Презентация на тему Аминокислоты

«Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, не находящееся в процессе разложения, мы без исключения встречаем и явление жизни».
( К. Маркс,Ф.Энгельс. Собрание сочинений. Т.20).
Жизнь –
это способ
существования
белковых тел.
Ф.Энгельс

Пребиотический (абиогенный) синтез аминокислот
* CH4, NH3, H2, H2O, HCN, H2S, CH2O;
* УФ-излучение, электрический разряд, радиация и нагретый пепел вулканов;
- аминокислоты могут образовываться и в космосе, что было подтверждено анализом мерчисонского метеорита, упавшего в 1969 году в Австралии. В метеорите были обнаружены 23 рацемические аминокислоты.
Murchison (Мерчисонский
метеорит — углистый
метеорит общим весом
108 тысяч граммов)

“Натура тем паче всего удивительна, что в простоте своей многохитростна и от малого числа причин производит неисчислимые образы свойств, перемен и явлений »
М.В. Ломоносов
1711-1765

20 аминокислот могут дать примерно 100000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 белков, состоящих из 150 остатков аминокислот.
Это астрономическое число – число гугол
умноженное на число гугол (от англ. googol)
(число гугол – это 10100) (Milton Sirotta)
десять дуотригинтиллионов.
"Barnie Google with googly eyes"
(«New Names in Mathematics»,1940, Э.Кэснер)

Первая по популярности поисковая система (79,65 %)

Белков в клетках больше, чем каких бы то ни было других органических соединений: на их долю приходится свыше 50% общей сухой массы клеток.

Аминокислоты – соединения, в молекулах которых одновременно присутствуют амино- и карбоксильные группы.

Классификации аминокислот
1. В соответствии с расстоянием между амино- и карбоксильной группами :
β
ν

Глицин,
моноаминомонокарбоновая
кислота
Аспарагиновая кислота,
моноаминодикарбоновая
кислота
Лизин,
диаминомонокарбоновая
кислота
2. В зависимости от соотношения числа амино- и карбоксильных групп:

В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме или обязательно должны поступать в составе пищи, различают:
а) заменимые (несущественные) аминокислоты
б) незаменимые (эссенциальные, существенные):
Триптофан
Фенилаланин
Лизин
Треонин
Метионин
Лейцин
Изолейцин
Валин
Человек 25 лет и массой 80 кг нуждается в 64г белка в сутки
В детском возрасте незаменимы также аргинин и гистидин

-аминокислоты
α
α
Глицин
боковая цепь
α

В соответствии с природой остатка R (боковой цепью)
-аминокислоты подразделяют на группы:

Классификации -аминокислот
А) Нейтральные гидрофобные аминокислоты
Изолейцин
Фенилаланин
Метионин
Триптофан

Классификации аминокислот
Нейтральные гидрофобные аминокислоты
Аланин
Валин
Лейцин
Пролин

Классификации аминокислот
Б) Нейтральные гидрофильные аминокислоты
Глицин
Серин
Треонин
Цистеин

Классификации аминокислот
Нейтральные гидрофильные аминокислоты
Тирозин
Аспарагин
Глутамин

Классификации аминокислот
В) Основные аминокислоты
Лизин
Аргинин
Гистидин

Классификации аминокислот
Г) Кислые аминокислоты
Глутаминовая кислота
Аспарагиновая кислота

Строительный
белок клеток.

ν

Витамины группы К
антигеморрагический фактор
2

Природные источники аминокислот

Природные источники аминокислот

Природные источники аминокислот

Тривиальные названия α-аминокислот
Серин входит в состав фиброина шелка (от лат. serieus - шелковистый);
Тирозин впервые выделен из сыра (от греч. tyros - сыр);
глутамин - из злаковой клейковины (от нем. Gluten - клей);
аспарагиновая кислота - из ростков спаржи (от лат. asparagus - спаржа).
Номенклатура

Номенклатура
Тривиальная номенклатура в основном используется для широко распространённых -- аминокислот. Рациональная
IUPAC
-амино- -гидроксипропионовая кислота
2-амино-3-гидроксипропановая кислота

β
 -
Ser, S
серин

Номенклатура аминокислот

Номенклатура аминокислот
или
или

Нестандартные аминокислоты
β-Аланин, 3-аминопропановая кислота, β-Ala
H3N+CH2CH2COO–
Карнозин (бета-аланил-L-гистидин) ,
βAlaHis
антиоксидант ,
природный
стимулятор мышечной
активности.
Природный протектор
возбудимых тканей

Таурин, 2-аминоэтансульфоновая кислота, природная серосодержащая аминокислота, выделенная из бычьей желчи в 1827 г.
нейромедиаторная аминокислота в мозге, тормозящая синаптическую передачу

