Alt om aminosyrekjemi. Aminosyrer. Fysiske egenskaper til α-aminosyrer

Aminosyrer, proteiner og peptider er eksempler på forbindelsene beskrevet nedenfor. Mange biologisk aktive molekyler inneholder flere kjemisk forskjellige funksjonelle grupper som kan samhandle med hverandre og med hverandres funksjonelle grupper.

Aminosyrer.

Aminosyrer- organiske bifunksjonelle forbindelser, som inkluderer en karboksylgruppe - UNS, og aminogruppen er N.H. 2 .

Skille α Og β - aminosyrer:

Finnes for det meste i naturen α -syrer. Proteiner inneholder 19 aminosyrer og en iminosyre ( C5H 9NEI 2 ):

Det enkleste aminosyre- glycin. De gjenværende aminosyrene kan deles inn i følgende hovedgrupper:

1) homologer av glycin - alanin, valin, leucin, isoleucin.

Innhenting av aminosyrer.

Kjemiske egenskaper til aminosyrer.

Aminosyrer- dette er amfotere forbindelser, fordi inneholder 2 motsatte funksjonelle grupper - en aminogruppe og en hydroksylgruppe. Derfor reagerer de med både syrer og alkalier:

Syre-base transformasjon kan representeres som:

Aminosyrer

Enhver forbindelse som inneholder både en karboksyl- og en aminogruppe er en aminosyre. Imidlertid brukes oftere dette begrepet for å referere til karboksylsyrer hvis aminogruppe er i a-posisjon til karboksylgruppen.

Aminosyrer er som regel en del av polymerer - proteiner. Over 70 aminosyrer forekommer i naturen, men bare 20 spiller en viktig rolle i levende organismer. Essensielle aminosyrer er de som ikke kan syntetiseres av kroppen fra stoffer som tilføres mat i tilstrekkelige mengder til å tilfredsstille kroppens fysiologiske behov. Essensielle aminosyrer er gitt i tabellen. 1. For pasienter med fenylketonuri er tyrosin også en essensiell aminosyre (se tabell 1).

Tabell 1

Essensielle aminosyrer R-CHNH 2 COOH

Aminosyrer er vanligvis navngitt som erstatninger for de tilsvarende karboksylsyrene, og angir posisjonen til aminogruppen med bokstavene i det greske alfabetet. For de enkleste aminosyrene brukes vanligvis trivielle navn (glycin, alanin, isoleucin, etc.). Aminosyreisomerisme er assosiert med arrangementet av funksjonelle grupper og strukturen til hydrokarbonskjelettet. Et aminosyremolekyl kan inneholde en eller flere karboksylgrupper, og følgelig varierer aminosyrer i basicitet. Dessuten kan et aminosyremolekyl inneholde et annet antall aminogrupper.

METODER FOR Å FÅ AMINOSYRER

1. Omtrent 25 aminosyrer kan oppnås ved hydrolyse av proteiner, men den resulterende blandingen er vanskelig å separere. Vanligvis oppnås en eller to syrer i mye større mengder enn de andre, og disse syrene kan enkelt isoleres - ved hjelp av ionebytterharpikser.

2. Fra halogenerte syrer. En av de vanligste metodene for syntese av a-aminosyrer er ammonolyse av en a-halogenert syre, som vanligvis oppnås ved Gehl-Volhard-Zelinsky-reaksjonen:

Denne metoden kan modifiseres for å produsere a-bromsyre via malonester:

En aminogruppe kan introduseres i esteren av en a-halogenert syre ved bruk av kaliumftalimid (Gabriel-syntese):

3. Fra karbonylforbindelser (Strecker-syntese). Strecker-syntesen av a-aminosyrer består av reaksjonen av en karbonylforbindelse med en blanding av ammoniumklorid og natriumcyanid (denne forbedringen av metoden ble foreslått av N.D. Zelinsky og G.L. Stadnikov).

Tilsetning-elimineringsreaksjoner som involverer ammoniakk og en karbonylforbindelse produserer en imin, som reagerer med hydrogencyanid for å danne a-aminonitril. Som et resultat av dens hydrolyse dannes en a-aminosyre.

