Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

ых амидов аспарагиновой и глутаминовой кислот образуются две нейтральные аминокислоты:

м) аспарагин (Asn), R = —CH2CONH2.

н) глутамин (Gin), R =— CH2CH2CONH2.

Превращение карбоксильной группы в амидную позволяет этим аминокис-1 лотам участвовать в образовании водородной связи, что важно для выполнения биологических функций.

Кроме того, к нейтральным аминокислотам относятся две а-иминокислоты:

о) пролин (Pro) п) оксипролин (Нурго)

СЗ-СООН ^3-соон

Н Н

Именно вторичная аминогруппа придает жесткость и определяет направление пептидной цепи, из которой построен белок. Так, например, направление спирали коллагена (молекула коллагена построена как «тройная спираль» из трех отдельных полипептидных цепей, переплетенных между собой) постоянно меняется, что обусловлено содержанием в нем пролина и оксипролииа. Коллаген — единственный белок, в котором обнаружен оксипролин.

Биоорганическая химия аминокислот

31

Кроме этих обычных аминокислот, из которых построены белки, существуют и другие аминокислоты, не входящие в состав •белков, однако играющие важную биохимическую роль. Они могут нести заместители по сс-, у- или б-положениям. Два важных примера — это нейромедиатор у-аминомасляная кислота (ГАМК) и предшественник гормона щитовидной железы (1-28, 'гл. 1) 2,5-дииодтирозин. Из других можно назвать р-аланин (предшественник витамина пантотеновой кислоты), р-цианаланин (аминокислота, присутствующая в растениях) и пеницилламин (используемый в клинической практике для образования хелат-ных комплексов с металлами).

H2N—(СН2)3—СООН ГАМК

СООН

НО

/А-сн2—с'н^

NH,

СООН

2,5-Эццоотирозин

CN

СН2 I

СН2

I

NH2 р-аланин

H2N

<|;н2

СН,

СН3

I

-С—SH

СООН

СН

H2NX ^СООН

р-цианаланин пеницилламин

I Хотя все аминокислоты, входящие в состав белков, имеют L-конфигурацию, некоторые аминокислоты, не участвующие в построении белковых молекул, относятся к D-аминокислотам. Значение конфигурации для построения и функционирования белков будет понятно при более подробном обсуждении биоорганических процессов.

2.2. Кислотно-основные свойства

I Аминокислоты представляют собой твердые кристаллические вещества; в интервале температур 200—350 °С они обычно разлагаются или плавятся, плохо растворимы в органических растворителях. Такие свойства говорят о том, что

ишнокислоты— это органические соли, кри-

иаллическая решетка которых образована

«полярными ионами, или цвиттер-ионами,

1. е. протон карбоксильной группы протони-

шет аминогруппу той же молекулы. Такое поведение — особенность не только аминокислот, оно характерно для всех органических солей (например, нуклеотидов — органических молекул, которые одновременно могут содержать положительно заряженный атом азота и фосфат-анион).

R

е А"Н H3NX ЧЮО®

Цвиттер-иоииая форма ь-аминокислот (внутренняя соль).

32 Глава 2

Диссоциация всех аминокислот в растворе осуществляется по двум возможных путям:

,соон соое

[) R_CH/ R-C< +Hffl рКа = 2,1±0,3 (для

/ дч, Хктжт в большинства аминокислот)

NH3W JNH3

СОО® cooe

2) R—СН^ *=* К~СН( + Нв Р/с° =9-8 ± °>7 (для ч

' \xtit ш \хт?1 большинства аминокислот)

Гл1г1з JNH2

Отсюда следует, что существует такое значение кислотности среды (рН), при котором аминокислота в растворе находится в виде цвиттер-иона, т. е. суммарный заряд молекулы равен нулю. Значение рН, при котором это имеет место (вследствие определенного положения протона в молекуле), называется изоионной точкой (pli). Точно так же, если при определенных экспериментальных условиях молекула не несет электрического заряда (например, не обладает электрофоретической подвижностью), значение рН, при котором это происходит, называется изоэлектрической точкой (р1е). Для водных растворов аминокислот

р/, « р/, (2-1)

Однако для белков такое соотношение не обязательно выполняется, поскольку они могут связывать и другие, помимо протонов, ионы, которые вносят вклад в общий баланс зарядов (при условии нейтральности молекулы белка). Можно ожидать, что белки в изоэлектрической точке обладают меньшей растворимостью, чем при меньших или больших значениях рН, и это действительно имеет место. Поскольку в изоэлектрической точке молекула белка не обладает избыточным зарядом, в этих условиях белок легче агрегирует и осаждается. Далее, поскольку аминокислотный состав разных белков различен, для каждого белка существует характеристическое значение ple. Это свойство является основой метода очистки белков путем изоэлектрического осаждения (осаждения в изоэлектрических условиях): рН смеси белков доводится до значения, равного значению ple искомого белка, так что последний осаждается из смеси. Значение р/е аминокислот с нейтральной боковой цепью равно 5,6 ± 0,5; для аминокислот, содержащих кислые группы, ple ниже, а для аминокислот с основными группами в боковых цепях — выше. В то же время для белков ple может меняться от 0 до 11. Вывод формул для расчета р/,- аминокислот имеется в большинстве учебников биохимии.

Отметим, что, так как аминокислоты обладают свойствами кислот, интересно сравнить их с типичными органическими кислотами и основаниями. Поскольку рКа — это значение рН, при

t

Биоорганическая химия аминокислот

33

Таблица 2.1. Значения р/Са различных аминокислот (А), органических кислот и оснований (Б)

Соединение

А. Аминокислоты

(1) NH3®—СН2—СООН

глицин

(2) NH3®

СН—СН,

ноос

аланин

(3) NH3e

НООС

/СН—сн^

"сн,

еалин

(4) NH3®—СН2—СН2—СООН

аланин

(5) NH3 ®—СН2—СН2—СН2— СООН

ГАМК

(6) NH3®—сн2—сн2—сн2—сн2—СООН

б-аминоеалерианоеая кислота

(7) NH3®—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СООН

е-аминокапроноеся кислота

а о

CH3CNHCH2—СООН n- ацетилглицин

(9) NH3®—СН2—CONH2

глициламий

(10) NH3®^

НООС

CH-(CH2)4-NH3®

лизин

(11)

NH,

НООС

/СН-СН2-(^

н®

(СООН) = 2.34 (NH2) = 9,60

(СООН) = 2,35 (NH2) = 9,69

(СООН) = 2,32 (NH2) = 9,62

(СООН) = 3,60 (NH2) = 10,20

(СООН) = 4,23 (NH2) = 10,43

(СООН) = 4,27 (NH2) = 10,79

(СООН) «= 4,43 (NH2) = 10,79

(СООН) = 3,60

(NH2) = 8,0

(СООН) = 2,18 (a-NH2) = 8,95 (e-NH2) = 10,53

(СООН) = 1,82 (Im) = 6,0 (N^ = 9,17

гистиЭин

2 Зак, 549

34

Глава 2

Таблица 2.1. (Продолжение)

Соединение

Р«0

(12)

NH,

НООС

(13) NH3\

eNH2 II

СН—(СН2)3—NHCNH -

аргинин

сн—СН2—СООН

НООС

аспарагиновая кислота

(14) NH3e^

СН—СН2—СН2—СООН

НООС

глутаминовая кислота

(15)

NH

3 ч

НООС

о

II

СН—СН2—CNH2

аспарагин

(16)

о

НООС

СН—СН2—СН2—CNH2

йлутамин

07) NH3e

/СН—СН2—СН2—СООН

EtOOC

(18)

NH,

а-этиловый эфир глутаминовой кислоту

о

НООС

СН—СН2—CH^COEt

у-этиловыи эфир глутаминовой кислоты

(19)

NH,

EtOOC

О II

СН—СН2—СН2—COEt

биэтиловый эфир глутаминовой кислоты

(СООН) = 2,17 (NH2) = 9,04 = 12,48

(а-СООН) = 2,09 (0-СООН) = 3,86 (NH2) = 9,82

(а-СООН) = 2,19 (у-СООН) = 4,25 (NH2) = 9,67

СООН) = 2,02 (NH J = 8,8

(СООН) = 2,17 (NHj = 9,13

(СООН) = 3,84 (NH2) = 7,84

(СООН) = 2,15 (МЩ = 9,19

(NH2) = 7,03

Биоорганическая химия аминокислот

35

Таблица 2.1. (Продолжение)

Соединение

(20)

NH3<

О

ч.

СН—СН2—COEt EtOOC

диэтилбеый эфир аспарагиновой кислоты

(21) NH® /==

/СН-СН2-/Ч У-ОН НООС \—J

тирозин

(22) NH,®

СН-СН2—SH

НООС

цистеин

(23) (CH3)3N\

"СН—СН2—SH

НООС

цистеин&етпаин.-

(24) NH3

НООС

/СН- СН — S-CH3

S-метилцистеиН''

NH® ||

СН2—С—NH—СН2—СООН глицилглицин

б. Органические соеоинекия

(1) сн3соон уксусная кислота

(2) НСООН

муравьиная кислота

(3) С1СН2СООН

хлоруксусная кислота

(4) С12СНСООН

аихпоруксусная кислонщ

(5) С13ССООН-

трихлоруксусная кис/юта

(NH2) = 6,50

(СООН) = 2,20 (NH2) = 9,11 (ОН) = 10,07

(СООН) = 1,71 (SH) = 8,33 (NH2) = 10,78

(SH) = 8,65

(NH2) = 8,75

(СООН) = 3,06 (NH2) = 8,13

4,76 3,77 2,85 1,30 1,00

f

36

Глава 2

Таблица 2.1. (Продолжение)

Соединение

(6) CF3COOH

трифторуксусная кислота

(7) CHjNHj® метиламин

№>СХ

циклогексиламин

(9) /~\

f V-NH3e

анилин

(10) Д~\

ff NH®

пириЭин

( NH®

пипериоин

(12) /=\ HN e ,NH

(13)

имийазол

IT н

пиразол

(14) СН3—SH

метилмеркаптан

SH

тиофенол

он фенол

-0,25 10,64 10,60

4,60 5,17 11,13 7,08 2,50

10,7 7.2

9.8

Биоорганическая химия аминокислот

37

Таблица 2.1 (Продолжение)

Соединение

"О-

С1

0-хлорфенол

С1

лг- хлоргденол (19) /=

01 \ ОН л-хлорфенол (20) а.

°2™\ // он

нитрофенол

(23) СН3—ОН

метанол (метиловый спирт) И о

НО—Р—ОН

8,2

9,2

/ -ОН 6,8 С1

а,б-Зихлорфенол

(21) CI

С1-/ V-OH 6,4

а

г.,4,6-трихлбрфенол

(22)

16

2,12

ОН 7.21 фосфорная кислота. 12,32

38

Глава 2

Таблица 2.1 (Продолжение)

Соединение

(25) ? .О*

но-сн2—сн2—о-р;

он

г-оксиэтипфосфат (Щ о _ 6е

НО—(СН2)3—о—

он

3'

оксипропилфосфот

{27) Ье

НО—(СН2)4—О—

он

Л-оксибитилфосфат

(28) О 64

сн,о, ,Оч II Ов fl

но он •метип-р'-1з-рибофцрйьоЗио-5-фосфй|Т1

котором половина всех молекул ионизована (см. в любом учебнике биохимии уравнение Гендерсона — Хассельбаха, связывающее рН и рКа), значение рКа любого соединения может служить для оценки кислотных свойств этого соединения.

Сравним глицин и уксусную кислоту; первая кислота более чем в сто раз сильнее второй (табл. 2.1), несмотря на сходство их строения. Таким образом, наличие аминогруппы сильно влияет на свойства карбоксильной группы. Ацетилирование аминогруппы (устранение положительного заряда) понижает кислотность глицина примерно в десять раз, но тем не менее карбоксильная группа ацетилированного глицина проявляет свойства значительно более сильной кислоты, чем уксусная кислота. Более высокая кислотность глицина по сравнению с уксусной кислотой объясняется двумя факторами. Индуктивный эффект положительно заряженной аммонийной группы и ацетилированной аминогруппы понижает электронную плотность на карбоксиле, так что протон диссоциирует гораздо легче. Это влияние еще более усиливается при наличии протонированной аминогруппы вследствие непосред-

Биоорганическая химия амин

страница 6
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.09.2017)