Свойства аминокислот

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Аминокисломты (аминокарбомновые кисломты) -- органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминогруппы. Являются основной структурной частью молекулы белков.

История химии аминокислот связаны с тремя открытиями.

В 1806 г. открыто первое аминокислотное производное -- амид аспарагин.

В 1810 г. открыта первая аминокислота -- цистин, которая была выделена из объекта небелковой природы -- мочевых камней.

В 1820 г. аминокислота глицин впервые выделена из белкового гидролизата и более или менее тщательно очищена.

Впервые аминокислоты в составе белков обнаружил в 1820 г. французский химик А. Браконно. Впервые применив кислотный гидролиз для разложения белков, он в составе гидролизата обнаружил аминокислоту аланин с помощью так называемой циангидринной реакции.

К концу 80-х гг. XIX в. из белковых гидролизатов было выделено и идентифицировано уже девять аминокислот. Одновременно развивалась и химия аминокислот. Синтезированный А. Штреккером аланин действием азотистой кислоты удалось перевести в молочную кислоту, то есть осуществить переход от аминокислот к оксикислотам. Утверждение в химии теории строения органических соединений А. М. Бутлерова позволило начать планомерное выяснение строения органических веществ. От структурных формул оксикислот перешли к формулам аминокислот.

Естественно, что в этих обстоятельствах внимание привлекла та роль, какую аминокислоты играют в построении белковой молекулы. Было показано, что хотя тип строения их одинаков -- все они относились к б-аминокислотам,-- одновременно они проявляют большое индивидуальное разнообразие. Простейшая аминокислота -- глицин:

Другие природные аминокислоты можно представить себе, как результат замены отмеченного звездочкой водородного атома в молекуле глицина на более сложный боковой радикал, сладковатое вещество, названное им глицином. В 1839 г. было доказано присутствие в белке лейцина. В 1849 г. Ф. Бопп открыл в составе белка еще одну аминокислоту -- тирозин. Аминокислоты выделяли и из других источников, например, аспарагиновая кислота была выделена из не содержащих белки растительных экстрактов. водород аминокислота атом радикал

Хотя к началу 40-х гг. XIX в. было известно всего четыре аминокислоты и один амид аминокислоты, стало очевидно, что эти вещества образуют особый класс органических соединений. В 1858 г. французский химик А. Каур, указав на сходство глицина с уксусной кислотой, впервые определил новые соединения как аминокислоты жирного ряда. Это заключение основывалось уже и на первом синтезе аминокислоты.

Боковые радикалы аминокислот нередко включают различные активные группы -- гидроксильные, сульфгидрильные, амино- и карбоксигруппы. В 1865 г. в белке шелка Э. Крамер открыл серии, содержащий в боковой цепи гидроксильную группу. Он установил, что серии близок аланину и цистеину. Это было важное заключение, и экспериментально оно подтвердилось только через сорок лет. В 1899 г. цистин был обнаружен и в составе белков. К концу века число аминокислот, выделенных из гидролизатов белка, представление, что сведения о продуктах гидролиза белковых веществ несут важную информацию о строении белковой молекулы. Однако, согласно первым гипотезам, предложенным после создания бутлеровской теории строения, аминокислоты считались обязательным, но не главным компонентом белковых молекул. Больше значения придавали более сложным и весьма неопределенным по строению пептонам и протеозам -- продуктам неполного гидролиза белковых веществ.

Физические свойства

Аминокислоты -- бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Многие из них обладают сладким вкусом.

Химические свойства:

Все аминокислоты -- амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы --COOH, так и основные свойства, обусловленные аминогруппой --NH2. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:

NH2 --CH2 --COOH + HCl > HCl * NH2 --CH2 --COOH (хлороводородная соль глицина)

NH2 --CH2 --COOH + NaOH > H2O + NH2 --CH2 --COONa (натриевая соль глицина)

Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, то есть находятся в состоянии внутренних солей.

NH2 --CH2COOH Equilibrium rl.svg N+H3 --CH2COO-

Аминокислоты обычно могут вступать во все реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов.

Этерификация:

NH2 --CH2 --COOH + CH3OH > H2O + NH2 --CH2 --COOCH3

(метиловый эфир глицина)

Важной особенностью аминокислот является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пептидов, белков, нейлона, капрона.

Реакция образования пептидов:

HOOC --CH2 --NH --H + HOOC --CH2 --NH2 > HOOC --CH2 --NH --CO --CH2 --NH2 + H2O

Изоэлектрической точкой аминокислоты называют значение pH, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом. При таком pH аминокислота наименее подвижна в электрическом поле, и данное свойство можно использовать для разделения аминокислот, а также белков и пептидов.

Цвиттер-ионом называют молекулу аминокислоты, в которой аминогруппа представлена в виде -NH3+, а карбоксигруппа -- в виде -COO?. Такая молекула обладает значительным дипольным

моментом при нулевом суммарном заряде. Именно из таких молекул построены кристаллы большинства аминокислот.

