Аминокислоты. Пептиды и белки Курский государственный медицинский университет Кафедра биоорганической химии

Цель: Получить представление о взаимосвязи химического строения и биологической роли аминокислот, пептидов и белков

План лекции 1. Медико-биологическое значение аминокислот, пептидов и белков; 2. Строение, классификация аминокислот 3. Стереоизомерия α-аминокислот 4. Способы получения аминокислот 5. Общие и специфические химические свойства аминокислот 6. Химические свойства α-аминокислот in vitro; 7. Реакции α-аминокислот in vivo; 8. Первичная структура пептидов и белков; 9. Пространственное строение молекул белков.

Аминокислоты -это органические гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно карбоксильную группу-СООН и аминогруппу -NН 2 NH 2 СHСH C OH Например, глицин: O R1R1 α -это органические гетерофункциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно карбоксильную группу-СООН и аминогруппу -NН 2

Классификация аминокислот в зависимости от местоположения функциональных групп в УВ-скелете молекулы алифатические ароматические 2-аминопропановая кислота α(2)-аминопропионовая кислота аланин о-аминобензойная кислота антрониловая кислота

Классификация аминокислот в зависимости от взаимного местоположения функциональных групп α-аминокислоты γ-аминокислоты β-аминокислоты α CH 3 -CH-CH 2 -COOH NH 2 β CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH NH 2 γ

Принципы классификации α-аминокислот Природа радикала Число функциональных групп (-СООН; -NH 2 ) По возможности синтеза

Классификация в зависимости от природы радикала R: 1 алифатические 2 ароматические 3 гетероциклические Аланин Фенилаланин Гистидин R-CH-COOH NH 2

Классификация алифатических α-аминокислот по содержанию «дополнительных» функциональных групп Содержащие –ОН группу -серин (НО–СН 2 –) -треонин (СН 3 –СН–) Серосодержащие -цистеин (НS–СН 2 –) -метионин (CH 3 –S–CH 2 –CH 2 –) R-CH-COOH NH 2 ОН

Классификация в зависимости от числа карбоксильных и аминогрупп - Нейтральные – одна NH 2 и одна СООН группы - Основные – две NH 2 и одна СООН группы - Кислые - одна NH 2 и две СООН группы Аспарагиновая кислота Лизин Аланин Моноамино- монокарбоновые Диамино- монокарбоновые Моноамино- дикарбоновые

Классификация α-аминокислот по возможности синтеза Заменимые Незаменимые синтезируются в организме не синтезируются в организме -валин -лейцин -изолейцин -лизин -треонин -метионин -фенилаланин -триптофан

Стереоизомерия α-аминокислот аланин L-аланинD-аланин

Получение аминокислот из галогенопроизводных карбоновых кислот под действием аммиака: R1R1 Гал COOH HN H HHNH H Гал H R1R1 COOH HN H NH 4

Физические свойства Аминокислоты: бесцветные кристаллические вещества сладкие на вкус хорошо растворяются в воде имеют температуру плавления С.

Химические свойства Аминокислоты, являясь амфотерными соединениями, могут проявлять как основные, так и кислотные свойства, вступая в соответствующие реакции: NH 2 R1R1 О OH Основные свойства Кислотные свойства C

Основные свойства NH 2 CH 2 О OH C NH 3 + CH 2 О OH C H+H+ Cl -.. гидрохлорид

Кислотные свойства NH 2 CH 2 O O C О ONa C NaOH H H NH 2

В твердом состоянии α-аминокислоты существуют в виде биполярных (цвиттер) ионов NСН 2 C O O H H H биполярный ион R1R1

R-CH-COO NH OH - R-CH-COO NH H R-CH-COOH NH 3 + цвиттер-ион анионкатион В водном растворе α-аминокислоты существуют в виде равновесной смеси биполярного иона, катионной и анионной форм. Положение равновесия зависит от pH среды pH 7,0 pH 1,0 сильнокислая среда pH 11,0 сильнощелочная среда

Изоэлектрическая точка α-аминокислоты – это то значение pH раствора, при котором большинство молекул существуют в виде биполярных ионов, а концентрации катионной и анионной форм минимальны и равны.

