Аминокислоты

Содержание

 

Введение ………………………………………………………………........ с. 3

Глава 1. Структура и  классификация  аминокислот …………………..с. 4-9

1.1. Рациональная классификация ……………………………………...с. 4-8

1.2. Классификация Альберта Ленинджера………………………........с. 8-9

1.3. Классификация по способности синтезироваться в организме………с. 9

Глава 2. Методы синтеза α-аминокислот  ……………………………...с. 10-12

Глава 3. Физико-химические свойства аминокислот………………….с.13-14

Глава 4. Химические свойства аминокислот…………………………..с. 15-19

4.1. Реакции на карбоксильную  группу………………………………..с. 15-16

4.2. Реакции на аминогруппу…………………………..……………….с. 17-18

4.3. Реакции с одновременным  участием карбоксильной и аминогрупп..с. 19

Глава 5. Аминокислоты как  лекарственные препараты………………с. 20-21

Заключение…………………………………………………………………..с. 22

Список использованной литературы……………………………………….с. 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Структура  и классификация аминокислот

 

          Общая формула аминокислот:

                      

1. Рациональная классификация

          По рациональной классификации  аминокислоты подразделяются на  ациклические (аминокислоты жирного  ряда)  и циклические. К ациклическим  аминокислотам относятся моноаминомонокарбоновые,  моноаминодикарбоновые, диаминомонокарбоновые  и диаминодикарбоновые аминокислоты. К циклическим аминокислотам  относятся карбоциклические и  гетероциклические (собственно гетероциклические  и моноиминокислоты).

Моноаминомонокарбоновые аминокислоты:

  α-аминоэтановая / α-аминоуксусная  / глицин / гликокол / ГЛИ

  α-аминопропановая / α-аминопропионовая / аланин / АЛА

 

α-амино-β-гидроксипропионовая / серин / СЕР

 

α-амино-β-тиопропионовая / цистеин / ЦИС

 

α-амино-β-гидроксимасляная / треонин / ТРЕ

 

α-амино-γ-метилтиобутановая / метионин / МЕТ

 

  α-амино-изопентановая  (-валериановая) / валин / ВАЛ

 

 α-амино-изогексановая  (-капроновая) / лейцин / ЛЕЙ

 

 

α-амино-β-метилпентановая / изолейцин / ИЛЕЙ

 

 

 

Моноаминодикарбоновые аминокислоты:

 
α-аминобутандиовая                аспарагин   АСН

(аспарагиновая) АСП

α-аминопентандиовая               глутамин  ГЛН

(глутаминовая) ГЛУ

Диаминомонокарбоновые  аминокислоты:

                                             

α,ε-диаминогексановая                             α-амино-δ-гуанидинопентановая 
Лизин    ЛИЗ                                                Аргинин    АРГ

Диаминодикарбоновая  аминокислота - цистин, не имеет генетического кода, нет трёхбуквенного обозначения.

 
      цистеин                                                                    цистин

Карбоциклические   аминокислоты:

                                                                                                  

α-амино-β-фенилпропановая           α-амино-β-парагидроксифенилпропановая    

фенилаланин    ФЕН                                   тирозин      ТИР

Гетероциклические  аминокислоты:    

А) собственно гетероциклические

 α-амино-β-индолилпропановая / триптофан ТРИ               

 α-амино-β-имидазолилпропановая / гистидин  ГИС

Б) моноиминокислоты

                            
пирролидин-2-карбоновая                 4-гидроксипирролидин-2-карбоновая

Пролин    ПРО                                   гидроксипролин  (нет генетического  кода) 
 
1.2. Классификация Альберта Ленинджера

1. Аминокислоты, не встречающиеся в белках (например, орнитин, цитруллин)

Орнитин                               цитруллин

2. Аминокислоты, редко встречающиеся в белках/или встречающиеся только в отдельных белках (гидроксилизин – есть только в коллагене, десмозин – в эластине)
3. Стандартные аминокислоты, часто встречающиеся в белках. Такие аминокислоты разделены на четыре подгруппы по степени заряженности радикалов:

