Амінокислоти: одержання, властивості, роль

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

«Амінокислоти: одержання, властивості, роль у біології»

Амінокислоти

Органічні сполуки, що містять в молекулі карбоксильну та аміногрупи, називають - амінокислотами. Амінокислоти мають надзвичайно велике значення в органічному світі, тому що з них побудовані білкові речовини клітині, що виконують ряд інших важливих функцій в живому організмі: структурні білки, ферменти, гормони, транспортні білки, захисні, запасаючі, скорочувальні, токсини.

Ізомерія. Номенклатура

Амінокислоти називають звичайно як замісники відповідних карбонових кислот, позначаючи положення аміногрупи буквами латинського алфавіту. Застосовується також систематична номенклатура, а для найпростіших - емпіричні назви:

CN₂NH₂-COOH амінооцтова кислота, аміноетанова кислота, глікол, гліцин.

CH₃-CHNH₂-COOH -амінопропіонова кислота, 2-амінопропіонова кислота, аланін.

CH₃-CH₂-CH-CHNH₂-COOH 2-аміно-3-метилпентанова кислота

CH₃-CHOH-CHNH₂-COOH -аміно--оксимасляна, 2-амино-3-оксибутанова кислота, треонін.

Ізомерія амінокислот аналогічна ізомерії оксикислот. Вона може бути пов'язана з положенням функціональних груп та будовою вуглецевого скелета. Молекула амінокислоти може вміщувати як одну так і декілька карбоксильних груп і відповідно до цього амінокислоти відрізняються по основності. В молекулі амінокислоти може вміщувати також декілька аміногруп.

Гомологічний ряд одноосновних амінокислот необхідно б було починати з аміномурашиної кислоти H₂N-COOH. Проте ця кислота одночасно є неповним амідом карбонової кислоти.

Оцтова кислота має одну похідну амінокислоту H₂N-CH₂-COOH. Пролінова - дві: CH₃-CHNH₂-COOH -амінопропіонова кислота, (-аланін), CH₂NH₂-CH₂-COOH -амінопропіонова кислота (-аланін)

Від масляної - три, від ізомасляної - дві:

CH₃-CH₂-CHNH₂-COOH -аміномасляна кислота

CH₃-CHNH₂-CH₂-COOH -аміномаслянакислота

CH₂NH₂-CH₂-CH₂-COOH -аміномасляна кислота

Від ізомасляної:

-аміноізомасляна кислота

-аміноізомасляна кислота H₂N-CH_2-CH-COOH

Шляхи отримання амінокислот

Розроблено багато шляхів отримання -амінокислот. Найважливіші з них три:

1. Дія аміаку на солі хлорзамісних кислот:

NH₂-H+CL-CH₂-COONH₄-----^-HCL-NH₂-CH₂COOHNH₄

Дією аміаку та ціанової кислоти на альдегіди (реакція Штрекера). Ціановодень приєднується до аміду що утворюється спершу, утворений нітрил -амінокислоти обмилюють та отримують -амінокислоту:

CH₃-C=O -_+HN3----_-H2O-CH₃-CH=NH-^+HCN-CH₃-CH-CN-^{+HOH: H}₂--_-NH3

H NH₂

CH₃-CH-COOH

NH ₂

3.-Амінокислоти також можна синтезувати з аміномалинового ефіру за наступною схемою:

NO-CH(COOR)₂

CH₂(COOR)₂-^R*ONO--_-R*OH -^+H₂-^NiNH₂-CH(COOR)₂-^C₆^H₅^OCL-_-HCL

HON=C(COOR)₂

C6H5CO-NH-CH(COOHR) 2-^+RONa--_-ROH-C6H5CO-NH-C(COOR)₂Na⁺-^R*I--_-NaI-C₆H₅CONH-CR*(COOR)₂-^{H+, HOH}-_C6H5COOH-NH-CR*(COOH)₂ ---_-CO2-NH₂-CHR* - COOH

При гідролізі білків отримано близько 25 різноманітних амінокислот. Розділення такої суміші являє собою вкрай складну операцію. Проте звичайно одна або дві амінокислоти отримуються в більших кількостях і ці кислоти вдається виділити досить просто. Останнім часом навчились так порушувати життєдіяльність деяких мікроорганізмів, що вони замість накопичення білка починають продукувати одну яку-небудь задану амінокислоту. Таким шляхом в промисловості отримують харчовий лізин. Із субстрату лізин виділяють з допомогою іонообмінних смол.

