2. Хімічні властивості а-амінокислот. Реакції поліконденсації з утворенням пептидів. Якісні реакції на α-амінокислоти, пептиди, білки.

Амінокислоти — безбарвні кристалічні речовини, солодкі на смак, більшість з них розчиняється у воді, у воді рН близька до нейтральної (рН 6,8), оптично активні (крім гліцину), мають високу температуру плавлення (220 — 315 °С), належать до L-ряду – в основному входять до складу білків, амінокислоти D-ряду — складові елемен­ти деяких антибіотиків та білків оболонок мікроорганізмів.

Медико -биологическое значение аминокислот

1. Входят в состав белков организма человека.

2. Входят в состав пептидов организма человека.

3. Из аминокислот образованы в организме многие низкомолекулярные биологически активные вещества: ГАМК, биогенные амины и др.

4.Часть гормонов в организме — производные аминокислот (гормоны щитовидной железы, адреналин).

5. Предшественники азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот.

6. Предшественники порфиринов, идущих на биосин­тез гема (для гемоглобина и миоглобина).

7. Предшественники азотистых оснований, входящих в состав сложных липидов (холина, этаноламина).

8. Участвуют в биосинтезе медиаторов в нервной сис­теме (ацетилхолин, дофамин, серотонин, норадреналин и др.) .

9.Отдельные аминокислоты используются в качестве лекарственных средств:

а) глицин (гликокол) — снижает раздражительностъ, улучшает сон, уменьшает

депрессивные явления;

б) глутаминовая кислота - используется в медицин­ской практике при лечении

заболеваний ЦНС: психозов, реактивных состояний, депрессии, снятия

нейротоксических явлений;

в) метионин — для лечения и предупреждения заболеваний печени : жировой

дегенерации печени, поражений печени гепатотоксическими ядами, дистрофии в

резуль­тате белкового голодания.

г) гистидин — используют в медицине для лечения гепатитов, язвенных процессов в

желудке и двенадцати­перстной кишке;

д) ГАМК-( γ-аминомасляная кислота) при лечении психических заболеваний.

Отдельные представители, входящие в лекарственные препараты

Пара-аминобензойная кислота

O

H₂N - - C

OH

входит в состав анестезина — этилового эфира пара-аминобензойной кислоты, который используется в качестве местноанестезирующего средства; новокаина — β - диэти-ламиноэтилового эфира пара-аминобензойной кислоты -основной местный анестетик в хирургической практике, хотя его производные (лидокаин, тримекаин и др.) обла­дают более сильной анестезирующей активностью.

анестезин

новокаин

Биологическое значение аминокислот

Аминокислоты имеют огромное значение для живых организмов —из аминокислот построены белки, без которых невозможна жизнь. Из 20 аминокислот, широко рас­пространенных в природных белках, 10 аминокислот яв­ляются незаменимыми, т.е. поступление их с пищей в организм обязательно, ибо происходит нарушение роста, расстройство нервной системы, общая слабость, раздражительность, нарушение кожной чувствительности, от­рицательный азотный баланс. Незаменимые аминоксилоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, ; фенилаланин, триптофан, лизин, гистидин, аргинин. Организм человека не может синтезировать их из имеющихся аминокислот в данный момент . Заменимые аминокислоты – гликол, аланин, цистин, цистеин, серин, глутаминовая и аспаргиловая кислоты, тирозин, пролин, оксипролин. Эти аминокислоты при недостатке их в пище могут синтезироваться в организме.

Амінокислоти досить хімічно активні. Вони вступають у низку хімічних реакцій, як за аміно-, так і за карбоксильними групами. Взаємодіючи з лугами, вони утворюють солі, з кисло­тами — солі, можуть утворювати етери і естери, здатні декарбоксилуватися і дезамінуватися, при взаємодії між собою — утворювати пептиди і дикетопіперазини. Крім того, аміно­кислоти утворюють солі з багатьма металами — купрумом, цинком, плюмбумом тощо.

Цветная реакция аминокислот с нингидрином. Реакция с нингидрином очень чувствительна, поэтому ее часто применяют для качественного и количественного анализа а-аминокислот.