а)  незаряженные и неполярные аминокислоты, гидрофобные                 (ала, мет, вал, лей, илей, фен, три, про)

б)  полярные, но не заряженные (гли, сер, тре, тир, цис, асн, глн)

в) отрицательно заряженные (асп, глу)

г) положительно заряженные (лиз, арг, гис)

1.3 Классификация  по способности синтезироваться  в организме

1) Заменимые аминокислоты  могут синтезироваться в организме.  Такими аминокислотами являются  аланин, аспарагин, аспарагиновая  кислота, глицин, глутаминовая кислота,  пролин, серин, тирозин и цистеин.

2) Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы организмом из веществ, поступающих с пищей, в количествах, достаточных для того, чтобы удовлетворить физиологические потребности организма. Следующие аминокислоты принято считать незаменимыми для организма человека: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин. Эти кислоты являются незаменимыми для здоровых людей; в случае некоторых нарушений обмена веществ данный список может быть продолжен. Так, фенилкетонурия (imbecillitas pyruvica) представляет собой врожденное нарушение обмена веществ, каким-то образом связанное с некоторыми умственными расстройствами. Люди, страдающие этим заболеванием, нуждаются в тирозине, так как их организм не может превращать фенилаланин в тирозин.

Глава 2. Методы синтеза α-аминокислот.

1. Аминирование α-галогенокарбоновых кислот – первый синтетический метод получения аминокислот (У. Перкин, 1858 г.).

2. Синтез Габриэля на базе α-галогенокарбоновых кислот – введение аминогруппы в эфир α-галогензамещенной кислоты, который обрабатывают фталимидом калия

3. Синтез Штреккера (1850 г.). Синтез α-аминокислот по Штреккеру сводится к реакции карбонильного соединения со смесью хлорида аммония и цианистого натрия. В результате реакции этих неорганических веществ образуются аммиак и цианистый водород – «активные компоненты» процесса.  Реакции присоединения-отщепления с участием аммиака и карбонильного соединения дают имин, который реагирует с цианистым водородом, образуя α-аминонитрил.   После его гидролиза получается соответствующая α-аминокислота.

 

 

 

 

4. Восстановление α-нитрокислот, оксимов или гидразонов α-оксокислот.

 

 

 

 

5. Алкилирование аминомалонового эфира. Этот метод, несмотря на многостадийность, удобен для производства различных моноаминокарбоновых кислот. Однако он ограничивается доступностью галогеноалканов. Реакция протекает по следующей схеме: аминомалогновый эфир, полученный восстановлением нитрозомалонового эфира, ацетилируют, затем натриевое производное ацетиламиномалонового эфира конденсируют с галогеноалканами; последующий гидролиз и декарбоксилирование приводят к аминокислоте.

 
 

 

 

         

 

 

 

 

 

Глава 3. Физико-химические свойства аминокислот

 

          α-Аминокислоты представляют собой  кристаллические бесцветные вещества. Незаряженные неполярные аминокислоты не растворяются в воде, остальные в воде растворимы, труднее растворяются в органических растворителях – этаноле и диэтиловом эфире. α-Аминокислоты обладают относительно высокими температурами плавления (>230 ⁰C).

          Большинство аминокислот имеет  один асимметрический атом углерода, и для них существуют L и D изомеры, исключение составляют треонин и изолейцин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глицин не обладает оптической активностью. L-аминокислоты присутствуют у высших организмов, D-аминокислоты характерны для низших организмов.

Аланин, валин, изолейцин, глутамин, лизин, аспарагиновая кислота и  аргинин вращают плоскость поляризации  света вправо, другие аминокислоты – влево. Угол отклонения плоскости  поляризации света находится  в пределах 10-30 градусов. На данном свойстве основан поляриметрический метод  определения аминокислот.