Шляхи отримання -амінокислот. Найбільш важливими є наступні два способи отримання цих кислот:

Приєднання аміаку до відповідних кислот. Аміак до олефінів без каталізаторів не приєднується. Приєднання тут проходить так як і інші реакції ,-ненасичених кислот, ане заправилом Марковникова:

CH2=CH-COOH -^+2NH₃NH₂-CH₂-CH₂-COONH₄

2. Велика кількість амінокіслот була синтезована В.М. Родіоновим з малинової кислоти: CH₂-CHO+CH₂(COOH)₂-^+NH₃CH₃-CH-NH₂-CH₂COOH+H₂O+CO₂

Ця реакція схожа з реакцією отримання -оксикислот з альдегидів. Можливо, що проміжними продуктами тут є оксисполуки, проте механізм цієї реакції до кінця ще не з'ясовано.

Шляхи отримання інших амінокислот. Амінокислоти з більш віддаленими одна від одної функціональними групами отримують дією аміаку на галогенпохідні кислот, відновленням неповних нітрилів двохосновних кислот з допомогою бекмановского перегрупування наприклад:

H₂C CH₂ H₂C CH₂

H₂C C=O -^H₂^N-OH-_-HOH H₂C C=N-OH-^H₂^SO₄

H₂C CH₂ H₂C CH₂

циклогексанон циклогексаноноксим

H₂C CH₂ OH H₂C CH₂

CO

H₂C С=N H₂C NH

H₂C CH₂ H₂C CH₂

капролактам

Капролактам при гідролізі утворює - або -амінокапронову кислоту, а при нітруванні з подальшим відновленням - лактам 2,6 - диамінокапронову кислотую(лізин).

Фізичні властивості

Амінокислоти-безбарвні кристалічні речовини з високими температурами плавлення, які мало відрізняються для цих кислот і тому не характерні. Плавлення супроводжується розкладом речовини. У воді амінокислоти є добре розчинними. Водні розчини одноосновних амінокислот майже завжди мають майже нейтральну реакцію.

Високі температури плавлення, відсутність в спектрі ліній, характерних для карбоксильної та аміногрупи, та деякі інші властивості амінокислот пояснюються їх будовою. Амінокислоти являють собою внутрішні солі (біполярні іони):₊NH₃-CH₂-CO-O_-Такий іон в кислому середовищі поводить себе як катіон, так як пригнічується дисоціація карбоксильної групи; а в лужній - як аніон: ⁺NH₃-CH₂-COOH_+H^{OH -} +NH₃-CH₂-COO_HO^-_H⁺NH₂-CH₂-COO-

В ізоелектричній точці, коли концентрація катіонів та аніонів рівні, конценотрація біполярного іона максимальна і рух його в електричному полі не відбувається. Положення рівноваги залежить від pH середовища.

Більшість природніх амінокислот оптично активні внаслідок наявності асемитричного атома карбону. В природі розповсюджені кислоти L-ряду.

Хімічні властивості

Подібно до інших сполук із змішаними функціональними групами амінокислоти проявляють властивості як кислот так і амінів. Проте в ланцюзі перетворень сильно впливає наявність двох груп.

Амінокислоти утворюють солі з лугами. Солі -амінокислот з тяжкими металами можуть мати комплексний характер. Таку будову мають наприклад інтенсивно сині солі міді: CH₂-NH₂ O CO

2. Подібно до інших кислот амінокислоти утворюють складні ефіри, хлорангідриди, аміди і т.д.

3. Амінокислоти утворюють солі з неорганічними кислотами наприклад(H₃N⁺-CH₂-COOH)^-CL. Ці солі звичайно добре кристалізуються.

