Аминокислоты.

 

Аминокислотами называются соединения, в молекуле которых содержится одновременно аминные и карбоксильные группы. Простейшим представлением их является аминоуксусная кислота (глицин) NH₂-CH₂-COOH.

В зависимости от положения аминогруппы по отношению к карбоксилу различают  α- , β- , γ- аминокислоты и т.д.:

 

CH₃CHCOOH                    CH₂CH₂COOH                     CH₂CH₂CH₂COOH

       │                                │                                           │             

            NH₂                                              NH₂                                                                 NH₂               

 α -аминопропионовая                   β -аминопропионовая                    γ –аминомаслянная

        кислота.                                           кислота.                                                  кислота.

 

 

 α -Аминокислоты  играют важную роль в процессах жизнедеятельности живых организмов, так как являются теми соединениями, из которых строится молекула любого белка. Природные аминокислоты могут быть получены при гидролизе белковых веществ животного и растительного происхождения. Все α-аминокислоты, часто встречающиеся в живых организмах, имеют тривиальные названия, которые обычно и употребляются.

 

Химические свойства аминокислот.

 

Способность вещества участвовать в химических реакциях называется химическим свойством. Аминокислоты в молекуле имеют две функциональные группы, которые определяют их химические свойства. Это карбоксильные  и амино- группы, обусловливающие их способность вступать в различные химические реакции. Поскольку аминокислоты обладают выраженной амфотерностью, то они дают соли как с кислотами, так и с основаниями, образуют сложные эфиры со спиртами, подвергаются декарбоксилированию, дезаминированю и т. д.

 

1. Образование солей.

 

CH₂─COOH + NaOH  →  CH₂─COONa + H₂O

                               │                                        │     

                               NH₂                                        NH₂

                                     Глицин             Основание             Соль

 

 

CH₂─COOH + HCI  →   CH₂─COOH

                                       │                                      │

                                       NH₂                                     NH₃CI

                                            Глицин                Кислота        Соль  солянокислый глицин

 

2. Образование сложных эфиров. Аминокислоты со спиртами в присутствии кислого катализатора (газообразный HCI) дают сложные эфиры:

 

R─СH─COOH + CH₃OH → R─CH─COO─CH₃ + H₂O

                           │                                             │

                               NH₂                                       NH₂

                             Аминокислота                                Метиловый эфир

                                                                                              аминокислоты

 

Аминокислоты ─ кристаллические вещества с высокой температурой плавления, а их эфиры обладают летучестью. Например, простейшая аминокислота глицин имеет температуру плавления, равную 292⁰С, а его метиловый эфир- жидкость с температурой кипения 130⁰С. Поэтому эфирный метод используется для разделения α- аминокислот из гидролизатов белков. Их эфирные производные широко используется в анализе смесей α- аминокислот методом газожидкостной хроматографии.

3. Декарбоксилирование или отщепление карбоксильной группы в виде СО₂ от аминокислоты. В лабораторных условиях декарбоксилирование α- аминокислот происходит при нагревании, а в организме – с участием фермента декарбоксилазы и ряда кофакторов с образованием аминов:

 

R─CH─COOH   →    CO₂ + R─CH₂─NH₂

                                         │

                                         NH₂

                                   Аминокислота                                    Амин

 

4. Дезаминирование или отщепление аминогруппы в виде аммиака от аминокислоты. Вне организма дезаминирование осуществляется действием азотистой кислоты. При это выделяется газообразный азот, по объёму которого определяют количество α-аминокислот, вступивших в реакцию (метод Ван-Слайка):

 

R─CH─COOH + HNO₂ → R─CH─COOH + N₂ + H₂O

                               │                                          │

                               NH₂                                      OH

                         Аминокислота                             Гидроксикислота

В живых клетках окислительное дезаминирование аминокислот происходит под действием ферментов оксидаз с образование иминов, затем кетокислот:

 

                                         _-2H                                         

R─CH─COOH   →   R─C─COOH + H₂O → R─C─COOH + NH₃

                   │                                 ║                                    ║

                        NH₂                             NH                                  O

                    Аминокислота               Иминокислота                      α-кетокислота

 

5.Образование основания Шиффа. При взаимодействии α-аминокислот с альдегидами образуетмся основание Шиффа (замещенный амин):

 

                                                        H

 

R─CH─COOH + C─R₁ → H₂O + R─CH─COOH

                                    │                                                        │                  

                                    NH₂           O                              N=CH-R₁

                                             Аминокислота          Альдегид                     Основание Шиффа

 

Практическое значение имеет реакция с формальдегидом, лежащая в основе количественного определения аминокислот (белков) методом формольного титрования (методом Серенсена).

