ПРИРОДНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ

Аминокислоты- большой класс органических соединений. характерным признаком которых является наличие в составе молекулы двух функциональных групп- карбоксильной и аминогруппы. Особую группу составляют природные аминокислоты. Их условно можно разделить на 2 группы:

- аминокислоты, которые участвуют в образовании пептидов и белков. Для них характерно только а- строение и все принадлежат к L – стереоряду.

- аминокислоты, которые обладают биологической активностью, но не являются мономерами природных полимеров белков и пептидов.

Природные а –L - аминокислоты – мономеры полипептидов и белков.

Обычно выделяют около 20 природных аминокислот, из которых образуется все множество природных белков растительного и животного происхождения.

Единый генетический код природы определяет единство аминокислотного состава белков.

Номенклатура природных аминокислот: применяются тривиальные названия.

Особенности строения и стереохимия.

Природные аминокислоты относятся к L – стереоряду и имеют а- строение ( это означает, что обе функциональные группы- амино- и карбоксильная- связаны с общим атомом углерода, который всегда оптически активный ( за исключением глицина – аминоуксусной кислоты). Исследованию пространственного строения природных аминокислот посвящены фундаментальные работы Э.Фишера, П. Каррера.

R –C^*H – COOH COOH NH₂ - СН₂- СООН

| | глицин

NH₂ NH₂ - ^*C – H

|

R L – стереоряд

Большинство природных аминокислот имеют только один асимметричный атом углерода, но две аминокислоты – треонин и изолейцин – содержат два хиральных центра.

Обе аминокислоты могут быть представлены двумя парами диастереомеров.( конечно, каждое соединение существует в виде 4 стереоизомеров, но конфигурация атома, связанного с амино- и карбоксильной группой может быть только L- ряда. Поэтому количество изомеров сводится к двум)

На рисунке представлены истинные абсолютные конфигурации этих аминокислот.

СН₃ – ^*С Н - ^*С Н – СООН С ₂Н₅ – ^*С Н - ^*С Н- СООН

| | | |

ОН NH₂ СН₃ NH₂

L- треонин L - изолейцин

СООН СООН

| |

NH₂ – C - Н NH₂- С – Н

| |

Н – С - ОН СН₃ – С - Н

| |

СН₃ С ₂Н₅

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 они всегда существуют 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 -Н₂ О + 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 pI нейтральных аминокислот лежит в слабокислой среде. Например, у глицина pI = 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 белков путем 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 – СН ₂– СН₂- СН- СООН

| |

NH₂ NH₂

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 – ( СН ₂)_n– СН- СОО ^– + Н⁺

| ————> |

+NH₃ < ———— +NH₃

кристалл + Н ⁺ раствор

биполярный ион анион

Изоэлектрическая точка моноаминодикарбоновых кислот 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.

Основные аминокислоты

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

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

| | | |

NH ₂ NH NH₂

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^–

| < ——— |

NH ₂ + ОН ^{– +} NH ₃

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.