Зеркало Венеры (1898), Sir Edward Burne-Jones / Museu Calouste Gulbenkian Lisbon /

Стереохимия аминокислот
-аминокислота
L--аминокислота
D--аминокислота
S
R

Стереохимия аминокислот
Изолейцин, Ile
Треонин, Thr
4-гидроксипролин , HyPro

D-аспарагиновая кислота и D-метионин предположительно являются нейромедиаторами у млекопитающих.
D-метионин и D-аланин входят в состав опиоидных гептапептидов кожи южноамериканских амфибий – филломедуз:
дерморфина Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser и дермэнкефалинаTyr-D-Met-Phe-His-Leu-Met-Asp(NH2)
Наличие D-аминокислот определяет высокую биологическую активность этих пептидов как анальгетиков.
D-аминокислоты

Gramicidin S
S
споровая палочка Bacillus brevis
Обладает бактериостатическим (препятствующим размножению бактерий) и бактерицидным (уничтожающим бактерии) действием.
антибиотик

Аспартам
метиловый эфир L-Аспартил-L-Фенилаланина
Большое количество токсикологических и клинических исследований аспартама подтверждают его безвредность, если дневная доза не превышает 50 мг на килограмм массы. В Европе установлен максимум: 40 мг на килограмм массы в день. Практически 40 мг/кг массы тела для человека массой 70 кг значат примерно 266 таблеток синтетического подслащивающего средства или 26,6 л колы в один день.
подсластитель

Несуществующая
в природе форма
Биполярный ион
(цвиттер-ион),
внутренняя соль
Физические и химические свойства
Как в водных растворах, так и в твёрдом состоянии аминокислоты существуют только в виде внутренних солей (биполярных ионов, цвиттер-ионов; от немецкого zwitter – двоякий)

Аминокислоты являются
амфотерными соединениями:

Кислотно-основное равновесие
для аминокислоты:

Кислотно-основное равновесие
для аминокислоты:
Катионная форма
Анионная форма
(нейтральный)

Кислотно-основные свойства
pH 1 Заряд +1
pH 7 Заряд 0
pH 13 Заряд -1
Цвиттер-ион (нейтральный)
Анионная форма
Катионная форма
Физические и химические свойства

электрофорез

Изоэлектрическая точка

Изоэлектрическая точка

Для моноаминомонокарбоновых кислот pI ≈ 5-6
pI моноаминодикарбоновых кислот (Asp, Glu) ≈ 3
pI диаминомонокарбоновых кислот (His, Lys, Arg) ≈ 8-11
Если pH меньше pI, AK имеет заряд + и движется к катоду
Если pH больше pI, AK имеет заряд — и движется к аноду

Кислотно-основные свойства

Получение аминокислот
1. Выделение из белков и пептидов
Белки гидролизуют - 6 М HCl, при нагревании (110 оС) ,12-72 ч.
Используют также щелочной гидролиз и ферментативный гидролиз.
2. Микробиологический синтез
используя патоку, аммиак и микрообранизмы Corynebacterium glutamicum получают
глутаминовую кислоту, которая используется
как пищевая добавка.
Выход глутаминовой кислоты составляет
50 кг на 100 кг введённой глюкозы (время ферментации – 40 часов).

3. Биологический способ получения аминокислот
Корм с добавкой рацемической смеси
a-аминокислот
Отходы с оптически активным изомером
-аминокислоты
Очистка
Оптически чистый изомер - аминокислоты

Химические синтезы аминокислот.
1. Аммонолиз  -галогенкарбоновых кислот
2. Синтез Штреккера
(NH4CN)
рацемат


альдегид


Реакции с участием только аминогруппы
1. Алкилирование
саркозин - N-метилглицин
биполярный ион
(CH3I)
CH3N+H2CH2COO-
промежуточное соединение в метаболизме аминокислот

Простейший бетаин - производное глицина - был впервые обнаружен в соке столовой свеклы Beta vulgaris
биполярный ион
донор метильных групп
Бетаин -
триметильное производное

2. Ацилирование
Ацилирование в условиях Шоттена-Баумана
хлорангидрид
2 экв.осн.

2 экв. Осн.
ангидрид
Ацилирование в условиях Шоттена-Баумана

Гиппу́ровая кислота́
,
В клинической практике
бензоилглицин,
C6H5CONHCH2COOH
показатель функционального
состояния печени.
способность печени обезвреживать ядовитые вещества.

Образование N-ацильных производных
Карбобензоксизащита (1932 г)
карбобензоксихлорид
(бензиловый эфир хлормуравьиной кислоты).
ZCl
("защита аминогруппы").
не существуют в виде биполярных ионов

Физические и химические свойства
Z
ZCl

3. Образование оснований Шиффа
защита аминогруппы

Реакция с формальдегидом
количественное определение -аминокислот методом формольного титрования щелочью (метод Серенсена).

