2. Аминокислоты

Аминокислоты – органические гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно амино- (–NH₂) и карбоксильную (–COOH) группы. Общая формула:

(Nh2)m r(cooh)n,

где m – число аминогрупп, а n – число карбоксильных групп. В более широком смысле к аминокислотам могут быть отнесены и соединения с иной кислотной функцией, например, аминосульфоновые кислоты.

Классификация аминокислот

По числу функциональных (амино и карбоксильных) групп:

• моноаминомонокарбоновые;

• диаминомонокарбоновые;

• аминодикарбоновые и т. д.

От природы углеводородного радикала аминокислоты:

• ароматические

• гетероциклические

От взаимного расположения амино- и карбоксильной групп:

• α-аминокислоты;

• β-аминокислоты;

• γ-аминокислоты и т. д.

По отношению к биологическим организмам:

• Заменимые. Синтезируются в организме человека. К ним относятся глицин, аланин, глутаминовая кислота, серин, аспарагиновая кислота, тирозин, цистеин.

• Незаменимые. Не синтезируются в организме человека в количествах, достаточных для того, чтобы удовлетворить физиологические потребности организма, поступают с пищей.

Номенклатура аминокислот. Простейшим соединением ряда аминокислот является глицин NH₂–CH₂–COOH.

Для названия аминокислот используют следующие номенклатуры:

• тривиальная;

• рациональная;

• систематическая.

Тривиальная. Родоначальники гомологических рядов алифатических и ароматических аминокислот – глицин и аминобензойная кислота соответственно. Происхождение этих исторических названий связано со свойствами и названиями продуктов, из которых они впервые были выделены. Глицин имеет сладкий вкус, впервые был выделен из «животного клея» (от греч. glycos – сладкий и kolla – клей и произошло название гликокол). Цистин выделен из камней желчного пузыря (от греч. «цистис» – пузырь). Лейцин получен из молочного белка – казеина (от греч. «леукос» – белый). Аспарагиновая кислота изолирована от ростков спаржи (от греч. «аспарагус» – спаржа). Орнитин выделен из помёта птиц (от греч. «орнитус» – птица).

Рациональная. Производится путём прибавления к названию соответствующей карбоновой кислоты (название кислоты используется тривиальное), приставки амино-. Буквой греческого алфавита указывается положение аминогруппы по отношению к карбоксильной группе.

Систематическая номенклатура. Название производится от названия соответствующей карбоновой кислоты с указанием местоположения аминогруппы и заместителей при помощи локантов. В названиях алифатических аминокислот по заместительной номенклатуре аминогруппа обозначается префиксом амино-, а карбоксильная группа как старшая – суффиксом -овая кислота. В названиях ароматических аминокислот в качестве родоначальной структуры используется бензойная кислота. Для аминокислот, участвующих в построении белков, применяются в основном тривиальные названия. В природе встречается свыше 70 аминокислот, но только 20 из них играют важную роль в живых системах (таблица 1).

Все аминокислоты, за исключением пролина и оксипролина, имеют структуру R–CH(NΗ₂)CO₂H; различия между аминокислотами определяются природой радикала.

