Неполярные (гидрофобные) Полярные(гидрофильные)

Неполярные аминокислоты - с алифатическими и ароматическими боковыми радикалами (Ала, Вал, Лей, Иле, Мет, Фен,Три).

Г) по диссоциации:

Полярные аминокислоты

Ионогенные Неионогенные

Способные к диссоциации не способные

В условиях организма

Тирозин серин

Полярные аминокислоты с ионогенными группами в условиях ор­ганизма могут находиться в виде анионов и катионов:

В виде анионов (кислые) В виде катионов (основные)

Асп Лиз

Глу Арг

Тир Гис

Цис

Полярные ионогенные радикалы располагаются как на поверхнос­ти, так и внутри белковых молекул. Они участвуют в образовании водородных связей с другими полярными группами.

Незаменимые аминокислоты.

Незаменимыми для взрослого здорового человека являются 8 аминокислот: Валин, Лейцин, Изолейцин, Треонин, Лизин, Метионин, Фенилаланин, Триптофан.

Для детей незаменимыми также являются Аргинин и Гистидин.

ЛИЗаМЕТнула ФЕН в ТРИбуну, ТРЕзвыйЛЕЙтенантВАЛялся в ИЗОляторе с АРГентинскимГИтаристом.

3. Стереоизомерия α-Аминокислот.

Все α-аминокислоты, за исключением глицина, имеют асимметрический атом углерода и существуют в виде энантиомеров, относящихся к D- и L-рядам. В белках животных организмов представлены L-аминокислоты, в белках микроорганизмов встречаются и аминокислоты D-ряда. D-аминокислоты животным организмом не усваиваются

 

 

L-аланин L-треонин L-изолейцин

 

Три аминокислоты имеют два центра хиральности: треонин, изолейцин, 4-гидроксипролин.

 

 

Кислотно-основные свойства.

Описаны в семинаре №15 (16.05.2016г.).

Аминокислоты являются амфотерными органическими соединения­ми, поэтому в растворах существуют в виде биполярных ионов:

 

Н₃⁺N – СН – СОО^- R

Аминокислотам присущи все свойства как карбоновых кислот, так и аминов.

Реакции карбоксильной группы - образование функциональных производных кислот (сложных эфиров, амидов, солей,галогенангидри­дов).

Реакции аминогруппы - образование солей с сильными кислотами, образование N-ацилированных производных.

Кроме того, для аминокислот характерен целый ряд специфичес­ких реакций, обусловленных наличием в их структуре COOH- и NH₂- групп у одного и того же атома углерода. Всереакции, про­текающие в организме, - ферментативные, хотя не­которые из них могут быть осуществлены invitro.

3. Методы получения α-аминокислот: гидролиз белков, синтез из α-галогенпроизводных карбоновых кислот. Реакции восстановительного аминирования и реакции переаминирования. Пиридоксалевый катализ.

 

Биосинтез α-аминокислот осуществляется из α-кетокислот — продуктов метаболизма углеводов. Возможны два пути превращения кетокислот в аминокислоты.

1. Восстановительное аминирование с участием кофермента НАД-Н

О		NH2
║	НАД-Н	│
НООС–СН2–СН2–С–СООН + NН3 → НООС–СН2–СН2–СH–СООН
α-кетоглутаровая кислота		глутаминовая кислота

 

2. Трансаминирование (переаминирование), источником группы NH₂– для кетокислот является другая аминокислота. Эта реакция протекает при участии кофермента пиридоксальфосфата

 

пиридоксальфосфат

R–CH–COOH + HOOC-CH₂-C-COOH → R–C–COOH + HOOC-CH₂-CH-COOH

│	║	║	│
NH2	О	O	NH2
	Щавелевоуксусная кислота		Аспарагиновая

кислота

4. Химические свойства α-аминокислот как гетерофункциональных соединений. Образование внутрикомплексных солей. Реакции этерификации, ацилирования, алкилирования, дезаминирования, образования иминов. Качественные реакции α-аминокислот.

 

см. семинар №15 в химических свойствах

 

 

5. Биологически важные реакции α-аминокислот. Декарбоксилирование α-аминокислот – путь к образованию биогенных аминов и биорегуляторов (этаноламин, гистамин, триптамин, серотонин, дофамин, β-аланин, γ-аминомасляная кислота).

6. Реакции взаимодействия аминокислот с азотистой кислотой и формальдегидом, значение их для анализа аминокислот. Реакции гидроксилирования (фенилаланин-тирозин, триптофан-5-гидрокситриптофан, пролин-4-гидроксипролин). Окисление цистеина. Дисульфидная связь.

 

 

NH2

2. Дезаминирование (удаление NH₂-группы) бывает неокислительным (без участия О₂).