Некоторые аминокислоты имеют несколько аминогрупп и карбоксильных групп. Для этих аминокислот трудно говорить о каком-то конкретном цвиттер-ионе.

Функции

L-карнитин - одна из самых популярных заменимых аминокислот. Ее рекомендуется пить спортсменам, которые ставят перед собой задачу избавиться от лишних жировых отложений, укрепить иммунитет и защитить сердечную мышцу от больших нагрузок. Сегодня L-карнитин есть почти во всех жиросжигающих комплексах. К особенностям этой аминокислоты можно отнести практически мгновенное действие. В жидком виде она «работает» уже через 30 минут после поступления в организм, а в таблетках - через 40 минут;

Изолейцин - незаменимая аминокислота, которая может поступать только извне (пищи или спортивного питания). Принимает активное участие в синтезе гемоглобина, активно регулирует уровень сахара в организме и поддерживает его на одном уровне. Аминокислота повышает выносливость, придает силы, пополняет организм энергией и помогает в восстановлении мышечных волокон. Изолейцин содержится в составе современных BCAA комплексов, которые нужно пить представителям силовых видов спорта;

Валин - еще одна полезная аминокислота. Она относится к незаменимым и является частью бцаа комплексов. Ее задача - нормализация азотного обмена, восстановление и ускорения метаболизма в мышечных волокнах. Кроме этого, валин - это мощный источник энергии, необходимой для повышения спортивных результатов;

Лейцин - третья в списке наиболее важных аминокислот для атлета. Ее особенность - надежная защита мышечных волокон от разрушения (катаболизма), помощь в восстановлении мускулатуры после изнурительных тренировок, снижение уровня сахара в крови, стимуляция гормона роста и так далее. Принимается в комплексе вместе с изолейцином и валином;

Глютамин - условно заменимая аминокислота (частично вырабатывается организмом). К ее особенностям можно отнести укрепление иммунитета, стимуляция белкового анаболизма, а также эффективное восстановление мышц;

Аргинин имеет мощное действие на организм. Он расширяет кровеносные сосуды, нормализует работу кровеносной системы и ускоряет процесс мышечного роста;

Тирозин - мощнейший медиатор нервной системы. Для профессиональных атлетов действие аминокислоты неоценимо - она нормализует работу ЦНС, помогает бороться с усталостью после изнурительных тренировок, исключает перетренированность и оказывает помощь в восстановлении мускулатуры;

Таурин - является одной из наиболее важных аминокислот для мышц человека. После попадания в организм добавка быстро расщепляется, в результате чего расширяются мышечные клетки, ускоряется синтез белковых молекул в организме и повышается уровень гидратации.

Классификация аминокислот и их производных:

1) по радикалу

Неполярные, например глицин, аланин, валин

Полярные незаряженные (заряды скомпенсированы) при pH=7: серин, треонин, аспарагин

Полярные заряженные отрицательно при pH<7: аспартат, глутамат (за счёт второй карбоксильной группы несут в растворе отрицательный заряд)

Полярные заряженные положительно при pH>7: лизин, аргинин, гистидин (несут в растворе положительный заряд)

2) по функциональным группам

Алифатические:

Моноаминомонокарбоновые: глицин, аланин, валин, лейин, изолейцин

Оксимоноаминокарбоновые: серин, треонин

Моноаминодикарбоновые: аспаартат, глутамат

Амиды моноаминодикарбоновых: аспарагин, глутамин

Диаминомонокарбоновые: лизин, аргигин

Серосодержащие: цистеин

Ароматические: фенилаланин, тирозин

Гетероциклические: триптофан, пролин

Иминокислоты: пролин

3) по путям биосинтеза ( или по семействам )

Одна и та же аминокислота может образовываться разными путями. Не всегда конкретную аминокислоту можно однозначно отнести к определённому семейству; делаются поправки для конкретных организмов и учитывется преобладающий путь. По семействам аминокислоты обычно распределяют следующим образом:

?Семейство аспартата: аспартат, аспарагин, лизин, изолейцин

?Семейство глутамата:глутамат, глутамин, аргинин, пролин

?Семейство пирувата: аланин, валин, лейцин

?Семейство серина: серин, цистеин, глицин

? Семейство пентоз: гистидин, фенилаланин, тирозин

4) по способности организма синтезировать из предшественников

Незаменимые (Для большинства животных и человека незаменимыми аминокислотами являются валин, изолейцин, лейцин, треонин, метионин, дизин, фенилаланин, триптофан, аргинин, гистидин)

Заменимые (Для большинства животных и человека заменимыми аминокислотами являются: глицин, аланин, пролин, серин, цистеин, аспартат, аспарагин, глутамат, глутамин, тирозин)

Препараты аминокислот:

Кислота глутаминовая (Glutamic acid ) - представляет собой белый кристаллический порошок, с едва ощутимым запахом. Т. пл. не ниже 190 С

Является амфолитом (основные свойства NH2-группы и кислотные- СООН-группы). В нейтральной среде, а также в твердом виде аминокислоты находятся в виде биполярного иона (цвиттер-иона) и поэтому растворяются в кислотах и щелочах

Количественное определение:

Можно определить с помощью кислотно-основного титрования в смешанных растворителях. Титруют 0,1 М раствором гидроксида-натрия в водно-ацетоновой среде (5:25) с индикатором тимолфталеином.