CH 3 -CH-COOH NH 2 CH 3 -CH-COOCH 3 NH 2 метиловый эфир + H 2 O HCl газ хлорангидрид + CH 3 OH SOCl 2 CH 3 -CH-C NH 2 Cl O SO 2 +HCl Свойства карбоксильной (-СООН) группы

CH 3 -CH-COOH NH 2 (CH 3 СO) 2 O CH 3 -CH-COOH NH-CH 2 OH N-метилольное производное + CH 3 COOH CH 3 -CH-COOH NH-C-CH 3 O N-ацетильное производное Свойства амино- (-NH 2 ) группы

R-CH-COOH NH 2 HNO 2 R-CH-COOH OH +N2N2 +H2OH2O α-аминокислота α-гидроксикислота Дезаминирование in vitro

декарбоксилирование in vitro R-CH-COOH NH 2 Ba(OH) 2 toto R-CH 2 NH 2 +BaCO 3 +H2OH2O Специфические свойства

Специфические свойства α -аминокислот CH 3 -CH-C HN H O OH C-CH-CH 3 O HO NH H + toto дикетопиперазин +2 H 2 O

+Cu 2+ + R-CH NH 2 C O O CH-R H 2 N C O O Cu комплексная медная соль α-аминокислоты Качественные реакции на α-аминокислоты

+ ++CO 2 нингидрин продукт сине-фиолетового цвета

Качественная реакция на ароматические α-аминокислоты (ксантопротеиновая) HNO 3 toto NaOH тирозин продукт нитрования продукт оранжевого цвета

Качественная реакция на серосодержащие α-аминокислоты цистеин NaOH toto продукты разложения (Na 2 S) (CH 3 COO) 2 Pb PbS

Специфические свойства β -аминокислот CH 2 CCOOH NH 2 H H toto CH 2 =CH-COOH акриловая кислота + NH 3 β-аминопропионовая кислота δ+δ+

Специфические свойства γ -аминокислот CH 2 C O OH NH H γ-аминомасляная кислота toto C O OH H2CH2C H2CH2CCH 2 N H H γ-бутиролактам

Гидролиз лактамов γ-бутиролактам H 2 O, HCl toto CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH NH 3 + Cl - гидрохлорид γ-аминомасляной кислоты H 2 O, NaOH toto CH 2 -CH 2 -CH 2 -COONa NH 2 натриевая соль

Реакции α-аминокислот in vivo декарбоксилирование дезаминирование - окислительное; - неокислительное переаминирование образование пептидной связи

Декарбоксилирование α-аминокислот гистидин гистамин + CO 2 декарбоксилазы

Неокислительное дезаминирование аспартаза +NH 3 аспарагиновая кислота фумаровая кислота

Окислительное дезаминирование аланин [O] фермент α-иминокислота H2OH2O фермент пировиноградная кислота + NH 3

Реакция переаминирования аспарагиновая кислота + фермент + пировиноградная кислота щавелевоуксусная кислота аланин

Методы количественного определения α-аминокислот - м етод формольного титрования; -м-метод Фишера; -м-метод Ван-Слайка; -э-электрофорез

Пептиды и белки

Медико-биологическое значение пептидов и белков Регуляторная функция (ферменты) Защитная функция (иммуноглобулины) Транспортная функция (гемоглобин) Структурная функция (коллаген)

Аминокислоты реагируют друг с другом, образуя дипептиды, трипептиды или полипептиды: N СН 2 C OH O H H N СН 2 C OH O H H NH 2 СН 2 C O N H C OH O H2OH2O пептидная или амидная группа

++ трипептид пептидная связь N-конец C-конец

Ала Гли Фен аланилглицилфенилаланин

Электронное строение пептидной связи

Кислотный гидролиз глицилаланин H 2 O, H +,t o + гидрохлорид глицина гидрохлорид аланина

Щелочной гидролиз глицилаланин H 2 O, NaOH,t o + натриевая соль глицина натриевая соль аланина

Ферментативный гидролиз глицилаланин H 2 O, ферменты + глицин аланин

Качественная реакция на пептидные связи Белок +Cu(OH) 2 красно-фиолетовое окрашивание Биуретовая реакция

Уровни организации полипептидной цепи Первичный пептидная связь Вторичный пептидная, водородная связи Третичный пептидная, водородная, ионная, дисульфидная связи, гидрофобное взаимодействие Четвертичный водородная связь, гидрофобное взаимодействие

Первичная структура белка – это определенная аминокислотная последовательность, т.е.порядок чередования аминокислотных остатков в молекуле белка. Первичная структура характеризуется -аминокислотным составом; -аминокислотной последовательностью Н Цистеин

Вторичная структура белка – определенное пространственное расположение полипептидной цепи. α-спираль β-складчатая структура

На один виток спирали – 3,6 аминокислотных остатка. α-спираль

β-складчатая структура (параллельная)

β-складчатая структура (антипараллельная)

Третичная структура белка

Асп + Лиз ионная связь

Цис + [O] + H2OH2O дисульфидный мостик