	Н	СООН
HOOC-CH2- CH-COOH	Аспартаза	\	/
→	C ═ C
│	- NH3	/	\
NH2	НООС		Н
АСП	Фумаровая кислота

 

Окислительное дезаминирование протекает при участии кофермента НАД⁺

R–CH–COOH	+ НАД+	R-C-COOH	Н2О	R–C–COOH
→	→
│	- НАДН	║	-NH3	║
NH2		NH		O
Дезаминирование in vitro
CH3 – CH - COOH	+ HNO2	→ CH3 – CH - COOH + N2 + H2O
│			│
NH2			OH

Применяется для количественного определения аминокислот (метод Ван-Слайка).

⁺ семинар №15 формольное титрование

 

В организме происходит реакция гидроксилирования некоторых аминокислот, которая не имеет аналогии в химии in vitro например гидроксилирование незаменимой аминокислоты фенилаланина в тирозин.

 

фенилаланин

гидроксилаза

 

CH2 - CH - COOH		HO				CH2 - CH - COOH
NH2
					NH
ФЕН					ТИР

 

Отсутствие или недостаток в организме фермента катализирующего эту реакцию приводит к тяжелому заболеванию — фенилкетонурии.

 

7.Реакции окислительного и неокислительного дезаминирования

 

1. Декарбоксилирование in vivo приводит к образованию биогенных аминов.

	декарбоксилаза
HOOC-CH2- CH2-CH-COOH	→	HOOC-CH2- CH2-CH2-NH2
ГЛУ	│	- CO2	γ-аминомасляная кислота (ГАМК)
	NH2		природный транквилизатор

 

В результате реакции декарбоксилирования образуются биогенные амины (триптамин, гистамин, коламин, дофамин, серотонин).

 

Декарбоксилирование in vitro протекает аналогично

 

	t0C, Ва(ОН)2
HOOC-CH2- CH2-CH-COOH	→	HOOC-CH2- CH2-CH2-NH2
│	- ВаCO3
NH2

 

8. Пептиды. Электронное и пространственное строение пептидной связи. Кислотный и щелочной гидролиз пептидов. Отдельные представители пептидов: аспартам, глутатион, нейропептиды, инсулин.

 

 

Среди производных α-аминокислот важнейшими являются амиды, где замещенная аминогруппа представляет собой остаток 2-й аминокислоты.

 

Амиды такого типа называют пептидами.

O

//

R – CH – C

│ \

NH₂ NH - R^`

 

Пептиды —природные или синтетические вещества,построенные изостатков α-аминокислот, соединенных амидными (пептидными) связями.

 

Функции пептидов. Пептиды выполняют функции биорегуляторов различных биологических и физиологических процессов: регулируют тонус сосудов (вазопрессин, ангиотензин), моторику и секрецию ЖКТ (гастрин, холецистокинин), сон, бодрствование, эмоциональное поведение, память, обучение, синаптическую передачу. Некоторые пептиды могут стимулировать секрецию гормонов гипофиза (АКТГ, соматотропный гормон). Существуют пептиды, являющиеся регуляторами иммунитета (гормоны тимуса, тафтсин). Пептидную природу имеют некоторые антибиотики (циклоспорин А, грамицидины), алкалоиды, токсины пчел и ос, змей, ядовитых грибов (фалоидин и аманитин бледной поганки), холерный и ботулический токсины.

Общую формулу пептидов можно представить следующим образом:

O O

║ ║

Н₂N – СН – С – N – CH – C – N – CH – COOH

│	│	│	│	│
R	H	R’	H	R”
N-конец				С-конец

 

 

Химические свойства пептидов вытекают из их амидной природы, они способны гидролизоваться в кислой и щелочной средах, в организме гидролиз осуществляется при участии ферментов — протеиназ. Гидролиз пептидов дает сведения об α-аминокислотах, входящих в их состав, при этом необходимо учитывать, что некоторые аминокислоты частично или полностью разрушаются в условиях жесткого кислотного гидролиза. При гидролизе пептидов полностью теряется информация о порядке соединения α-аминокислот в цепи, т. е. о первичной структуре пептидов и белков.

 

В проявлении биологических функций пептидов и белков очень важно их пространственное строение. Оно в значительной мере определяется электронным строением пептидной группы.

O

- CH - C - N - CH -

 

R H R'

 

p, π-сопряжение в пептидной группе приводит к частичной двоесвязанности С – Nсвязи, что затрудняет вращение вокруг этой связи.

 

R
H - C	0,132			H	H
C		N
						ОБЫЧНО ДЛИНА
							C	СВЯЗИ 0,125НМ
							- С = N -
O								R'

Такая частичная двоесвязанность C-N связи означает, что пептидная группа представляет собой плоский участок пептидной цепи, рядом с которым находятся атомы С, своеобразные шарниры, где возможно вращение вокруг связей С – С и N – C

 

11. Установление первичной структуры пептидов и белков (метод Эдмана). Первичная структура белков. Частичный и полный гидролиз. Понятие о вторичной, третичной и четвертичной структурах. Гемоглобин, строение гема. Функциональная классификация белков. Понятие о сложных белках: гликопротеины, гемопротеины, нуклеопротеины и др.