Kjemiske egenskaper til aminosyrer

Alle a-aminosyrer, unntatt glycin, inneholder et kiralt a-karbonatom og kan forekomme som enantiomerer:

Det er bevist at nesten alle naturlig forekommende a-aminosyrer har samme relative konfigurasjon ved a-karbonatomet. A-karbonatomet til (-)-serin ble konvensjonelt tildelt L-konfigurasjonen, og a-karbonatomet til (+)-serin ble tildelt D-konfigurasjonen. Dessuten, hvis Fischer-projeksjonen av en a-aminosyre er skrevet slik at karboksylgruppen er plassert øverst og R nederst, vil L-aminosyren ha aminogruppen til venstre, og D-aminosyren vil ha aminogruppen til høyre. Fischers skjema for å bestemme aminosyrekonfigurasjon gjelder for alle a-aminosyrer som har et kiralt a-karbonatom.

Figuren viser at en L-aminosyre kan være høyredreiende (+) eller venstredreiende (-) avhengig av radikalets natur. De aller fleste a-aminosyrer som finnes i naturen tilhører L-serien. Deres enantiomorfer, dvs. D-aminosyrer syntetiseres kun av mikroorganismer og kalles "unaturlige" aminosyrer.

I henhold til (R,S) nomenklatur har de fleste "naturlige" eller L-aminosyrer S-konfigurasjonen.

L-isoleucin og L-treonin, som hver inneholder to kirale sentre per molekyl, kan være et hvilket som helst medlem av et par diastereomerer avhengig av konfigurasjonen ved b-karbonatomet. De riktige absolutte konfigurasjonene av disse aminosyrene er gitt nedenfor.

SYREBASEREGENSKAPER TIL AMINOSYRER

Aminosyrer er amfotere stoffer som kan eksistere i form av kationer eller anioner. Denne egenskapen forklares av tilstedeværelsen av både sure (-COOH) og basiske (-NH 2) grupper i samme molekyl. I svært sure løsninger protoneres NH 2 -gruppen i syren og syren blir til et kation. I sterkt alkaliske løsninger deprotoneres karboksylgruppen i aminosyren og syren omdannes til et anion.

I fast tilstand eksisterer aminosyrer i form av zwitterioner (bipolare ioner, indre salter). I zwitterioner overføres et proton fra karboksylgruppen til aminogruppen:

Hvis du plasserer en aminosyre i et ledende medium og senker et par elektroder der, vil aminosyren i sure løsninger migrere til katoden, og i alkaliske løsninger - til anoden. Ved en viss pH-verdi som er karakteristisk for en gitt aminosyre, vil den ikke bevege seg verken til anoden eller til katoden, siden hvert molekyl er i form av et zwitterion (bærer både positiv og negativ ladning). Denne pH-verdien kalles det isoelektriske punktet (pI) til en gitt aminosyre.

REAKSJONER AV AMINOSYRER

De fleste reaksjonene som aminosyrer gjennomgår under laboratorieforhold (in vitro) er karakteristiske for alle aminer eller karboksylsyrer.

1. dannelse av amider ved karboksylgruppen. Når karbonylgruppen til en aminosyre reagerer med aminogruppen til et amin, skjer en polykondensasjonsreaksjon av aminosyren parallelt, noe som fører til dannelse av amider. For å forhindre polymerisering blokkeres aminogruppen i syren slik at kun aminogruppen i aminet reagerer. Til dette formål brukes karbobenzyloksyklorid (karbobenzyloksyklorid, benzylklorformiat), tert-butoksykarboksazid, etc. For å reagere med et amin aktiveres karboksylgruppen ved å utsette den for etylklorformiat. Beskyttelsesgruppen fjernes deretter ved katalytisk hydrogenolyse eller ved påvirkning av en kald løsning av hydrogenbromid i eddiksyre.

2. dannelse av amider ved aminogruppen. Når aminogruppen til en a-aminosyre acyleres, dannes det et amid.

Reaksjonen går bedre i basismediet, siden dette sikrer en høy konsentrasjon av fritt amin.

