Аминокислоты

8.Аминокислоты  образуют сложные эфиры при  действии хлористого водорода  на них спиртовые растворы. При  этом, разумеется, образуется солянокислые  соли эфиров, из которых свободные  эфиры можно получить, удаляя  хлористый водород окисью серебра, окисью свинца или триэтиламином:

 

+ +

NH3CH2CO + C2H5OH + HC? NH3CH2COC2H5 C?

 ¦ ¦

O O

+

2 NH3CH2COC2H5 C? + Ag2O NH2CH2COC2H5 + 2AgC? + H2O

 ¦ ¦

O O

 

Эфиры обычных  аминокислот - жидкости, перегоняющиеся в вакууме. Именно этерификацией  суммы аминокислот, получающихся в результате гидролиза белка, разгонкой в вакууме и последующим гидролизом Э.Фишер выделил индивидуальные аминокислоты и дал способ установления аминокислотного состава белков.

9. При действии  пятихлористого фосфора на аминокислоты образуются солянокислые соли хлорангидридов аминокислот, довольно неустойчивые соединения, при отщеплении HC? образующие совсем неустойчивые свободные хлорангидриды:

 

+ +

NH3CH2CO + PC?5 NH3CH2CC? C? + POC?3

 ¦ ¦

O O

10. Аминокислоты  ацилируются по аминогруппе:

+

NH2CH2CO + CH2C O CH3CNHCH2COH + CH3COH

 ¦ ¦ ¦ ¦  ¦

O O 2 O O O

 ацетилгликокол

+

NH2CH2CO + C6H5CС? C6H5CNHCH2COH + HС?

 ¦ ¦ ¦ ¦ 

O O O O

 бензоилгликокол

(гиппуровая кислота)

 Образующаяся  в последней из написанных  реакций гиппуровая кислота вещество, в виде которого травоядные животные выделяют с мочой небезвредную бензойную кислоту, попадающую в организм с пищей.

11. Аминокислоты  можно алкилировать по аминогруппе.  Алкилированием глицина получается  метиламиноуксосная кислота-саркозин

+ +

NH3CH2CO + CH2I CH3NH2CH2CO + HI

 ¦ ¦

O O

 саркозин

 

которая в связанном  виде содержится в некоторых белках

 При избытке  иодистого метила образуется  замещенная на четвертичноаммониевую  группировку уксусная кислота

+ +

NH3CH2CO + 3CH3I (CH3)3NCH2COH I + 2HI

 ¦ ¦

O O

от которой можно  отщепить HI и получить бетаин, лучше  синтезируемый из триметиламина  и хлоруксусной кислоты:

 +

(СH3)3N + C?CH2CONa (CH3)3NCH2CO + NaC?

 ¦ ¦

O O

 бетаин

 Бетаин, получивший  свое название от свеклы(Beta vulgaris), в соке которой он находится, дал название и всему классу внутренних солей, в которых анион и катион связаны внутри одной молекулы. В этом смысле говорят о бетаинобразной структуре самих аминокислот:

 

+ +

H3NCH2CO (CH3)3NCH2CO

 ¦ ¦

O O

Бетаины обладают большим дипольным моментом и солеобразны (тверды, нелетучи, водорастворимы). 

 

- аминокислоты, их  роль в природе. 

 

В молекулах большинства -аминокислот содержится асимметрический  атом углерода; природные аминокислоты существуют в виде оптических антиподов. Те из антиподов, конфигурация которых аналогична конфигурации правовращающего глицеринового альдегида, обозначаются буквой D; буквой L обозначаются антиподы, конфигурация которых соответствует конфигурации левовращающего глицеринового альдегида:

 

Конфигурация -асимметрического атома углерода у всех природных -аминокислот одинаковая, все они  относятся к L-ряду.

 Наибольший  интерес представляют 20 -аминокислот,  входящих в состав белковых  молекул.

