Аминокислоты, пептиды, белки (Понятие, классификация и свойства)

Аминокислоты, пептиды, белки
(лекция)

Автор: Оловянникова Раиса Яковлевна

(доцент кафедры биохимии с курсом медицинской химии)

Аминокислоты (АК)

•Понятие АК

•Общая формула АК   H2N - R - COOH

•Белковые АК            

•Номенклатура

•Классификация

•Физико-химические свойства АК

•Химические свойства АК

•Роль аминокислот в организме                           

Классификация АК

•По кислотно-основному признаку
            (или соотношению   СООН-групп и N-      содержащих групп)

- нейтральные (число         СООН-групп равно                           числу N-            содержащих групп)
 - кислые (число СООН-     групп преобладает)
 
 - основные (число N-          содержащих групп                           преобладает)

•По R-группам
            (классификация        Ленинджера, рН ~7)

І. АК с неполярными гидрофобными R- группами

ІІ. АК с полярными гидрофильными R-группами

            а) R-группы незаряжены

            б) R-группы (-) заряжены

            в) R-группы (+) заряжены

І. АК с неполярными R-группами
(R-гр. не содержат никаких ФГ) n=8

ІІ. АК с полярными R-группами
(R-гр. содержат определенные ФГ)

а) R-гр. незаряжены (есть –ОН, -SH, СОNH₂ обладающие слабыми кислотно-основными свойствами )

n=7

 # сюда отнесен и глицин, у которого R-группа представлена просто СН-кислотным центром.

б) R-гр. (-) заряжены (есть COOH, обладающая относительно большей кислотностью)

n=2

в) R-гр. (+) заряжены (есть атом N со свободной электронной парой, обусловливающей повышенную основность)

n = 3

Физико—химические свойства АК

•Твердые тугоплавкие кристаллические

•Хорошо растворимые в воде

•В твердом состоянии – цвиттерион

•Взаимодействие цвиттериона с водой дает катионную и анионную формы

•Все три формы в динамическом равновесии

•Изоэлектрическая точка (pI)

Взаимодействие цвиттериона с водой

Свойства АК в изоэлектрической точке

•Наименьшая электрофоретическая подвижность

•Наименьшая растворимость

•Наименьшая буферная емкость

  # АК буферируют только в зонах рКа +    

     где  рКа – показатель кислотности сопряженных     кислотно-основных пар, относящихся к ионогенным группам;

в точках рКа сопряженные ионогенные группы находятся в соотношении 1:1

Как определяют pI ?

1)  По рКа, исходя:

            - либо из кривых                              титрования;

            - либо из табличных                                    данных.

2) Качественный подход, исходя из образа АК в классификации Ленинджера при рН7

     (см. слайд 9)

Как строят кривые титрования для определения pI ?

•Раствор АК подкисляют, чтобы все формы её были максимально протонированы

     (например, для лизина это будет лиз     );

•Измеряют начальное значение рН раствора;

•Затем, титруя его 0,1 Э раствором щелочи, производят депротонирование АК и соответственно отмечают значение рН;

•Строят кривую зависимости рН от количества затраченной щелочи;

•Находят рКа , исходя из физического смысла этой константы: это есть значение рН, при котором компоненты сопряженной кислотно-основной пары находятся в соотношении 1:1

Химические свойства аминокислот

•По СООН-группе:

   1) при работе ОН-кислотного центра

       - образование солей

   2) при работе электрофильного центра

       - образование сложных эфиров и  тиоэфиров

       - образование ангидридов, в том числе и смешанных (часто карбо-фосфо-)

       - образование амидов, в том числе пептидов и белков

   3) при работе основного (нуклеофильного) центра

       - реакции комплексообразования

    4) специфические реакции (декарбоксилирование)

● свойства АК по NH2-группе

  1) при работе основного центра

      - образование солей

  2) при работе нуклеофильного центра

      - реакции алкилирования – образование        замещенных аминов

      - реакции ацилирования – образование амидов, в том числе             пептидов и белков

      - образование оснований Шиффа

             -  образование комплексов

  3) специфические реакции с участием других центров

              - переаминирование

              - дезаминирование (окислительное и неокислительное)

● свойства АК по R- группам

•1)  по СООН и NH2-группам свойства те же самые, что и по α-СООН и             α-NH2- группам (хотя кислотность  слабее, а основность сильнее выражены)

+  гликозилирование (образование N-гликозидов)

•2)  по ОН-группе (работает нуклеофильный центр)

                        - алкилирование (образование простых эфиров)

                        - ацилирование (образование сложных эфиров карбоновых кислот)

                        - фосфорилирование (образование фосфорных эфиров)

                        - гликозилирование (образование О-гликозидов)

                        - АДФ-рибозилирование

                        - образование комплексов с катионами металлов

●    3)  по SH-группе (работает нуклеофильный центр)

                        - в принципе, те же, что и для ОН-групп, но нуклеофильность                                                                более выражена)

                        + легкая окисляемость с образованием дисульфидов

Свойства АК по R-группам
(продолжение)

•4) по CONH2- группе

- реакция гидролиза

-образование N-гликозидов

-комплексирование с катионами металлов

●   5)  по ароматическим R-группам

                        - реакции нитрования

                        - реакции сульфирования

                        - реакции галогенирования

                        - специфические реакции

Примеры реакций АК
(написание схем)

•Образование смешанных (карбо-фосфо) ангидридов

            - путь активации АК засчет АТФ перед их связыванием с тРНК во время синтеза белка

•Образование сложных эфиров (при взаимодействии активированных АК со спиртами)

            - основа связывания АК с тРНК при синтезе белка

Примеры реакций АК
(написание схем, продолжение)

•Образование оснований Шиффа при взаимодействии с альдегидами и кетонами

•- основа переаминирования АК с участием витамина В6

•- основа образования поперечных сшивок в молекуле коллагена

•- основа неферментативного гликозилирования белков (особенно при сахарном диабете)

Примеры реакций АК
(написание схем, продолжение)

•Ацилирование АК по R-группам

            - ацетилирование (при взаимодействии с активным функциональным производным уксусной кислоты)

            - - основа химической модификации белков при участии, например, ацетилсалициловой кислоты

Аминоацилирование АК
(синтез пептидов и белков)

•С участием боковых СООН-групп АК  и α-NH2-групп АК

            - образование γ-глутамил-пептидной связи при синтезе трипептида глутатиона

●         С участием α-СООН-группы одной АК  и  α-NH2-группы другой АК (нематричный синтез)

            - образование большинства пептидов и белков (при их матричном синтезе)

Окисление боковых групп АК

•Тиольные группы (SH) легко окисляются до дисульфидных (S-S)

            - реакция образования цистина из цистеина

            - - в основе создания и поддержания третичной структуры белка

            - - в основе функционирования активных центров ферментов (оксидо-редуктаз)

Конец