3. dannelse av estere. Karboksylgruppen til en aminosyre forestres lett ved konvensjonelle metoder. For eksempel fremstilles metylestere ved å føre tørr hydrogenkloridgass gjennom en løsning av aminosyren i metanol:

Aminosyrer er i stand til polykondensasjon, noe som resulterer i dannelsen av polyamid. Polyamider som består av a-aminosyrer kalles peptider eller polypeptider. Amidbindingen i slike polymerer kalles en peptidbinding. Polypeptider med en molekylvekt på minst 5000 kalles proteiner. Proteiner inneholder omtrent 25 forskjellige aminosyrer. Når et gitt protein hydrolyseres, kan alle disse aminosyrene eller noen av dem dannes i visse proporsjoner som er karakteristiske for et individuelt protein.

Den unike sekvensen av aminosyrerester i kjeden som ligger i et gitt protein kalles proteinets primære struktur. Det særegne ved å vri kjedene til proteinmolekyler (det relative arrangementet av fragmenter i rommet) kalles den sekundære strukturen til proteiner. Polypeptidkjeder av proteiner kan kobles til hverandre for å danne amid-, disulfid-, hydrogen- og andre bindinger på grunn av aminosyresidekjeder. Som et resultat vrir spiralen seg til en ball. Denne strukturelle funksjonen kalles den tertiære strukturen til proteinet. For å vise biologisk aktivitet må noen proteiner først danne et makrokompleks (oligoprotein) som består av flere komplette proteinunderenheter. Den kvaternære strukturen bestemmer graden av assosiasjon av slike monomerer i det biologisk aktive materialet.

Proteiner er delt inn i to store grupper - fibrillære (forholdet mellom molekylær lengde og bredde er større enn 10) og kuleformet (forholdet er mindre enn 10). Fibrillære proteiner inkluderer kollagen, det mest tallrike proteinet hos virveldyr; det står for nesten 50 % av tørrvekten til brusk og omtrent 30 % av det faste stoffet i bein. I de fleste reguleringssystemer for planter og dyr utføres katalyse av kuleformede proteiner, som kalles enzymer.

Et persistent stoff som inneholder mye svovel. Proteiner brukes til å lage plast og lim. Nedenfor gir vi en tabell med litt informasjon om aminosyrer og proteiner (på neste side). Aminoacyloverføring RNA-tRNA med en aminoacylgruppe festet til 2" eller 3" hydroksylgruppen til den terminale adenosinresten. Aminoacylgruppen migrerer raskt mellom 2-...

De kan. Slike kombinerte matprodukter, som inneholder komplementære proteiner, er en del av det tradisjonelle kjøkkenet til alle folkeslag i verden. KAPITTEL 3. ØKOLOGISKE FUNKSJONER VED Å STUDERE EMNET "AMINOSYRER" Menneskekroppen kan ikke lagre proteiner, derfor trenger en person en balansert proteindiett hver dag. En voksen som veier 82 kg trenger 79 g...

Typer dyr. Regionale forskjeller i metioninkonsentrasjoner er små. Effekten av kosthold på metioninkonsentrasjoner i hjernen er også ubetydelig på grunn av konkurranse med nøytrale aminosyrer for transportsystemer. Metionin i bassenget av frie aminosyrer brukes av 80 % til proteinsyntese. Metabolismen av fritt metionin til cystein begynner med dannelsen av S-adenosylmetionin, ...

DEFINISJON

Aminosyrer- Dette er komplekse organiske forbindelser som samtidig inneholder en aminogruppe og en karboksylgruppe i sitt molekyl.

Aminosyrer er krystallinske faste stoffer preget av høye smeltepunkter og brytes ned når de varmes opp. De løser seg godt i vann. Disse egenskapene forklares av muligheten for eksistensen av aminosyrer i form av indre salter (fig. 1).

Ris. 1. Innvendig salt av aminoeddiksyre.

Innhenting av aminosyrer

Utgangsforbindelsene for produksjon av aminosyrer er ofte karboksylsyrer, i molekylet som en aminogruppe er introdusert. For eksempel å få dem fra halogenerte syrer

CH3-C(Br)H-COOH + 2NH3-→CH3-C(NH2)H-COOH + NH4Br.

I tillegg kan aldehyder (1), umettede syrer (2) og nitroforbindelser (3) tjene som utgangsmaterialer for produksjon av aminosyrer:

CH3-C(O)H + NH3 + HCN → CH3-C(NH2)H-C≡H + H20;

CH3-C(NH2)H-C≡H + H2O (H+) → CH3-C(NH2)H-COOH + NH3 (1).

CH2=CH-COOH + NH3 → H2N-CH2-CH2-COOH (2);

O2N-C6H4-COOH + [H] →H2N-C6H4-COOH (3).

Kjemiske egenskaper til aminosyrer

Aminosyrer, som heterofunksjonelle forbindelser, inngår i de fleste reaksjoner som er karakteristiske for karboksylsyrer og aminer. Tilstedeværelsen av to forskjellige funksjonelle grupper i aminosyremolekyler fører til fremkomsten av en rekke spesifikke egenskaper.

Aminosyrer er amfotere forbindelser. De reagerer med både syrer og baser:

NH2-CH2-COOH + HCl-→ Cl

NH 2 -CH 2 -COOH + NaOH → NH 2 -CH 2 -COONa + H 2 O

Vandige løsninger av aminosyrer har et nøytralt, alkalisk og surt miljø avhengig av antall funksjonelle grupper. For eksempel danner glutaminsyre en sur løsning, siden den inneholder to karboksylgrupper og en aminogruppe, og lysin danner en alkalisk løsning, fordi den inneholder en karboksylgruppe og to aminogrupper.

To aminosyremolekyler kan samhandle med hverandre. I dette tilfellet spaltes et vannmolekyl og det dannes et produkt hvor fragmenter av molekylet er knyttet til hverandre med en peptidbinding (-CO-NH-). For eksempel:

Den resulterende forbindelsen kalles et dipeptid. Stoffer som består av mange aminosyrerester kalles polypeptider. Peptider hydrolyseres av syrer og baser.

Påføring av aminosyrer

Både mennesker og dyr får aminosyrer som er nødvendige for å bygge kroppen fra matproteiner.

γ-Aminosmørsyre brukes medisinsk (aminalone/gammalon) ved psykiske lidelser; En hel rekke nootropiske medikamenter er laget på grunnlag av det, dvs. påvirke tankeprosesser.

ε-Aminokapronsyre brukes også i medisin (hemostatisk middel), og i tillegg er det et storskala industriprodukt som brukes til å produsere syntetisk polyamidfiber - nylon.

Antranilsyre brukes til syntese av fargestoffer, slik som indigoblått, og er også involvert i biosyntesen av heterosykliske forbindelser.

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

EKSEMPEL 2

Blant nitrogenholdige organiske stoffer er det forbindelser med doble funksjoner. Spesielt viktige av dem er aminosyrer.

Omtrent 300 forskjellige aminosyrer finnes i celler og vev til levende organismer, men bare 20 ( α-aminosyrer ) av dem fungerer som enheter (monomerer) som peptider og proteiner fra alle organismer er bygget fra (derfor kalles de proteinaminosyrer). Sekvensen for plassering av disse aminosyrene i proteiner er kodet i nukleotidsekvensen til de tilsvarende genene. De resterende aminosyrene finnes både i form av frie molekyler og i bundet form. Mange av aminosyrene finnes bare i visse organismer, og det er andre som bare finnes i en av de store variasjonene av beskrevne organismer. De fleste mikroorganismer og planter syntetiserer aminosyrene de trenger; Dyr og mennesker er ikke i stand til å produsere de såkalte essensielle aminosyrene fra mat. Aminosyrer er involvert i metabolismen av proteiner og karbohydrater, i dannelsen av forbindelser som er viktige for organismer (for eksempel purin- og pyrimidinbaser, som er en integrert del av nukleinsyrer), de er en del av hormoner, vitaminer, alkaloider, pigmenter , giftstoffer, antibiotika, etc.; Noen aminosyrer tjener som mellomledd i overføringen av nerveimpulser.

Aminosyrer- organiske amfotere forbindelser, som inkluderer karboksylgrupper - COOH og aminogrupper -NH 2 .

Aminosyrer kan betraktes som karboksylsyrer, i hvis molekyler hydrogenatomet i radikalet er erstattet av en aminogruppe.

KLASSIFISERING

1. Avhengig av den relative posisjonen til amino- og karboksylgruppene, deles aminosyrer inn i α-, β-, γ-, δ-, ε- etc.

2. Avhengig av antall funksjonelle grupper skilles sure, nøytrale og basiske grupper.

3. Basert på arten av hydrokarbonradikalet, skiller de alifatisk(fett), aromatisk, svovelholdig Og heterosyklisk aminosyrer. Ovennevnte aminosyrer tilhører fettserien.

Et eksempel på en aromatisk aminosyre er para-aminobenzosyre:

Et eksempel på en heterosyklisk aminosyre er tryptofan, en essensiell a-aminosyre.

NOMENKLATUR

I henhold til systematisk nomenklatur dannes navnene på aminosyrer fra navnene på de tilsvarende syrene ved å legge til prefikset amino og indikere plasseringen av aminogruppen i forhold til karboksylgruppen. Nummerering av karbonkjeden fra karbonatomet til karboksylgruppen.

For eksempel:

En annen metode for å konstruere navnene på aminosyrer brukes også ofte, ifølge hvilken prefikset er lagt til trivialnavnet på karboksylsyren amino som indikerer plasseringen av aminogruppen med en bokstav i det greske alfabetet.

Eksempel:

For α-aminosyrerR-CH(NH2)COOH

Som spiller en ekstremt viktig rolle i livsprosessene til dyr og planter, brukes trivielle navn.

Bord.

Hvis et aminosyremolekyl inneholder to aminogrupper, brukes prefikset i navnetdiamino-, tre NH 2-grupper – triamino- etc.

Eksempel:

Tilstedeværelsen av to eller tre karboksylgrupper gjenspeiles i navnet med suffikset –diovy eller -triinsyre:

ISOMERIA

1. Isomerisme av karbonskjelettet

2. Isomerisme av funksjonelle gruppers stilling

3. Optisk isomeri

a-aminosyrer, unntatt glycin NH 2-CH2-COOH.

FYSISKE EGENSKAPER

Aminosyrer er krystallinske stoffer med høye (over 250°C) smeltepunkter, som skiller seg lite mellom individuelle aminosyrer og derfor er ukarakteristiske. Smelting er ledsaget av dekomponering av stoffet. Aminosyrer er svært løselige i vann og uløselige i organiske løsemidler, noe som gjør dem lik uorganiske forbindelser. Mange aminosyrer har en søt smak.

MOTTA

3. Mikrobiologisk syntese. Mikroorganismer er kjent som i løpet av deres livsprosesser produserer α - aminosyrer av proteiner.

KJEMISKE EGENSKAPER

Aminosyrer er amfotere organiske forbindelser de er preget av syre-base egenskaper.

Jeg . Generelle egenskaper

1. Intramolekylær nøytralisering → et bipolar zwitterion dannes:

Vandige løsninger er elektrisk ledende. Disse egenskapene forklares av det faktum at aminosyremolekyler eksisterer i form av indre salter, som dannes ved overføring av et proton fra karboksyl til aminogruppe:

zwitterion

Vandige løsninger av aminosyrer har et nøytralt, surt eller alkalisk miljø avhengig av antall funksjonelle grupper.

APPLIKASJON

1) aminosyrer er vidt distribuert i naturen;

2) aminosyremolekyler er byggesteinene som alle plante- og animalske proteiner er bygget opp fra; aminosyrer som er nødvendige for å bygge kroppsproteiner oppnås av mennesker og dyr som en del av matproteiner;

3) aminosyrer er foreskrevet for alvorlig utmattelse, etter alvorlige operasjoner;

4) de brukes til å mate de syke;

5) aminosyrer er nødvendige som et terapeutisk middel for visse sykdommer (for eksempel brukes glutaminsyre til nervesykdommer, histidin for magesår);

6) noen aminosyrer brukes i landbruket for å mate dyr, noe som har en positiv effekt på veksten deres;

7) har teknisk betydning: aminokapron- og aminoenantsyrer danner syntetiske fibre - kapron og enanth.

OM AMINOSYRENES ROLLE

Forekomst i naturen og biologisk rolle av aminosyrer

Å finne i naturen og den biologiske rollen til aminosyrer

Aminosyrer er heterofunksjonelle forbindelser som nødvendigvis inneholder to funksjonelle grupper: en aminogruppe - NH 2 og en karboksylgruppe - COOH, assosiert med et hydrokarbonradikal Den generelle formelen for de enkleste aminosyrene kan skrives som følger:

Fordi aminosyrer inneholder to forskjellige funksjonelle grupper som påvirker hverandre, skiller de karakteristiske reaksjonene seg fra de for karboksylsyrer og aminer.

Egenskaper til aminosyrer

Aminogruppen - NH 2 bestemmer de grunnleggende egenskapene til aminosyrer, siden den er i stand til å feste et hydrogenkation til seg selv via en donor-akseptormekanisme på grunn av tilstedeværelsen av et fritt elektronpar ved nitrogenatomet.

-COOH-gruppen (karboksylgruppen) bestemmer de sure egenskapene til disse forbindelsene. Derfor er aminosyrer amfotere organiske forbindelser. De reagerer med alkalier som syrer:

Med sterke syrer - som baser - aminer:

I tillegg interagerer aminogruppen i en aminosyre med karboksylgruppen, og danner et indre salt:

Ioniseringen av aminosyremolekyler avhenger av den sure eller alkaliske naturen til miljøet:

Siden aminosyrer i vandige løsninger oppfører seg som typiske amfotere forbindelser, spiller de i levende organismer rollen som bufferstoffer som opprettholder en viss konsentrasjon av hydrogenioner.

Aminosyrer er fargeløse krystallinske stoffer som smelter og brytes ned ved temperaturer over 200 °C. De er løselige i vann og uløselige i eter. Avhengig av R-radikal kan de være søte, bitre eller smakløse.

Aminosyrer er delt inn i naturlige (finnes i levende organismer) og syntetiske. Blant naturlige aminosyrer (ca. 150) skilles det ut proteinogene aminosyrer (ca. 20), som er en del av proteiner. De er L-former. Omtrent halvparten av disse aminosyrene er uerstattelig, fordi de ikke syntetiseres i menneskekroppen. Essensielle syrer er valin, leucin, isoleucin, fenylalanin, lysin, treonin, cystein, metionin, histidin, tryptofan. Disse stoffene kommer inn i menneskekroppen med mat. Hvis mengden i maten er utilstrekkelig, blir den normale utviklingen og funksjonen til menneskekroppen forstyrret. Ved visse sykdommer er ikke kroppen i stand til å syntetisere noen andre aminosyrer. Ved fenylketonuri syntetiseres ikke tyrosin. Den viktigste egenskapen til aminosyrer er evnen til å gå inn i molekylær kondensasjon med frigjøring av vann og dannelse av amidgruppen -NH-CO-, for eksempel:

De høymolekylære forbindelsene som oppnås som et resultat av denne reaksjonen inneholder et stort antall amidfragmenter og kalles derfor polyamider.

Disse, i tillegg til den syntetiske nylonfiberen nevnt ovenfor, inkluderer for eksempel enant, dannet under polykondensasjonen av aminoenantinsyre. Aminosyrer med amino- og karboksylgrupper i endene av molekylene er egnet for å produsere syntetiske fibre.

Alfa aminosyre polyamider kalles peptider. Avhengig av antall aminosyrerester skilles de dipeptider, tripeptider, polypeptider. I slike forbindelser kalles -NH-CO- gruppene peptidgrupper.

Isomerisme og nomenklatur av aminosyrer

Aminosyreisomerisme bestemmes av den forskjellige strukturen til karbonkjeden og posisjonen til aminogruppen, for eksempel:

Navnene på aminosyrer er også utbredt, hvor posisjonen til aminogruppen er angitt med bokstavene i det greske alfabetet: α, β, y, etc. Dermed kan 2-aminosmørsyre også kalles en α-aminosyre :

Metoder for å oppnå aminosyrer