Так же для глутаминовой кислоты используют метод нейтрализации: глутаминовую кислоту титруют раствором едкого натра в присутствии раствора бромтимолового синего до перехода желтой окраски в голубовато-зеленую:

Определение подлинности:

С избытком щелочного раствора нингидрина (гидрата 1,2,3-индантриона) глутаминовая кислота, как и другие а-аминокислоты, при нагревании дает сине-фиолетовое окрашивание

При нагревании глутаминовой кислоты происходит внутримолекулярное взаимодействие функциональных групп с образованием циклического амида -- лактама. Образующийся продукт при нагревании в присутствии концентрированной H2S04 вступает в реакцию конденсации с резорцином:

В водном растворе аммиака продукт конденсации гидролизуется с образованием красно-фиолетового соединения с зеленой флуоресценцией:

Подобно другим аминокислотам, глутаминовая кислота при взаимодействии с CuS04 в слабощелочной среде образует хелатную соль синего цвета.

Испытания на чистоту:

При проверке доброкачественности препарата устанавливают отсутствие примесей посторонних аминокислот, хлоридов (200 мкг/г), сульфатов (< 300 мкг/г), тяжелых металлов (< 10 мкг/г).

Применение:

Глутаминовая кислота - синтетический препарат, обладает активностью естественной аминокислоты и принимает участие в обменных процессах организма, играет важную роль в деятельности ЦНС и скелетной мускулатуры. Используют главным образом для лечения нервных и психических заболеваний: эпилепсии, психозов, сопровождающихся депрессией, истощением и др. Препарат назначают при мышечной дистрофии и миопатии. В детской практике - при задержке психического развития, церебральных параличах, полиомиелите. Препарат рекомендуется использовать для предупреждения и лечения токсических влияний на ЦНС противотуберкулезных средств типа изониазида.

Хранение:

Хранить медикамент следует в сухом, прохладном, темном и недоступном для детей месте при оптимальной температуре - не более 25?С.

Метионин (2-амино-4-метилтиобутановая кислота) -впервые был выделен из казеина. Встречается во всех организмах в составе молекул белков и пептидов. Особенно богат метионином казеин.

Физические свойства:

Белый кристаллический порошок, со сладковатым вкусом и со слабым запахом меркаптосоединений.

Получение. Выделяют метионин из гидролизатов казеина. Промышленный синтез осуществляют из 3-метилтиопропионового альдегида.

Определение подлинности:

Для определения в метионине метилсульфидной группы препарат сплавляют с 30 % раствором щелочи. К плаву добавляют разбавленную серную кислоту, которая вытесняет из образовавшихся сульфидов и меркаптидов сероводород и меркаптаны:

Появляется запах меркаптосоединений. Пробирку закрывают фильтровальной бумагой, смоченной желтым щелочным раствором нитропруссида натрия [Na3Fe(CN)5NO]. Наблюдается красно-фиолетовое окрашивание бумаги (качественная реакция на сероводород):

Методика идентификации метионина с нитропруссидом натрия может быть реализована в более мягких условиях (ЕФ). Для этого 0,1 г исследуемого метионина и 0,1 г глицина растворяют в 4,5 мл разбавленного раствора NaOH. Добавляют 1 мл раствора нитропруссида натрия (25 г/л). Нагревают при температуре 40 °С в течение 10 мин, охлаждают и добавляют 2 мл смеси, состоящей из 1 объема фосфорной кислоты и 9 объемов раствора НС1. Появляется темно-красная окраска.

Количественное определение:

Содержание метионина, как и других аминокислот, может быть определено различными методами:

-по количеству азота, который определяется методом Кьельдаля (ГФ XI);

-йодометрически (в основу метода положено окисление серы йодом в среде фосфатного буфера);

-потенциометрическим титрованием в неводных средах (смесь НСООН и СН3СООН); титрант 0,1М раствор НСЮ4.

Метионин (по ФС) предварительно растворяют в смеси растворов монокалийфосфатов и дикалийфосфата в присутствии йодида калия , а затем окисляют 0,1 М раствором йода по схеме:

При йодхлорометрическом титровании метионин окисляется до соответствующего сульфоксида :

Применение :

Гепатопротектор ; применяют при заболеваниях печени (гепатиты, гепатозы, циррозы), протекающие с жировой инфильтрацией гепатоцитов; также для предупреждение токсических поражений печени мышьяком, хлороформом, бензолом, алкоголем; дефицит белка различного происхождения в составе комбинированной терапии.

Хранение:

Следует хранить в хорошо укупоренной таре, в сухом, защищенном от света месте при температуре не выше 25°С.

Размещено на Allbest.ru