К 2—3 мл 1%-ного раствора аминоуксусной кислоты добавля­ют 2—3 капли 0,1%-ного раствора нингидрина в ацетоне. Содер­жимое пробирки встряхивают и нагревают на горячей водяной бане. Через некоторое время появляется фиолетовая окраска с си­ним оттенком.

Различные а-аминокислоты с нингидрином образуют окра­шенные соединения, отличающиеся оттенком. Механизм реак­ции а-аминокислот с нингидрином :

Н С = О

| OH

R - C - COOH + 2 C →

| OH

NH₂ C = O

Нингидрин

С = О OH

C

→ С = N - C O

+ R - C + CO₂↑ +3H₂O

С = О O = C H

Дикетогидриндилидендикетогидриндамин

( розово - фиолетовый )

Реакции поликонденсации (образование ангидридов – неполное ) :

Н Н Н Н

| О | О | |

R - C - C + R₁ - C - COOH → R – C – C - N - C – COOH + H₂O

| OH | | |

NH₂ H - N NH₂ R₁

|

H дипептид

Реакции с образованием солей – амфотерность :

Н Н

| |

R - C - COOH + NaOH → R - C - COONa + H₂O

| |

NH₂ NH₂

Аминокислота соль-натриевая Соль аминокислот

3. Білки як біополімери. Способи сполучення α-амінокислот у молекулах білків. Зв'язки, що формують первинну, вторинну, третинну та четвертинну структури. Поняття та терміни гетерофункціональних сполук.

Пептиди — природні або синтетичні речовини, молекули яких побудовані із залишків а-амінокислот, сполучених між

О

║

собою пептидними зв'язками —С — NН — . За числом таких залишків розрізняють ди-, три-, тетра- і поліпептиди. Останні­ми є пептиди з довгим ланцюгом, побудованим із залишків багатьох амінокислот. Якщо до складу такого ланцюга вхо­дить від 2 до 9 залишків, їх називають олігопептидами. По­ліпептиди, які мають високу молекулярну масу і можуть утво­рювати однозначну просторову структуру, відносять до білків.

Молекули пептидів — біполярні йони. Здебільшого пеп­тиди добре розчиняються у воді, при гідролізі (кислотному, лужному чи ферментативному) розщеплюються до амінокис­лот. Для пептидів характерні ті самі фізичні й хімічні влас­тивості, що й для амінокислот. До пептидів належать гормо­ни (наприклад, вазопресин і окситоцин), коферменти (глута-тіон), пептиди м'язової тканини (карнозин і аневрин), ендорфіни та енкефаліни (нейропептиди), багато антибіотиків (граміцидин) тощо.

Структурна організація білків.

Белки - полимеры 22 природных аминокислот со спе­цифической структурой.

Первичная структура — последовательность амино­кислотных остатков в полипептидной цепи, образуется за счет пептидных связей, возникающих за счет альфа-карбоксильной группы одной аминокислоты и альфа ами­ногруппы последующей аминокислоты.

Вторичная структура — способ укладки полипептид­ной цепи в альфа-спираль или β-структуру за счет менее прочных водородных связей (Н^σ+ ....О^σ-).

Третичная структура- пространственная укладка а-спирали или полипептидной цепи в определенную конформацию за счет четырех видов связей:

1)водородных (Н^σ+ ....О^σ-),

O

2)ионных (солеобразующих):- NH₃⁺… C

O -

3)дисульфидных: —S—S—;

4)гидрофобных (сил Вандер-Ваальса). Третичная структура — субъединица. Четвертичная структура - «комплекс субъединиц, способных к диссоциации» (Джон Бернал), или объеди­нение в определенном порядке двух и большего количе­ства субъединиц в молекулу олигомерного белка.

Например, молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц (по 17000 Д каждая).

О бщая формула белков: H H H

| O | |

NH₂- C - - C - N - C - - COOH

| |

R R_{1 n}

Цветные реакции на белки

1)биуретовая реакция — к раствору белка добавляютравный объем 10% -ного раствора едкого натра и 1 каплю раствора 1%-ной СиS0₄. Развивается розово-фиолетовое окрашивание за счет образования комплексных (хелатных) соединений меди (П) с пептидными связями (реак­ция положительна, начиная с трипептидов).