Таблица 1 – Названия аминокислот по различным номенклатурам

№	Формула	Название соединения
		Тривиальное	Рациональное	Систематическое
1	NH2–CH2–COOH	Глицин (гликокол) (Gly)	аминоуксусная	аминоэтановая
2	CH3––CHNH2–COOH	Аланин (Ala)	α-амино-ропионовая	2-аминопропановая кислота
3	NH2–(CH2)2–COOH	β-Аланин (Ala)	β-амино- пропионовая	3-аминопропановая кислота
4	(CH3)2–(CH)2NH2–COOH	Валин (Val)	α-амино- изовалериановая	2-амино-3-метил-бутановая
5	CH3–CH2–CHNH2–COOH	–	α-амино- масляная	2-аминобутановая
6	CH3–CHNH2–CH2–COOH	–	β-амино- масляная	3-аминобутановая
7	NH2–(CH2)3–COOH	–	y-амино- масляная	4-аминобутановая
8	NH2C–(CH3)2–COOH	–	α-амино- изомасляная	2-амино-2-метил-пропановая
9	(CH3)2–CH–CH2–CH(NH2)–COOH	Лейцин (Leu)	α-амино- изокапроновая	2-амино-4-метилпентановая
10	CH3–CH2–CH(CH3)–CH(NH2)–COOH	Изолейцин (Ile, ileu)	α-амино- β-метил-β-этил- пропионовая	2-амино-3-метилгексановая
11	C6H5–CH2–CH(NH2)–COOH	Фенилаланин (Phe)	α-амино-β-фенил- пропионовая	2-амино-3-фенилпропановая
12	HO–CH2–CH(NH2)–COOH	Серин (Ser)	α-амино-β-окси-пропионовая	2-амино-3-оксипропановая
13		Пролин (Pro)	пирролидин-α-карбоновая	пирролидин-2-карбоновая
14	NH–OH–(CH2)2–(CH)2–COOH	Оксипролин (Hydro)	y-оксипирролидин-α-карбоновая	3-оксипирролидин-2-карбоновая
15		Триптофан (Try)	α-амино-β-индолил-пропионовая	2-амино-3-индолил-пропановая
16	CH3–S–(CH2)2–CH(NH2)–COOH	Метионин (Met)	α-амино-y-метил-тиомасляная	2-амино-4-метилтио-бутановая
17	COOH–CH2–CH(NH2)–COOH	Аспарагиновая кислота (Asp)	аминоянтарная	аминобутан-диовая
18	NH2–CO–CH2–CH(NH2)–COOH	Аспарагин [Asp(NH2) или asn]
19	COOH–(CH2)2–CH(NH2)–(COOH)2	Глутаминовая кислота (Glu)	α-аминоглутаровая	2-аминопентан-диовая
20	NH2–CO–(CH2)2–CH(NH2)–COOH	Глутамин [Glu(NH2)]
22	NH2–(CH2)4–CH(NH2)–COOH	Лизин (Lys)	α,ε-диамино-капроновая	2,6-диамино-гексановая
23		Аргинин (Arg)	α-амино- δ-гуанидино-валериановая	2-амино-5-гуанидино-пентановая
24		Гистидин (His)	α-амино- β-имидазолил-пропионовая	2-амино-3-имидазолил-пропановая
25	CH3–CH(OH)–CH(NH2)–COOH	Треонин (Thr)	α-амино-β-окси-масляная	2-амино-3-оксибутановая
26	HO–(C6H4)–CH2–CH(NH2)–COOH	Тирозин (Tyr)	α-амино-β-(n-гидроксифенил)-пропионовая	2-амино-3-(n-гидроксифенил)-пропановая
27	HS–CH2–CH(NH2)–COOH	Цистеин (Cys)	α-амино-β-тио-пропионовая; α-амино- β-меркапто-пропионовая	2-амино- 3-меркапто- пропановая
28	COOH–CH(NH2)–CH2–S2–CH2–CH(NH2)–COOH	Цистин (Cys-scy)	β,β'-дитиоди- α-амино- пропионовая	3,3'-дитио- 2-амино-пропановая

Изомерия.

Структурная:

• скелетная;

• взаимного положения;

• метамерия.

Пространственная:

• оптическая

Все природные аминокислоты (кроме глицина), являются оптически активными веществами в результате кислотного или щелочного гидролиза белков). Большинство из природных α-аминокислот принадлежит к L-стерическому ряду. D-аминокислоты встречаются в составе немногих белков микроорганизмов (например, в белках клеточной стенки бактерий сибирской язвы). С данной особенностью связывают устойчивость этих бактерий к расщепляющему действию ферментов человека и животных.

Согласно номенклатуре (R, S), большинство «природных» или L-амино- кислот имеет S-конфигурацию.

L-Изолейцип и L-треонин, содержащие по два хиральных центра в молекуле, могут быть любыми членами пары диастереомеров в зависимости от конфигурации при β-углеродном атоме.

Получение аминокислот

1. Получение α-аминокислот

1. Из природных веществ. Белки при гидролизе в водных растворах в присутствии кислоты дают смесь α-аминокислот, которые можно выделить и разделить. Все они оптически активны.

2. Получение из α-галогенкарбоновых кислот in vitro (аминирование или аммонолиз, реакция Геля–Фольгарда–Зелинского). Реакция протекает по механизму S_N. Из галогенозамещенных кислот наиболее доступны α-галогенозамещенные кислоты, поэтому способ используется в основном для синтеза α-аминокислот.

3. Модифицированный метод синтеза при помощи малонового эфира обычно применяется для синтеза незамещенных кислот:

Галогенуглеводороды алкилирует ацетиламинмалоновый эфир:

4. Аминирование эфиров α-галогензамещённых кислот (по Габриэлю) – фталимидный синтез:

5. Синтез Штреккера-Зелинского. Получение α-аминокислот из альдегидов (кетонов) путём действия на них синильной кислоты (или её соли) и аммиака (или NH₄Cl). Вначале из альдегида, циановодородной кислоты и аммиака образуется α-аминонитрил, который затем гидролизуется в аминокислоту:

Синтез α-аминокислот по Штреккеру сводится к реакции карбонильного соединения со смесью хлорида аммония и цианистого натрия. Это усовершенствование метода Штреккера предложено Н.Д. Зелинским и Г.Л. Стадниковым. В результате реакции этих неорганических веществ образуются аммиак и цианистый водород — «активные компоненты» процесса.

6. Восстановление оксимов, гидразонов и других азотсодержащих производных кислот:

1.7 Получение из нитросоединений (реакция Зинина). Ароматические аминокислоты получаются при восстановлении нитропроизводных ароматических кислот:

8. Гидролиз белков. При гидролизе белков обычно образуются сложные смеси аминокислот, однако с помощью специальных хроматографических методов из этих смесей можно выделять отдельные чистые аминокислоты. Так из гидролизатов природных белковых продуктов получают пролин, цистин, аргинин, гистидин.

8. Микробиологический способ. Ввиду сложности химического синтеза и в связи с трудностями разделения оптических изомеров некоторые аминокислоты получают с помощью микроорганизмов. К таким аминокислотам относят лизин (пищевой), триптофан, треонин.