11. Химия - Chemistry / Біонеорганічна, фізколоїдна і біоорганічні хімія. Вибрані лекції _Л.О. Гоцуляк, О.О. Мардашко та ін. - О_ ОДМУ, 1999. - 248 с

Велике значення для медичної практики мають метильовані за атомом азоту ксантини: теофілін, теобромін і кофеїн. Вони збуджують ЦНС, а малими дозами — підвищують працездатність.

Теобромін міститься в зернах какао (близько 1,8 %), теофілін і кофеїн — у листі чаю та зернах кави.

Сечова кислота, чи 2,6,8-тригідроксипурин, є одним із кінцевих продуктів метаболізму нуклеїнових кислот. Вона виводиться з сечею (близько 1 г на добу).

(2,6,8-тригідроксипурин)

В організмі тварин сечова кислота синтезується з сечовини. Амонійні солі сечової кислоти дуже погано розчиняються у воді.

219

При порушенні обміну речовин в організмі солі сечової кислоти (урати) відкладаються в суглобах (подагра), а також у вигляді ниркового каміння.

Окислення сечової кислоти за лабораторних умов, наприклад, при дії азотної кислоти, призводить до руйнування імідазольного кільця й утворення алоксану.

O

H O

N

O N O

H

Алоксан

Лекція 4

ХІМІЯ БІЛКІВ І НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

α-Амінокислоти як структурні ланки білків

Класифікація, номенклатура й ізомерія амінокислот

Органічні сполуки, що містять у молекулі карбоксильну групу –СООН і аміногрупу –NH2, називаються амінокислотами.

Значення амінокислот надзвичайно велике, бо всі пептиди і білки побудовані із залишків α-амінокислот. Серед них виділено групу з 20 найбільш важливих α-амінокислот, які постійно наявні в усіх білках (табл. 6.1).

Основним джерелом α-амінокислот для живого організму є харчові білки. Багато α-амінокислот синтезується в живому організмі. Але деякі α-амінокислоти, необхідні для синтезу білків і підтримання азотистого балансу, синтезуватися не можуть і повинні надходити ззовні. Такі амінокислоти називають незамінними. До них належать валін, лейцин, ізолейцин, лізин, треонін, метіонін, фенілаланін, триптофан. До організму незамінні амінокислоти надходять з білковою їжею.

При деяких, здебільшого природжених хворобах, кількість незамінних амінокислот збільшується.

220

Таблиця 6.1. Фізичні константи найважливіших α-амінокислот

221

Закінчення табл. 6.1

Назва амінокислоти за номенклатурою IUPAC складається з назви відповідної кислоти і префікса «аміно-» з означенням положення групи NH2 в радикалі.

Наприклад,

βα

222

Однак для амінокислот, що беруть участь у побудові білків, застосовуються в основному тривіальні назви.

У назві ароматичних амінокислот як родоначальник структури використовується бензойна кислота. Ароматичні амінокислоти існують у вигляді орто-, мета- і параізомерів:

Наприклад, гетероциклічними є такі амінокислоти:

Амінокислоти, в яких кількість аміногруп перебільшує кількість карбоксильних, називають основними (наприклад, лізин), а при надлишку карбоксильних груп — кислими (наприклад, глутамінова кислота).

NH2

HOOC CH2 CH2 CHCOOH

Глутамінова кислота (кисла)

Ізомерія амінокислот

Для амінокислот характерна структурна і просторова ізомерія. Структурна ізомерія зумовлена будовою вуглецевого ланцюга і положенням аміногрупи в радикалі.

223

Структурна ізомерія

1. Ізомерія вуглецевого ланцюга:

α

Оптична ізомерія

Оптична ізомерія пов’язана з тим, що в усіх амінокислотах, крім гліцину, є асиметричний (хіральний) атом вуглецю, зв’я- заний з чотирма різними замісниками.

Відносна конфігурація D- і L-амінокислот визначається як і у гідроксикислот за конфігураційним еталоном — гліцериновим альдегідом.

За R-, S-системою позначень α-амінокислоти L-ряду мають S-, а D-ряду — R-конфігурацію (за виключенням цистеїну).