6. Реакция с нингидрином. Эта реакция представляет наибольший интерес, т.к. она лежит в основе цветной реакции на α-аминокислоты, широко используется для идентификации и особенно для количественного определения.

Нингидрин — сильный окислитель. Под его действием аминокислота подвергается декарбоксилированию и дезаминированию.

 

          O                                                                    O

                  ║                                                                     ║

                      C           OH                                                    C         OH                                    O    

 

                 С            +  R─CH─COOH  →                    C           +  NH₃  +  CO₂ + R─C 

                                          │                                                  

          C             OH               NH₂                                                  C        H                                        H

                  ║                                                                     ║

O                                                                    O                                          Альдегид

Нингидрин                      Аминокислота               Восстановленный

                                                                                        нингдрин  

 

 

Восстановленный нингидрин вступает в реакцию с одной молекулой невосстановленного нингидрина и аммиака, при этом образуется продукт сине-фиолетового цвета. По интенсивности его окраски колориметрически (при 570нм) определяют количество аминокислоты.

 

       O                                                   O                                O                   O

       ║                                                   ║                                ║                   ║   

             C         OH                     HO         C                                C                   C

 

                 C           +  NH₃ +           C                    →                   C=N─C                      +  3H₂O  + H⁺

 

         C         H                        HO         C                                C                   C

         ║                                                  ║                                ║                   │

          O                                                 O                                O                   O^—

 

 

 Продукт сине-фиолетового цвета

   -дикетогидриндилиден

дикетогидриндантин

 

 

Пролин, имеющий имуногруппу, в этих условиях даёт продукт жёлтого цвета с максимумом поглощения при 40 нм.

7. Реакция с 1-фтор-2,4-динитробензол. Эта реакция используется для идентификации аминокислот, находящихся как в свободном состоянии, так и в составе белков ( N-концевые аминокислоты). α -Аминокислоты в щелочной среде взаимодействуют с 1-фтор-2,4-динитробензолом, в результате чего образуются динитрофениламинокислоты с жёлтой окраской и фтористоводородная кислота.

 

 

            NO₂                                                                                     NO₂               

                    F                                                                             NH─CH─COOH

                            + R─CH─COOH  →    HF  +                               │  

O₂N                              │                                       O₂N                      R

                                 HNH

1-фтор-2,4-                    Аминокислота                                Динитрофенил-

динитробензол                                                                        аминокислота

 

 

8. 8. Реакция Фоля.

 

COOH                               COOH

│                                        │

CH─NH₂     +   NaOH  →  CH─NH₂   +   Na₂S   +   H₂O

│                                        │

CH₂─SH                           CH₂─OH

 

Цистеин                                                          Ацетат свинца реагирует со щелочью

 

                         Na₂S  +  Pb(CH₃COO)₂  →  PbS↓  +  2CH₃COONa

 

 

9. 9. Ксантопротеиновая реакция.

 

 

      CH₂─CH─COOH                                          CH₂─CH─COOH

                │                                                                    │

                NH₂                 +     2HNO₃   →                      NH₂                      +   2H₂O

                                                                  O₂N           NO₂

 

     OH                                                                  OH   

  Тирозин                                                         Динитротирозин     

 

                        NH₂                                                            NH₂

                        │                                                                │

              CH₂─CH─COOH                                      CH₂─CH─COOH

                                                                                  │

                                                 +  NH₄OH  →                                            +  H₂O

   O₂N           NO₂                                           O₂N 

                                                                                           N─ONH₄

                OH                                                                         ║

                                                                                            O