Лекция Аминокислоты, белки

Аминокислоты

Аминокислоты являются структурными блоками белков. Аминокислоты содержат две функциональные группы: карбоксильную группу СООН и аминогруппу NH2.

В зависимости от расположения NH2 группы в цепи различают α – , β –, γ– аминокислоты.

CH2CH2CH2COOH

NH2

γ– аминомасляная кислота

В состав белков входят только α- аминокислоты. Всего их 20, они отличаются радикалом. Общая формула аминокислот:

R-CHCOOH

NH2

Молекулы аминокислот хиральны, имеют хиральный центр и существуют в виде 2-х энантиомеров, все кроме глицина. Например, α–аланин:

Раствор синего цвета

В водных растворах α–аминокислоты существуют в виде биполярного иона , карбоксильная группа отдает протон, а аминогруппа присоединяет протон

Биполярный ион

В зависимости от рН среды биполярный ион может либо присоединять протон, либо отдавать протон, образуя катионную или анионную форму.

Состояние, когда молекула α–аминокислоты электронейтральна (биполярный ион), называется изоэлектрическое состояние, а рН среды, при котором α–аминокислота находится в изоэлектрическом состоянии, называется изоэлектрическая точка, рI. У нейтраьных аминокислот она лежит в нейтральной среде, например, рI аланина= 6,0.

В растворе аминокислоты существуют в виде равновесной смеси всех форм, в кислой среде преобладает катионная форма, в щелочной – анионная. В организме α–аминокислоты находятся преимущественно в ионном состоянии, что соответствует лучшей растворимости и биологической активности

2.Свойства аминокислот, обусловленные карбоксильной группы

- Образование амидов аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Реакция протекает в организме (in vivo) и играет важную роль:

Это образование постоянно встречающихся в белках аминокислот – аспарагина и глутамина

Один из путей обезвреживания токсичного аммиака, которого образуется много в нервной ткани, мозгах, где процессы метаболизма протекают особенно интенсивно

Это транспортная форма аммиака в печень и почки, где он выводится в виде мочевины или аммонийных солей

-Одна из биологически важных реакций, это реакции декарбоксилирования – это отщепление карбоксильной группы в виде углекислого газа с образованием биогенных веществ (БАВ – биологически активные вещества). Все аминокислоты подвергаются этому превращению. Например:

3. Свойства аминокислот, обусловленные аминогруппой

Одна из биологически важных реакций – отщепление аминогруппы в виде аммиака (NH3). Это реакция дезаминирования, а аммиак – конечный продукт обмена и очень токсичен, так как является сильным основанием. Существует два типа дезаминирования.

В организме (in vivo) протекает окислительное дезаминирование в присутствии кислорода, с участием кофермента НАД+ и образованием кетокислот и аммиака.

В спорах, грибах протекает неокислительное дезаминирование без участи кислорода и образованием α, β – ненасыщенных кислот

4.Химические модификации

Окисление тиогрупп в организме (in vivo). Например, а/к цистеин,

как тиол, легко окисляется в дисульфид, реакция обратима. Способность SH-групп легко окисляться выполняет защитную функцию при облучении, лучевой болезни, радиации.

Реакции карбоксилирования – это введение карбоксильной группы,. Можно рассмотреть на примере образования белка тромбина из белка протромбина, реакция протекает с участием витамина К, СО2 и иона кальция. Эта реакция имеет значение для процесса свертывания крови.

Тромб

5.Реакции гидроксилирования – это введение гидроксильной группы в молекулу аминокислоты. Например, гидроксилирование фенилаланина протекает с участием кислорода, восстановленной формы кофермента НАДФ и протона. Это синтез незаменимой аминокислотытирозина.

При гидроксилировании лизина образуется оксилизин, при гидроксилировании пролина с участием витамина С – оксипролин, обе кислоты участвуют в синтезе коллагена, белка соединительной ткани. При недостатке витамина С коллаген не синтезируется и развивается цинга.

При патологии синтез адреналина может блокироваться и накапливается фенилпировиноградная кислота, развивается тяжелое наследственное заболевание – фенилкетонурия.

6.Специфические реакции α, β, γ- аминокислот.

Для α, β, γ- аминокислот характерны такие же реакции, как и для α, β, γ- гидроксикислот. Так как аминокислоты содержат две различные удаленные функциональные группы, то между ними возможно взаимодействие с образованием циклических продуктов. Особенно легко протекает внутримолекулярная циклизация, когда она приводит к устойчивым 5-ти или 6-тичленным циклам. Например при циклизации γ-аминомасляной кислоты образуется циклический амид, который называется лактам.

Для него характерна лактам-лактимная таутомерия – это динамическое равновесие между лактамной и лактимной формами

Для α-аминокислот характерна межмолекулярная циклизация, для β- аминокислот – внутримолекулярная дегидратация (элиминирование) с образованием α, β-ненасыщенных карбоновых кислот.

7.Синтез пептидов. Пептиды и белки – это соединения, построенные из остатков α - аминокислот. Пептиды содержат в молекуле до 100 α – аминокислотных остатков, а белки - свыше 100 α – аминокислотных остатков (что соответствует молекулярной массе больше 10 000 единиц). Пептид – это продукт реакции поликонденсации α – аминокислот, протекающей с образованием пептидной связи между мономерными звеньями. Пептидная связь по своей химической природе является амидной связью (CONH). Предыдущая (первая) α – аминокислота участвует в

образовании связи своей карбоксильной группой (COOH), а последующая – аминогруппой (NH2).

Пептидная цепь имеет линейное строение и состоит из чередующихся амидных (CONH) и метиновых групп. Один конец цепи, на котором находится аминокислота со свободной аминогруппой (NH2), называется N- конец, другой, котором находится аминокислота со свободной (COOH), называется С-конец. Боковые радикалы аминокислот не входят в состав цепочки. Трипептид

Пептидная связь

Строение пептидной группы.

В пептидной группе –CONH- атом углерода находится в sp2- гибридизации. Неподеленная электронная пара атома азота вступает в сопряжение с -электронами карбонильной группы. Все это обуславливает плоское строение группы. Атоы C, O, и N, образующие сопряженную систему, находятся в одной плоскости.

H R 0,132 нм

C N

C C

В результате сопряжения происходит некоторое выравнивание длин связей: двойная связь C=O удлиняется до 0,124 нм (0,121 нм), а связь C-N становится короче – 0,132 нм (0,147 нм). Наличие плоской сопряженной системы в пептидной группе является причиной затруднения вращения вокруг связи C=O. Таким образом, электронное строение предопределяет достаточно жесткую плоскую структуру пептидной группы, благодаря чему