224

Пара енантіомерів

Майже всі природні α-амінокислоти на відміну від вуглеводів належать до L-ряду. α-Амінокислоти D-ряду іноді називають «неприродними», тому що вони не беруть участі в біосинтезі білків у організмі людини та тварин.

Амінокислоти, що належать до різних стереохімічних рядів, різняться за смаком. Наприклад, D-глутамінова кислота не має смаку, а L-глутамінова має смак м’яса.

Використання для побудови білків організму людини та тварин тільки одного виду стереоізомерів α-амінокислот, а саме енантіомерів L-ряду, має важливе значення для формування просторової структури білків і виявлення ними біологічної активності. З цим безпосередньо пов’язана стереоспецифічність дії ферментів.

Макромолекули ферментів також побудовані з L-α-аміно- кислот, тобто з хірального матеріалу. В цілому вони є хіральними, тому вступають у взаємодію тільки з тими субстратами, які також мають визначену конфігурацію.

Методи одержання і властивості амінокислот

За лабораторних умов α-амінокислоти одержують двома способами:

1. Ціаногідринний синтез (реакція Зелінського — Стаднікова)

NH4Cl + KCN NH4 CN + KCl

NH4 C N NH3 + H C N

Ціанід амонію

225

Амінокислота

2. Амоноліз α-галогенокарбонових кислот

У живих організмах синтез відбувається з використанням доступних метаболітів іншої хімічної природи (наприклад, кетокислот) й інших амінокислот.

1. Відновне амінування. Відновлюючий реагент-кофермент НАДН + Н+ — нікотинамід аденіндинуклеотид.

NH2

L-Глутамінова кислота

α-Кетоглутарова кислота завжди міститься в клітинах (як продукт метаболізму вуглеводів). У процесі цієї реакції in vivo утворюється тільки один стереоізомер, а саме α-амінокисло- та L-ряду, що зумовлене стереоспецифічною будовою ферменту, який каталізує цю реакцію.

2. Переамінування (трансамінування)

Потрібна для організму α-амінокислота (II) синтезується з α-амінокислоти (І), що міститься в клітинах достатньою або надлишковою кількістю. Реакція відбувається з участю ферментів трансаміназ і коферменту піридоксальфосфату. В цілому переамінування зводиться до взаємного обміну двох функціональних груп — аміно і карбонільної.

226

Наприклад, синтез в організмі L-глутамінової кислоти з L- аспарагінової:

Процес переамінування є сполучною ланкою між метаболізмом білків (амінокислоти) і ліпідів (кетокислоти). Таким чином, ліквідується надлишок окремих амінокислот і регулюється їх вміст у клітинах.

Фізичні властивості

α-Амінокислоти — безбарвні кристалічні речовини з високою температурою плавлення (понад 200 °С), добре розчинні у воді, дуже слабко — в органічних розчинниках. Водні розчини одноосновних амінокислот мають рН = 6,8. Висока температура плавлення, відсутність у спектрах ліній, характерних для карбоксильної й аміногруп, пояснюється їх своєрідною будовою. Вони є внутрішніми солями (біполярні іони):

Такий біполярний іон у кислому середовищі переходить у катіонну, а в лужному — в аніонну форму.

Хімічні властивості

Кислотно-основні властивості. a-Амінокислоти є амфотер-

ними сполуками, тобто утворюють солі як з лугами, так і кислотами. Це зумовлене наявністю в їх молекулі функціональних груп кислотного (СООН) і основного (NH2) характеру:

227

У водному розчині існує рівновага між катіонною й аніонною формою і біполярним іоном. Положення рівноваги залежить від рН середовища.

Якщо сумарний заряд молекул дорівнює чи близький до 0, наприклад, у біполярному іоні гліцину, то молекула електронейтральна, тобто перебуває в ізоелектричному стані.

В ізоелектричній точці амінокислоти мають мінімальну електрофоретичну рухливість.

Розділення суміші амінокислот хроматографічним методом грунтується на відмінності кислотно-основних властивостей — здатності адсорбуватися на твердій фазі.

Реакції за карбоксильною групою

1. Утворення солей α-Амінокислоти утворюють з основами звичайні солі, а з

катіонами важких металів — забарвлені розчинні у воді внутрішньокомплексні сполуки: