Аминокислоты, белки

Содержание.

1.   Классификация аминокислот.

2.   Синтезы , , - аминокислот.

3.   Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе и карбоксилу.

4.   - аминокислоты, их роль в природе.

5.   Синтез пептидов.

Белковые вещества:

1.   Классификация.

2.   Строение. Первичная структура, понятие о вторичной, третичной и четвертичной структурах.

3.   Понятие о ферментах.

Классификация аминокислот.

Аминокислотами называются органические кислоты, содержащие одну или несколько аминогрупп. В зависимости от природы кислотной функции аминокислоты подразделяют на аминокарбоновые, например H₂N(CH₂)₅COOH, аминосульфоновые, например H₂N(CH₂)₂SO₃H, аминофосфоновые, H₂NCH[P(O)(OH)₂]₂, аминоарсиновые, например, H₂NC₆H₄AsO₃H₂.

Согласно правилам ИЮПАК название аминокислот производят от названия соответствующей кислоты; взаимное расположение в углеродной цепи карбоксильной и аминной групп обозначают обычно цифрами, в некоторых случаях - греческими буквами. Однако, как правило, пользуются тривиальными названиями аминокислот. ( см. таблицу 1.) .

В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу различают ,  и - аминокислоты:

	CH3CH2­CHCOOH ç NH2  -аминомасляная кислота		CH2CH2COOH  ç NH2 -аминопропионовая кислота		CH2CH2­CH2COOH  ç NH2 -аминомасляная кислота

Все - аминокислоты, кроме аминоуксусной (глицина), имеют асимметрический - углеродный атом и существуют в виде двух энантиомеров. За редким исключением, природные -аминокислоты относятся к L- ряду (S-конфигурация) и имеют следующее пространственное строение:

По физическим и ряду химических свойств аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований. Они лучше растворяются в воде, чем в органических растворителях; хорошо кристаллизуются; имеют высокую плотность и исключительно высокие температуры плавления. Эти свойства указывают на взаимодействие аминных и кислотных групп, вследствие чего аминокислоты в твёрдом состоянии и в растворе (в широком интервале pH) находятся в цвиттер-ионной форме (т.е. как внутренние соли). Взаимное влияние групп особенно ярко проявляется у -аминокислот, где обе группы находятся в непосредственной близости.

Цвиттер-ионная структура аминокислот подтверждается их большим дипольным моментом (не менее 50×10^-30 Кл × м), а также полосой поглощения в ИК- спектре твердой аминокислоты или её раствора.

Таблица 1. Важнейшие аминокислоты.

Тривиальное название	Сокр.название ос- татка ами нок-ты	Формула	Температура плавления, 0С.	Растворимость в воде при 250С, г/100г.
Моноаминомонокарбоновые кислоты
Гликокол или глицин	Gly	H2NCH2COOH	262	25
Аланин	Ala	H2NCH(CH3) COOH	297	16,6
Валин	Val	H2NCHCOOH ï CH(CH3)2	315	8,85
Лейцин	Leu	H2NCHCOOH ï CH2CH(CH3)2	337	2,2
Изолейцин	He	H2NCHCOOH ï CH3 ─ CH ─ C2H5	284	4,12
Фенилаланин	Phe	H2NCHCOOH ï CH2C6H5	283 (разл.)	―
Моноаминодикарбоновые кислоты и их амиды
Аспарагиновая кислота	Asp(D)	H2NCHCOOH ï CH2COOH	270	0,5
Аспарагин	Asn(N)	H2NCHCOOH ï CH2CONH2	236	2,5
Глутаминовая кислота	Glu(E)	H2NCHCOOH ï CH2CH2COOH	249	0,84
Глутамин	Gln(Q)	H2NCHCOOH ï CH2CH2CONH2	185	4,2
Диаминомонокарбоновые кислоты
Орнитин(+)	Orn	H2NCHCOOH ï CH2CH2CH2 NH2	140	―
Лизин	Lys(K)	H2NCHCOOH ï CH2CH2CH2 CH2NH2	224	Хорошо растворим
Аминокислоты
Аргинин	Arg®	H2NCHCOOH ï CH2 ï CH2CH2 NH ─ C ─ NH2 ║ NH	238	15
Гидроксиаминокислоты
Серин	Ser(S)	H2NCHCOOH ï CH2OH	228	5
Треонин	Tre(T)	H2NCHCOOH ï CH2 (OH)CH3	253	20,5
Тирозин	Tyr(Y)	H2NCHCOOH ï CH2C6H4OH-n	344	―
Тиоаминокислоты
Метионин	Met(M)	H2NCHCOOH ï CH2CH2SCH3	283	3,5
Цистин	(Cys)2	2	260	0,011
Цистеин	Cys©	H2NCHCOOH ï CH2SH	178	Хорошо растворим
Гетероциклические аминокислоты
Триптофан	Try(W)	H2NCHCOOH ï H2C NH	382	1,14
Пролин	Pro(P)	H2C CH2 ï ï H2C CHCOOH NH	299	16,2
Оксипролин	Opr	HOHC CH2 ï ï H2C CHCOOH NH	270	36,1
Гистидин	His(H)	NH2CHCOOH ï H2C ―C ―― CH ï ï N NH CH	277	4,3

 

Синтезы , , - аминокислот.

-аминокислоты получают галогенированием карбоновых кислот или эфиров в -положение с последующей заменой галогена на аминогруппу при обработке амином, аммиаком или фталимидом калия (по Габриэлю).

CℓCH2―C―OH + NH3 → CℓCH2―C―O- + NH4Cℓ ║ ║ O O -аминоуксусная кислота

По Штрекеру – Зелинскому -аминокислоты получают из альдегидов:

RCHO + NaCN + NH4Cℓ → RCH(NH2)CN → RCH(NH2)CONH2 → RCH(NH2)COOH

Этот метод позволяет также получать нитрилы и амиды соответствующих -аминокислот. По сходному механизму протекает образование -аминофосфоновых кислот по реакции Кабачника- Филдса, например:

	RCHO + NH3 + (C2H5O)2PHO → RCH(NH2)P(O)(OC2H5)2

В этой реакции вместо альдегидов могут быть использованы кетоны, а вместо диалкилфосфитов- диалкилтиофосфиты, кислые эфиры алкилфосфонистых кислот RP(OH)OR и диарилфосфиноксиды Ar₂HPO.

Альдегиды и кетоны или их более активные производные – кетали служат для синтеза - аминокислот с увеличением числа углеродных атомов на две единицы. Для этого их конденсируют с циклическими производными аминоуксусной кислоты – азалактонами, гидантоинами, тиогидантоинами, 2,5-пиперазиндионами или с её медными или кобальтовыми хелатами, например:

Удобные предшественники -аминокислот - аминомалоновый эфир и нитроуксусный эфир. К их -углеродным атомам можно предварительно ввести желаемые радикалы методами алкилирования или конденсации. -кетокислоты превращают в -аминокислоты гидрированием в присутствии NH₃ или гидрированием их оксимов, гидразонов и фенилгидразонов.

Можно получать -аминокислоты также непосредственно из -кетонокислот, действуя на них аммиаком и водородом над никелевым катализатором:

Некоторые L--аминокислоты ввиду сложности синтеза и разделения оптических изомеров получают микробиологическим способом (лизин, триптофан, треонин) или выделяют из гидролизатов природных белковых продуктов (пролин, цистин, аргинин, гистидин).

- аминосульфоновые кислоты получают при обработке аммиаком продуктов присоединения NaHSO₃ к альдегидам:

RCHO + NaHSO₃  ® RCH(OH)SO₃Na ® RCH(NH₂)SO₃Na

CH2=CH-C-OH + NH3 ® H2N-CH2-C=O- ║ ║ O O

-аминокислоты синтезируют присоединением NH₃ или аминов к ,-ненасыщенным кислотам:

В.М.Родионов предложил метод, в котором совмещаются в одной операции получение ,-непредельной кислоты конденсацией альдегида с малоновой кислотой и присоединение аммиака:

―CO2

-аминокислоты получают гидролизом соответствующих лактамов, которые образуются в результате перегруппировки Бекмана из оксимов циклических кетонов под действием H₂SO₄. -аминоэтановую и -аминоундекановую кислоты синтезируют из ,,,-тетрахлоралканов путем их гидролиза конц. H₂SO₄ до -хлоралкановых кислот с последующим аммонолизом:

Cℓ(CH₂CH₂)_nCCℓ₃ → Cℓ(CH₂CH₂)_nCOOH → H₂N(CH₂CH₂)_nCOOH

Исходные тетрахлоралканы получают теломеризацией этилена с CCℓ₄.

Бекмановская перегруппировка оксимов циклических кетонов. Наибольшей практический интерес представляет перегруппировка оксима циклогексанона:

Получаемый этим путем капролактам полимеризуют в высокомолекулярный поликапромид

из которого изготовляют капроновое волокно.

Свойства аминокислот: амфотерность, реакция по аминогруппе и карбоксилу.