4. При дії азотистої кислоти амінокислоти утворюють оксикослоти:

H₂N-CH2COOH-^HNO₂ N₂+H₂O+HOCH_2-COOH

Ефіри амінокислот утворюють при цьому досить стійкі діазосполуки:

CH₂-CH₂-COOC₂H₅-^HNO₂--_-2H2ON₂CH-COOC₂H₅

Діазооцтовий (етиловий) ефір має наступну будову:

NN⁺-^-CH-COOC₂H₅^-N=N⁺=CH-COOC₂H₅

Він використовується при органічному синтезі.

5. Аміногрупа в амінокислотах легко ацілюється при дії ангідридів або галогенангідридів кислот:

CH₂NH₂ CH₂-NH-COCH₃

/ +(CH₃CO) O₂ / +CH₃COOH

COOH COOH

6. При алкіруванні аміногрупи утворюються вторинні, третинні амінокислоти та зрештою чотирьохзамісні амонійні луги. Внутрішні солі таких лугів називають бетаінами.

7. В залежності від положення аміногрупи по відношенню до карбоксилу амінокислоти поводять себе порізному:

1) -амінокислоти утворюють дикетопіперазини:

CH₃-CH-CO-OH CH₃-HC-CO

H-NH+NH-H NH NH+2H₂O

НO-CO-CH-CH₃ OC-CH-CH₃

-амінокислоти відщеплюють аміак і дають амонійну сіль ненасиченої кислоти. Причиною такої реакції є рухливість водневих атомів в сусідстві з карбоксильною групою:

CH₂-CH-COOH

NH₂ H

3)-,-амінокислоти уворюють при нагріванні внутрішні аміди - лактами: H₂C CH₂ H₂C CH₂

H₂C CO ^-H2O H₂C CO

HN-H OH NH

Цим користуються при визначенні будови амінокислот: визначають в якому положенні знаходиться аміногрупа відносно карбоксильної.

В реакціях заміщення -амінокислот, пов'язаних із зміною до асимметричного атома карбону, часто проходить вальденівське обертання. Прикладом може бути взаємоперетворення d - та l-бромпропіонових кислот та d- і l-аланіну по наступній схемі:

d-бромпропіонова кислота-^NH₃d-Аланін

NOBr NOBr

l-Аланін ^NH₃ - l-Бромпропіонова кислота

Інверсія або збереження конфігурації під час реакції заміщення залежить від механізму по якому дана реакція проходить.

В сучасній хімії та біології амінокислот та білків важливу роль відіграє реакція зі зміною кольору (зміна забарвлення на синє).

Комплексони. Комплексонами називають групу -амінокислот, що вміщують два або три залишки, зв'язаних з азотом. Найбільш простими з цих амінополікарбонових кислот є імінодиоцтова та нитрилтриоцтова кислоти:

CH₂-COOH CH₂-COOH нітрилтриоцтоав

H-N HOCO-CH₂-N кислота

CH₂-COOH CH₂-COON

імінодиоцтова кислота

Амінокислоти здатні утворювати ряд хімічних зв'язків з різними реакційноздатними групами.

Пептидний зв'язок. Цей зв'язок утворюється в результаті виділення води при взаємодії аміногрупи однієї амінокислота з карбоксильною іншої. Сполука що утворилась внаслідок такої реакції називається дипептид.

Іонний зв'язок. При схожому значенні pH іонізована аміногрупа може взаємодіяти з іонізованою карбоксильною. в результаті чого утворюється іонний зв'язок. У водному розчині іонні зв'язки значно слабкіші ковалентних; і вони можуть розриватися при зміні pH середовища.

Дисульфідний зв'язок. Коли дві молекули цистеїна, їх сульфгідрильні (-SH) групи, знаходяться поруч, вони окислюються утворюючи дисульфідний зв'язок. Дисульфідні зв'язки можуть виникати при також між різними поліпептидними ланцюгами. Цей факт грає важливу роль в білковій структурі.

Література

амінокислота хімічний ізомерія номенклатура

Ф.Ф. Боєчко, Л.О. Боєчко. Основні Біохімічні поняття, визначення і терміни

А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Г. Трощенко. Органічна Хімія.

Н. Грін, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология. Москва: Мир. 1996 р.

Размещено на Allbest.ru