 Принадлежность  природных аминокислот к -аминокислотам легко устанавливается по их способности образовывать дикетопиперазины и характерные внутрикомплексные медные соли. Азотистая кислота превращает их в -оксикислоты, из которых многие известные уже со второй половины XVIII столетия. Если при этом получается неизвестная оксикислота, то аминогруппу можно заменить на хлор действием хлористого нитролиза

 

R R

+ ¦ ¦

NH3CHCO + NOC? C?CHCOH + N2 + H2O

 ¦ ¦

O O

а затем, заменив  действием цинка в кислой среде  хлор на водород, получить известную  карбоновую кислоту(в случае аминодикарбоновых кислот-двухосновную). Таким путем, например, из валина образуется изовалериановая кислота, из лейцина изокапроновая, из глутаминовой глутаровая, которые легко идентифицировать по каким-либо твердым производным (например по анилидам).

      

 

Синтез пептидов.

 Дипептидами  называются -амино-N-ациламинокислоты 

 

RCHCNHCHCO

 ¦+ ¦ ¦  ¦

NH3 O R O

 Полипептиды  построены по тому же амидному  принципу из нескольких одинаковых  или разных аминокислот. Они  называются по числу участвующих остатков аминокислот ди-, три- и т.д. полипептидами.

 Дипетиды с  одинаковыми -аминокислотными остатками  можно получить гидролитическим  размыканием дикетопиперазинов.  Дипетиды с любыми -аминокислотными  остатками были получены Э.  Фишером путем ацилирования аминокислоты по аминогруппе хлорангидритом -галоидзамещенной кислоты и последующей заменой -галоида на аминогруппу действием аммиака:

 

С?CHCС? H2NCHCOH С?CHCNHCHCOH + HС?

 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

R O R O R O R O

 

С?CHCNHCHCOH + 2NH3 H2NCHCNHCHCO + NH4С?

 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

R O R O R O R O

 Подобная же  последовательность реакций, примененная  к полученному дипетиту, приведет  к трипетиду и т.д. Э. Фишер  получил таким путем октадекапептид, состоящий из 18 остатков аминокислот.

 В более новых  методах синтеза полипептидов исходят из хлорангидридов аминокислот(или из иных функциональных производных аминокислот с резко выраженной ацилирующей способностью) с защищенной аминогруппой. Такая защита необходима, чтобы хлорангидрид первой аминокислоты не проацилировал себе подобную молекулу, а осуществил связь со второй аминокислотой . Защита аминогруппы ацетилированием мало удобна, так как условия удаления ацетильной группы гидролизом таковы, что сам ди или полипептид будет гидролизоваться, распадаясь на аминокислоты. Поэтому аминогруппу кислоты, предназначенной в качестве ацилирующего агента и превращаемой для этого в хлорангидрид, защищают, в водя в аминогруппу такую группировку, которую можно удалить из дипептида гидролизом в очень мягких условиях или каким-либо другим методом. Например группу CF3CO- можно удалить обработкой слабой щелочью или гидрогенолизом; группу C6H5CH2OCO- легко удалить гидрированием над палладиевым катализатором, восстановлением раствора натрия в жидком аммиаке или действием гидрозина; фталильная группа под действием гидразина отщепляется в виде

 CO

NH

C6H4 ¦ 

NH

 CO

 

Что касается того, в форме какого функционального  производного должен находится карбоксил  защищенной описанным способом аминокислоты, то чаще чем хлорангидриды, применяют  легко ацитилирующие эфиры или смешанные ангидриды, например:

 

HNCHCO NO2 или HNCHC OCOR

 ¦ ¦ ¦ ¦  ¦ ¦ ¦

X R O X R O O

 

где X- защищающий аминогруппу заместитель, R- остаток  пространственно затрудненного  алифатического спирта, например (CH3)2CHCH2OH, что обеспечивает разрыв ацилирующей молекулы по линии, намеченной пунктиром.