2)ксантопротеиновая реакция — с концентрирован­ной азотной кислотой (в присутствии серной) — образует­ся желтое окрашивание за счет нитрования бензольного ядра ароматических аминокислот, если они присутству­ют в данном белке:

СН – СН

СН С – СН₂ – СН – СООН + 2 HONO₂ →

СН = СН |

NH₂

фенилаланин

NO₂

С – СН

→ СН С – СН₂ – СН – СООН

С = СН |

NO₂ NH₂

3,5 - динитрофенилаланин

3) реакция с уксусно-кислым свинцом для обнаруже­ния серусодержащих аминокислот в составе белков:

R - CH - CH – COOH

| | + NaOH + ( CH₃COO)₂Pb →

SH NH₂

R - CH - CH – COOH

| | + 2CH₃COOH + 2H₂O + PbS↓

→ OH NH_{2 черного цвета}

Роль белков в организме человека

1.Ферментативная - в клетке участвуют в биохими­ческих реакциях 2000 различных ферментов, и все они по химической природе — белки (простые или сложные)

2.Гормональная — в организме человека 50% всех гор­монов имеют белковую природу.

3.Рецепторная - избирательное связывание различных регуляторов -гормонов, биогенных аминов, простагландинов, медиаторов, циклических мононуклеотидов, протекает с помощью белков-рецепторов.

4.Структурная (пластическая) - мембраны всех кле­ток и субклеточных единиц представляют собой бислой; белки и фосфолипиды, т.е. белки играют роль в форми­- ровании всех клеточных структур.

5.Иммунологическая - гуморальный иммунитет че­ловека связан с наличием у-глобулина (антител).

6.Гемостатическая — свертывание крови связано с наличием в крови белков свертывания крови (факторов)

7.Противосвертывающая — антитромбиновая, антитромбопластиковая и фибрино-литическая системы связа­ны с наличием в крови соответствующих белков.

8.Геннорегуляторная — белки-гистоны, кислые бел­ки играют роль в процессе трансляции.

9.Транспортная — перенос О₂, ВЖК, липидов, стеро­идов, лекарственных веществ осуществляют различные фракции белков крови.

10.Сократительная — в работе мышц участвуют бел­ки: актин, миозин, тропонин и тропомиозин,

11.Обезвреживающая — при отравлениях солями тяжёлых металлов (свинец, медь, цинк и др.) и алкалоида­ми противоядием являются белки (особенно молочных продуктов).

12. Опорная (механическая) — прочность соединитель­ной, хрящевой и костной ткани за счет белков — коллаге­на, эластина, фибронектина.

13.Создание биопотенциалов мембран клеток и внут­ренней мембраны митохондрий.

14.Энергетическая —1 г белка, окисляясь до конеч­ных продуктов —мочевины, углекислого газа и воды, дает 4,1 ккал энергии.

Применение белков в медицине

Кровь, плазма крови, сыворотка кроки — всё это белковые растворы, которые широко используются в меди­цине при операциях , лечении ожогов отравлений особенно, методом плазмафереза).

Для создания иммунитета вводятся вакцины, которые также представляют собой белковые растворы. с-глобули­ны — раствор белка — широко используют при лечении ин­фекционных заболеваний, как носители антител.

БЕЛКИ — 100 г в сутки — являются обязательной со­ставной частью пиши человека, так как они НЕЗАМЕ­НИМЫ ни углеводами, ни липидами (жирами).

У лабораторній практиці здійснюють якісне й кількісне визначення білків у біологічних рідинах (крові, сироватці крові, сечі, лікворі, травних соках тощо), що дає змогу встанови­ти діагноз у хворих тварин, призначити і контролювати ліку­вання, зробити прогноз, а при ветеринарио-санітарній оцінці тваринницької продукції дати оцінку її якості.

Поняття та терміни гетерофункціональних сполук.