 

Первичная структура пептидов и белков определяется путем последовательного отщепления α-аминокислот с какого-либо конца макромолекулярной цепи и их идентификации.

Метод Эдмана с фенилизотиоцианатом(ФТГ)

 

Преимуществом этого метода является то, что при отщеплении каждой N-концевой α-аминокислоты, остальная часть пептидной молекулы не разрушается. Такие же операции можно повторять дальше до полного определения первичной структуры и этот метод получил название деградации по Эдману (1950 г.).

 

	C6H5 - N = C = S+ H2N-CH -CO-NH- CH-CO-NH-CH- CO-.........	pH 9
	R		R'
		R''
	последовательность аминокислот

C₆H₅ - NH - C - NH -CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO--... циклизация

	S			R	R'	R''
			S
C6H5		N			NH	+	H2N - CH - CO - NH - CH - CO-...
		O			R		R'	R''

укороченный полипептид

 

Первичная структура определяется как линейная последователь-ность биогенных аминокислот, связанных пептидными связями. Она гене-тически детерминирована для каждого конкретного белка в последова-тельности нуклеотидов информационной РНК. Первичная структура оп-ределяет и более высокие уровни организации белковых молекул. Зная первичную структуру можно последовательно получить белок синтетиче-ски (впервые был синтезирован инсулин, впоследствии многие другие белки, так широкое распространение получили синтетические полипепти-ды для лечения СПИДА, многих других заболеваний).

Вторичная структура белка—локальная конформацияполипептидной цепи, возникающая в результате вращения отдельных ее участков, приводящая к скручиванию, складыванию или изгибу этого участка цепи. Вторичная структура может быть представлена α-спиралью, β-структурой (структура складчатого листа).

Третичная структура —конформация(расположение в простран-стве) всей полипептидной цепи, обусловленная взаимодействием элемен-тов вторичной структуры как близлежащих, так и отдаленных аминокис-лотных остатков. В ее формировании и стабилизации принимают участие все виды взаимодействий: гидрофобное, вандервальсово, электростатиче-ское (ионное), дисульфидные ковалентные связи. Наиболее значимыми яв-ляются гидрофобное взаимодействие и дисульфидные связи.

Четвертичная структура белка—способ укладки в пространствеотдельных полипептидных цепей (одинаковых или разных) с третичной структурой, приводящий к формированию единого в структурном и функ-циональном отношениях макромолекулярного образования (мультимера).

 

Гемоглобин —белок эритроцитов,относящийся к группе гемопротеи-нов и участвующий в транспорте газов в организме. В качестве простети-ческой группы содержит гем (железопротопорфин). Представляет собой гетерогенный тетрамер, состоящий из двух идентичных α-цепей и двух идентичных β-цепей, соединенных солевыми мостиками. Каждая цепь, об-разующая комплекс с группой гемма очень сходна с молекулой миоглоби-на — белка мышечной ткани, переносящего кислород и состоящего из од-ной полипептидной цепи.

Молекула гемоглобина в отличие от миоглобина обнаруживает ряд существенных особенностей:

1) кислород связывается молекулой гемоглобина кооперативно, т. е. связывание одной молекулы О₂ облегчает связывание трех последующих молекул О₂;

2) молекула гемоглобина способна воспринимать информацию из ок-ружающей среды и, как следствие, изменять сродство к кислороду, т. е. белки это не жесткие, а конформационно подвижные динамические структуры.

Функциональная классификация белков:

Ферменты

Гормоны

Транспортные белки

Структурные белки

Сократительные белки

Защитные белки

Токсины

 

Простые белки построены только из аминокислот. Сложные белки построены из двух компонентов - простой белок и небелковое вещество, называемое простетической группой. Простетические группы прочно связаны с белковой частью молекулы.

Классификация сложных белков зависит от строения простетической группы.

Гликопротеины (содержат углеводы).

Липопротеины (содержат липиды).

Фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту).

Хромопротеины (содержат окрашенную простетическую группу).

Металлопротеины (содержат ионы различных металлов).

Нуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты).

 

 

12. Понятие о стратегии пептидного синтеза. Синтез пептидов, защита функциональых групп.

 

 

Пятый этап синтеза —завершающий—снятие защиты

(СН₃)₃С – О – СО – NH – CH₂ – CО – NH – CH – COOC₂H₅

	│
	CH2CH(CH3)2
↓ HBr, CH3COOH	↓ H2O, OH
(CH3)2C ═ CH2 + CO2	С2Н5ОН

изобутилен H₂N – CH₂ – CО – NH – CH – COOH

│

CH₂CH(CH₃)₂

ГЛИ–Лей