 Совершенно  иное дело-получение полипептидов, даже с высоким молекулярным  весом, из остатков одной кислоты.  Для этой цели выработан следующий  метод(Лейхс), рассмотренный на примере глицина (R=H):

 R

 ¦

C6H5CH2OCC? + H2NCHCOH

 ¦ ¦

O O

 

R

 ¦

C6H5CH2OCNHCHCOH

 ¦ ¦

O O O

 

R RCHC

 ¦ нагревание

C6H5CH2OCNHCHCC? O

 ¦ ¦ 

O O HN C 

 

O

 

Такие циклические  внутренние смешанные ангидриды  при нагревании распадаются с  выделением CO2 и образованием высокомолекулярных полипетидов:

 O

 

RCHC R R

 ¦ ¦

n O nCO2 + HNCHC(HNCHC)n-1

 ¦ ¦

HN C O O

 

O

В химии белков и полипептидов для сокращения принято писать формулы, обозначая остатки аминокислот буквами. Например, Glu- обозначение глутаминовой кислоты, Cys- цистеина, Gly- глицина и т.д. Сокращенная формула глутатиона будет в таком изображении

 

GlyCysGly

 

Белковые вещества. Классификация.

 

Белки ? высокомолекулярные природные полимеры, построенные  из остатков аминокислот, соединенных  амидной (пептидной) связью ?CO?NH?.

 Каждый Б.  характеризуется специфической  аминокислотной последовательностью  и индивидуальной пространственной  структурой (конформацией). На долю белков приходится не менее 50% сухой массы органических соединений животной клетки. Функционирование белка лежит в основе важнейших процессов жизнедеятельности организма. Обмен веществ (пищеварение, дыхание и др.), мышечное сокращение, нервная проводимость и жизнь клетки в целом неразрывно связаны с активностью ферментов - высокоспецифичных катализаторов биохимических реакций, являющихся белками. Основу костной и соединительной тканей, шерсти, роговых образований составляют структурные белки. Они же формируют остов клеточных органелл (митохондрий, мембран и др.). Расхождение хромосом при делении клетки, движение жгутиков, работа мышц животных и человека осуществляются по единому механизму при посредстве белка сократительной системы (напр., Актин, Миозин). Важную группу составляют регуляторные белки, контролирующие биосинтез белка и нуклеиновых кислот. К регуляторным белкам относятся также пептидно-белковые гормоны, которые секретируются эндокринными железами. Информация о состоянии внешней среды, различные регуляторные сигналы (в т. ч. гормональные) воспринимаются клеткой с помощью спец. рецепторных белков, располагающихся на наружной поверхности плазматической мембраны. Эти белки играют важную роль в передаче нервного возбуждения и в ориентированном движении клетки (хемотаксисе). В активном транспорте ионов, липидов, сахаров и аминокислот через биологические мембраны участвуют транспортные белки, или белки-переносчики. К последним относятся также гемоглобин и миоглобин, осуществляющие перенос кислорода. Преобразование и утилизация энергии, поступающей в организм с питанием, а также энергии солнечного излучения происходят при участии белков биоэнергетической системы (напр., родопсин, цитохромы). Большое значение имеют пищевые и запасные белки ( напр., Казеин, Проламины), играющие важную роль в развитии и функционировании организмов. Защитные системы высших организмов формируются защитными белками, к которым относятся иммуноглобулины (ответственны за иммунитет), белки комплемента (ответственны за лизис чужеродных клеток и активацию иммунологической функции), белки системы свертывания крови ( напр. Тромбин, Фибрин) и противовирусный белок интерферон.

 По составу  белки делят на простые, состоящие  только из аминокислотных остатков (протеины), и сложные (протеиды). Сложные могут включать ионы металла (металлопротеиды) или пигмент (хромопротеиды), образовывать прочные комплексы с липидами (липопротеины), нуклеиновыми кислотами (нуклеопротеиды), а также ковалентно связывать остаток фосфорной кислоты (фосфопротеиды), углевода (гликопротеины) или нуклеиновой кислоты (геномы некоторых вирусов).