы кислоты.