Аминокислоты, их строение и свойства. Пептиды

Белки состоят из аминокислот. В состав белков входит около 20 аминокислот и иногда еще два амида - аспарагин (амид аспарагиновой кислоты) и глутамин (амид глутаминовой кислоты). Помимо аминокислот, которые образуют белки, известно еще 150 других аминокислот, но они не входят в состав ни одного из известных белков.

В своем большинстве аминокислоты хорошо растворяются в воде. Аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в которых один из водородов углеродной цепи замещен на группу NH_2. У большинства природных аминокислот аминогруппа находится в a-положении по отношению к карбоксилу:

R-CH-COOH

NH₂

Классификацию аминокислот можно представить в следующем виде: ациклические аминокислоты (жирного ряда), которые делятся зависимости от количества функциональных группировок на моноаминомонокарбоновые, диаминомонокарбоновые, моноаминодикар-боновые, диаминодикарбоновые; циклические аминокислоты (ароматического ряда), которые делят на гомоциклические и гетероциклические. Большинство аминокислот относится к группе ациклических, молекулы которых не имеют кольцевых структур.

Аминокислоты относятся к амфотерным электролитам, т.е. они обладают свойствами кислот и оснований. Благодаря наличию карбоксильных групп они способны проявлять кислотные свойства. В то же время в них имеются аминогруппы, способные присоединять ионы водорода, превращаясь в группы замещенного аммония. Поэтому аминокислоты могут проявлять основные свойства.

Кислотная и основная группа внутри молекул аминокислот взаимодействуют друг с другом: ион водорода, образуемый карбоксильной группой, присоединяется к азоту аминокислоты, например,

CH₂-COOH == CH₂-COO^-

NH₂ N⁺H₃

В результате в одной части молекул аминокислоты образуется аммониевая группа с положительным зарядом (катион), в другой - остаток карбоксильной группы с отрицательным зарядом (анион). Благодаря этому молекулы аминокислот представляют собой биполярные ионы, а так как противоположные и равные по величине заряды таких ионов нейтрализуют друг друга, аминокислоты являются внутренними солями. Поэтому, например, водные растворы одноосновных аминокислот нейтральны.

Характер диссоциации аминокислот зависит от условий среды. В щелочной среде при избытке гидроксильных ионов (рН больше 7) биполярные ионы переходят в анионы:

R-CH-COO^- +OH^- R-CH-COO^- + H₂O

N⁺H₃ NH₂

В кислой среде при избытке ионов водорода (рН меньше 7) биполярные ионы аминокислот превращаются в их аммониевые катионы:

R-CH-COO^- +H⁺ R-CH-COOH

N⁺H₃ N⁺H₃

Следовательно, аминокислоты являются одновременно и кислотами, и основаниями. Поэтому в зависимости от состава раствора аминокислоты способны образовывать различные соли, реагируя как с кислотами, так и с основаниями.

Водные растворы моноаминодикарбоновых кислот обладают кислой реакцией, так как у них на одну основную группу приходится две кислотные. Диаминомонокарбоновые аминокислоты в водных растворах обладают щелочной реакцией.

Карбоксильная группа аминокислот может реагировать со спиртами, образуя при этом сложные эфиры. Почти все аминокислоты реагируют с нингидрином. Реакция с нингидрином широко применяется для идентификации и количественного определения свободных аминокислот. Аминокислоты могут вступать в реакцию с соединениями, содержащими карбонильную группу —С=О, например с различными альдегидами и редуцирующими сахарами.

С азотистой кислотой реагируют аминогруппы аминокислот, при этом выделяется азот. Эта реакция служит также для количественного определения аминокислот.

Из 20 встречающихся в белках аминокислот восемь ( триптофан, лейцин, изолейцин, валин, треонин, лизин, метионин и фенилаланин) не могут синтезироваться в организме человека и поэтому являются незаменимыми. Для детского организма необходима еще девятая аминокислота - гистидин. Аминокислоты которые могут образовываться в организме человека из других аминокислот, поступающих с пищей, называют заменимыми.

Продукт соединения аминокислот называют пептидом. Если от двух молекул a -аминокислоты отнять одну молекулу воды, то образуются ангидриды, которые называются дипептидами. Они характеризуются наличием пептидной связи –NH–C–.

O

CH₃ CH₃

CH₂-COOH + CH-COOH —— CH₂-CO-NH-CH-COOH

NH₂ HNH -H₂O NH₂

глицин аланин глицин-аланин

Дипептид обладает способностью взаимодействовать с новой молекулой аминокислоты с образованием нового ангидрида - трипептида. Таким же образом может быть получены тетра-, пентапептиды и др. Продукты соединения многих аминокислот называют полипептидами. Белок можно рассматривать как высокомолекулярный полипептид.