В составе белков обнаружено 20 аминокислот (протеиногенных). Несмотря на огромное разнообразие вариантов последовательностей аминокислот в белках, каждый конкретный белок отличается строгим постоянством состава АК и их последовательности. Все АК, входящие в состав белков, являются α-аминокислотами, поскольку их аминогруппа (— NH2) находится в α-положении, т.е. рядом с карбоксильной:
R
|
Н—С—NН2 R— боковые цепи (боковые радикалы)
|
СООН
Существует 4 основных класса АК, содержащих R-группы следующих типов:
1. Неполярные или гидрофобные – аланин, валин, лейцин, изолейцин, метионин, пролин, фенилаланин, триптофан. R – представлены углеводородными остатками;
2. Полярные (гидрофильные), но незараженные – глицин, серин, треонин, цистеин, тирозин, аспарагин, глутамин. R – полярные незаряженные группы;
3. Отрицательно заряженные (кислые) – аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота. R – отрицательно заряженные полярные гидрофильные;
4. Положительно заряженные (основные) – лизин, аргинин, гистидин. R – положительно заряженные гидрофильные.
|
|
АК – амфотерные электролиты, так как аминогруппа имеет основные свойства, а карбоксильная – кислотные. В водных растворах в интервале рН от 4 до 9 АК существуют преимущественно в виде биполярных ионов – цвиттер-ионов:
R
|
СНNН3 +
|
СОО —
В кислой среде карбоксил нейтрализуется – АК реагирует как катион:
R R
| |
СНNН3+ + Н+ СН–NН3+
| |
СОО— – Н+ СООН
Биполярный ион Катион
В щелочной среде цвиттер-ион АК теряет протон – АК реагирует как анион:
R R
| |
СНNН3+ + ОН СН–NН2 + Н2О
| |
СОО— – ОН СОО—
При нейтральном рН карбоксильные группы АК полностью диссоциированы. В биохимической литературе такие АК принято обозначать с использованием окончания (-ат), например: глутаминовая кислота – глутамат, пировиноградная – пируват и т. д.
Для всех АК характерны реакции с участием аминогрупп, карбоксильных групп или реакционноспособных групп в боковых цепях (— SH, — S — S —, — ОН и др.). Поэтому АК могут реагировать как с основаниями, так и с кислотами, образуя соли:
R R
| |
СНNН2 СНN+Н3 Cl—
| |
СООNa СООН
Натриевая соль Солянокислая соль
При взаимодействии АК с азотистой кислотой образуются гидроксикислота и газообразный азот. Реакция лежит в основе количественного определения АК по методу Д. Ван Слайка.
R R
| |
CHNH2 + HNO2 СНОН + N2 + Н20
| |
СООН СООН
Аминогруппа АК легко вступает в реакцию с формальдегидом с образованием метиленаминокислот:
R O R
| // |
CHNH2 + HC СН–N=CH2 + Н20
| \ |
СООН H СООН
После блокирования аминогрупп свободные карбоксильные группы можно оттитровать щелочью. На этой реакции основан метод формольного титрования, который применяют для количественного определения АК.
|
|
Карбоксильная группа может реагировать со спиртами, образуя сложные эфиры:
О
//
R–СН–СООН + С2Н5ОН R–СН–С + H2О
| | \
NH2 NH2 О–С2Н5
Эта реакция используется для разделения и определения АК помощью фракционной перегонки их эфиров в вакууме.
Специфическая реакция нингидрина (трикетогидринденгидрата) с α-аминокис-лотами обнаруживает и количественно определять маленькие концентрации АК:
|
О
Гидриндантин реагирует с избытком нингидрина в присутствии аммиака, при этом образуется комплексное соединение сине-фиолетового цвета с максимумом поглощения около 570 нм.
Все АК, за исключением глицина, имеют асимметрический атом углерода (т.е. атом углерода с четырьмя различными заместителями) и поэтому являются оптически активными соединениями. Все АК, встречающиеся в белках, принадлежат к L-ряду.
Следует учитывать, что символы L и D относятся к абсолютной конфигурации аминокислот, а не к направлению вращения плоскости поляризации света, которое в настоящее время принято обозначать знаком (+) или (—).
Такие L-аминокислоты, как гистидин, лейцин, метионин, цистеин, треонин, фенилаланин, в нейтральных водных растворах являются левовращающими, в то время как аланин, валин, изолейцин, аргинин, лизин и некоторые другие – правовращающими.
Высшие растения и большинство микроорганизмов синтезируют все 20 АК, входящих в состав белков. Применительно к животным организмам АК можно разделить на две группы: заменимые и незаменимые. Заменимые АК синтезируются в организме, а незаменимые должны поступать с пищей. Биологическая ценность белков определяется содержанием в них незаменимых АК. Аминокислоты могут быть производными жирных и ароматических кислот. В связи с этим выделяют две группы АК: ациклические (алифатические) и циклические.