          В спектрофотометрическом методе  определения белков используется  способность аминокислот поглощать  лучи спектра. В видимой области  спектра ни одна аминокислота  не поглощает лучи, в коротковолоновом  излучении поглощают триптофан,  фенилаланин, тирозин. 

          Моноаминомонокарбоновые аминокислоты  в нейтральных растворах способны  диссоциировать с образованием  биполярного иона (цвиттер-иона). Заряженные  группы имеют разную пространственную  направленность, т.е. представляют  собой диполь. Следовательно, аминокислоты  являются амфотерными электролитами. Однако, в водных растворах и внутри клеток моноаминомонокарбоновые аминокислоты ведут себя как слабые кислоты (ИЭТ pJ=6,0 аланин), дикарбоновые аминокислоты – как сильные кислоты (pJ=3,0), диаминомонокарбоновые – как основания (pJ=9,64 для лизина).  Изоэлектрическая точка (ИЭТ) – такое значение pH среды, при котором молекула не несёт суммарного заряда и в электрическом поле не передвигается ни к катоду, ни к аноду.

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Химические свойства аминокислот

 

Аминокислоты обладают всеми  свойствами амино- и карбоксильных  групп. Вместе с тем ди- или полифункциональность молекулы аминокислоты обусловливает  ряд их специфических свойств.

4.1. Реакции  на карбоксильную группу 

• Алкилирование – метод Фишера. Образуются сложные эфиры, которые имеют разные температуры кипения, и, следовательно, их можно разделить методом перегонки.

 

 

 

 

• Реакции восстановления используются для расшифровки С-конца. Образующиеся аминоспирты обладают разной скоростью продвижения на носителе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Декарбоксилирование. Реакция в тканях организма, протекает с помощью фермента карбоксипептидазы.

 

 

 

• Амидирование. Реакция протекает в живом организме, характерна для коротких пептидов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2. Реакции на аминогруппу

• Нингидриновая реакция. Применяется для качественного и количественного анализа α-аминокислот и белков. Появляется сине-фиолетовое окрашивание.

 

 

 

 

 

• Реакция Ван Слайка – взаимодействие с азотистой кислотой. Используется для количественного определения аминокислоты по объему выделившегося азота.

 

 

 

 

 

 

 

• Реакция с альдегидами

 

 

• Ацилирование

 

 

Глава 5. Аминокислоты как лекарственные препараты

 

Аминокислоты широко используются в современной фармакологии.

• Метионин –«ациметион» и его активные производные – «адеметионин» (препарат «Гептрал») используются для профилактики и лечения токсических поражений печени (цирроз, отравление хлороформом, бензолом), как липотропный фактор, препятствующий накоплению жира, а также при лечении алкоголизма и сахарного диабета. Метионин участвует в синтезе адреналина, активирует действие гормонов, витаминов (B12, фолиевая кислота, аскорбиновая кислота).
• Глутаминовая кислота способствует синтезу нейромедиатора ацетилхолина, АТФ, переносу ионов калия, стимулирует окислительные процессы в организме. Глутаминовая кислота широко используется для лечения заболеваний центральной нервной системы: эпилепсии, психозов, депрессий, детского церебрального паралича, болезни Дауна, а также полиомиелита. Глутаминовая кислота играет ведущую роль в обмене других аминокислот, используется в спортивной медицине.
• Глицин – медиатор центральной нервной системы тормозного действия, улучшает метаболизм в тканях мозга, нормализует сон, уменьшает раздражительность. Рекомендован как средство, ослабляющее влечение к алкоголю.
• Цистеин применяется для задержки развития катаракты и просветления хрусталика. Глазные капли «Вицеин» - комплексный препарат глутаминовой кислоты, цистеина и глицина.
• Гистидин применяется при лечении гепатитов, язв желудка и двенадцатиперстной кишки.
• L-аргинин (Вазотон) применяется как биологически активная добавка для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний (гипертонии, коронарной болезни сердца, атеросклероза). L-аргинин стимулирует выработку инсулина. L-аргинин моногидрохлорид – гепатопротекторное средство.