Аминокислоты

 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:

 

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 5010-30 Кл м), а также полосой поглощения в ИК- спектре твердой аминокислоты или её раствора. 

 

Таблица 1. Важнейшие  аминокислоты.

Тривиальное названиеСокр.название ос- татка ами нок-тыФормулаТемпература плавления, 0С.Растворимость в воде при 250С, г/100г.Моноаминомонокарбоновые кислотыГликокол или глицинGlyH2NCH2COOH26225АланинAlaH2NCH(CH3) COOH29716,6ВалинValH2NCHCOOH

 

CH(CH3)23158,85ЛейцинLeuH2NCHCOOH

 

CH2CH(CH3)23372,2ИзолейцинHeH2NCHCOOH

 

CH3 - CH - C2H52844,12ФенилаланинPheH2NCHCOOH

 

CH2C6H5283 (разл.)?Моноаминодикарбоновые  кислоты и их амидыАспарагиновая  кислотаAsp(D)H2NCHCOOH

 

CH2COOH2700,5АспарагинAsn(N)H2NCHCOOH

 

CH2CONH22362,5Глутаминовая  кислотаGlu(E)H2NCHCOOH

 

CH2CH2COOH2490,84ГлутаминGln(Q)H2NCHCOOH

 

CH2CH2CONH21854,2Диаминомонокарбоновые  кислотыОрнитин(+)OrnH2NCHCOOH

 

CH2CH2CH2 NH2140?ЛизинLys(K)H2NCHCOOH

 

CH2CH2CH2 CH2NH2224Хорошо растворимАминокислотыАргининArg®H2NCHCOOH

 

CH2 

 

CH2CH2 NH - C - NH2

 ¦

NH 23815ГидроксиаминокислотыСеринSer(S)H2NCHCOOH

 

CH2OH2285ТреонинTre(T)H2NCHCOOH

 

CH2 (OH)CH325320,5ТирозинTyr(Y)H2NCHCOOH

 

CH2C6H4OH-n344?ТиоаминокислотыМетионинMet(M)H2NCHCOOH

 

CH2CH2SCH32833,5Цистин(Cys)2 

 

2

 

2600,011ЦистеинCys©H2NCHCOOH

 

CH2SH178Хорошо растворимГетероциклические аминокислотыТриптофанTry(W)H2NCHCOOH

 

H2C

 

NH

3821,14ПролинPro(P)H2C CH2

 

H2C CHCOOH

 

NH

29916,2ОксипролинOprHOHC CH2

 

H2C CHCOOH

 

NH

27036,1ГистидинHis(H)NH2CHCOOH

 

H2C ?C ?? CH

 

N NH

 

CH

 

2774,3 

 

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). 

 

По Штрекеру Зелинскому -аминокислоты получают из альдегидов:

 

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

 

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

 

-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:

 

-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:

C?(CH2CH2)nCC?3 > C?(CH2CH2)nCOOH > H2N(CH2CH2)nCOOH

Исходные тетрахлоралканы получают теломеризацией этилена с CC?4.

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.

1. Большинство  аминокислот бесцветные кристаллические  вещества, обычно хорошо растворимы  в воде, часто сладковаты на вкус.

2. В молекулах  аминокислот

       содержатся две группы с прямо  противоположными свойствами: карбоксильная  группа-кислотная, и аминогруппа  с основными свойствами. Поэтому  они обладают одновременно и  кислотными и основными свойствами. Как кислоты, аминокислоты образуют со спиртами сложные эфиры, а с металлами и основаниями-соли:

 

Для аминокислот  особенно характерно образование медных солей, обладающих специфической синей  окраской. Эти вещества являются внутренними  комплексными солями; в них атом меди связан не только с атомами кислорода, но и с атомами азота аминогрупп:

 

Связь между атомом меди и азота осуществляется дополнительными  валентностями( за счет свободной пары электронов азота аминогруппы). Как  видно, при этом возникают кольчатые структуры, состоящие из пятичленных циклов. На легкость образования подобных пяти- и шестичленных циклов обратил внимание в 1906г. Л.А. Чугаев и отметил их значительную устойчивость. Медь(и другие металлы) в таких внутрикомплексных соединениях не имеют ионного характера. Водные растворы подобных соединений не проводят в заметной степени электрический ток.

При действии едких  щелочей на медные соли аминокислот  не происходит выпадания гидрата  окиси меди. Однако при действии сероводорода происходит разрушение внутрикомплексного соединения и выпадает труднорастворимая в воде сернистая медью

3. Кислотные свойства  в моноаминокислотах выражены  весьма слобо-аминокислоты почти  не изменяют окраски лакмуса.  Таким образом, кислотные свойства  карбоксила в них значительно ослаблены.

4. Как амины,  аминокислоты образуют соли с  кислотами, например:

HC?•NH2CH2COOH

Но эти соли весьма непрочны и легко разлагаются. Таким образом, основные свойтва  аминогруппы в аминокислотах  также значительно ослаблены.

5. При действии  азотистой кислоты на аминокислоты образуются оксикислоты:

 

NH2CH2COOH + NHO2 HOCH2COOH + N2 + H2O

Эта реакция совершенно аналогична реакции образования  спиртов при действии азотистой  кислоты на первичные амины.

6. С галоидангидритами  кислот аминокислоты образуют  вещества, которые одновременно являются и аминоксилотами и амидами кислот. Так, при действии хлористого ацетила на аминоуксусную кислоту образуется ацетиламиноуксусная килослота:

 

CH3COС? + NH2CH2COOH СH2CONHСH2COOH + HC?

 ацетиламиноуксусная килослота

 

Ацетиламиноуксусную кислоту можно рассматривать  и как производное аминоуксусной  кислоты, в молекуле которой атом водорода аминогруппы замещен ацетилом CH3CO- и как ацетамид, в молекуле которого атом водорода аминогруппы  замещен остатком уксусной кислоты -CH2COOH.

7. -Аминокислоты  при нагревании легко отщепляют  воду,

 причем из  двух молекул аминокислоты выделяются  две молекулы воды и образуются  дикетопиперазины:

 

Дикетопиперазины-циклические  соединения, кольцо которых образовано четырьмя атомами углерода и двумя атомами азота. Дикетопиперазины - твердые, хорошо кристаллизующиеся вещества.

- Аминокслоты  при нагревании теряют аммиак, переходя в непредельные кислоты: 

 

- Аминокслоты легко  отщепляют воду, образуя лактамы: 

 

Лактамы можно  рассматривать как внутренние амиды.