формальдегид
метилольные производные являются гораздо более сильными кислотами, чем аминокислоты, и они легко оттитровываются щёлочью.

«Нингидриновая реакция»


волюмометрическое определение содержания азота и количества аминогрупп в аминокислотах
4. Дезаминирование аминокислот
Метод Ван-Слайка
Азотистая
кислота

катион диазония

БИОЛОГИЧЕСКИ ВАЖНЫЕ РЕАКЦИИ -АМИНОКИСЛОТ.
А. Внутримолекулярное дезаминирование
(таким образом у некоторых микроорганизмов и высших растений
аспарагиновая кислота превращается в фумаровую)
α
β

Б. Восстановительное дезаминирование
(у некоторых микроорганизмов )
В. Гидролитическое дезаминирование
(тип дезаминирования, характерный для микроорганизмов)

Г. Дегидратазное дезаминирование
(этот тип дезаминирования характерен для аминокислот серин, треонин, цистеин)

Д. Окислительное дезаминирование

Трансаминирование – реакция переноса
α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту:

Образование ДНФ-производных
Физические и химические свойства

Образование ФТГ-производных (реакция Эдмана)
Физические и химические свойства

1.Образование эфиров
глицин — кристаллическое вещество с Тпл=292°С
метиловый эфир глицина — жидкость с Ткип=130°С.
Реакции, протекающие с участием
только карбоксильной группы.
карбоксилат-ионы, полностью лишены ацилирующей способности

2. Образование галогенангидридов
Реакция используется для активации карбоксильной группы при пептидном синтезе

3. Восстановление карбоксильной группы до первичной спиртовой
Cl H3N+CHRCOOR' + LiAlH4  H2NCHRCH2OH;
4. Декарбоксилирование аминокислот термолизом солей щелочноземельных металлов

Процесс декарбоксилирования
-аминокислот в организме
ведет к образованию биогенных аминов

Путресцин- 1,4-диаминобутан, образующийся в толстой кишке при ферментативном декарбоксилировании орнитина; при цистинурии обнаруживается в моче.
Кадаверин-(лат. cadaver труп) - продукт ферментативного декарбоксилирования лизина (1,5-диаминопентан), образующийся при бактериальном разложении белков (напр., в просвете толстой кишки).

Ферментативное гидроксилирование
При генетически обусловленном отсутствии в организме фермента, катализирующего этот процесс, развивается тяжелое заболевание — фенилкетонурия.

Биогенные амины в организме
Серотонин оказался высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего действия. Он регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, почечную фильтрацию и является медиатором нервных процессов в ЦНС

Декарбоксилирование
Обладает фекальным запахом (при большом разведении приобретает запах жасмина)
Скатол (3-метилиндол)
индол

Декарбоксилирование в организме
Обладает сосудорасширяющим свойством,
Медиатор аллергических реакций

1.Отношение аминокислот к нагреванию
-аминокислоты
Реакции, протекающие с участием обеих
функциональных групп. 2,5-диоксо-3,6-диметилпиперазин
дикетопиперазин
аланин
α
α

Лактим-лактамная таутомерия
Лактам
лактим

-аминокислоты


-аминокислоты
-Лактамы являются кетопроизводными
тетрагидропиррола (пирролидина), поэтому их называют пирролидонами.
-аминомасляная кислота  -бутиролактам


-аминокислоты
производные пиперидона-2
-аминовалериановая
кислота

 -валеролактам

-аминокислоты
-аминокислоты претерпевают межмолекулярное взаимодействие с образованием полимерных структур с амидной связью (полиамидов)

2. Образование комплексных солей металлов
служит качественной реакцией на наличие в молекуле -аминокарбоксильной функции.

Хелатные соли меди (II) синего цвета

3.Образование межмолекулярных амидных связей

Аминокислоты нередко применяются в качестве лекарственных средств:
- Смешанные K,Mg-соли Asp (аспаркам) или Glu (панангин) используются в кардиологии и неврологии

Met ( метионин ) используется при лечении заболеваний и токсических поражений печени

Cys (цистеин) участвуя в обмене веществ хрусталика глаза, полезен
для профилактики и задержки
развития некоторых типов катаракты
N-ацетильное производное Cys (АЦЦ), облегчает откашливание при бронхитах.

うま味
Умами - “мясной вкус”
Глутаминовая кислота (E620) и её соли:
(глутамат натрия Е621, глутамат калия Е622, диглутамат кальция Е623, глутамат аммония Е624, глутамат магния Е625)- используются как усилители вкуса.
Na-соль Glu (глутамат натрия) является очень широко распространенной пищевой добавкой, улучшающей вкус продуктов.
его получают из креветок и внутренностей рыб,
водорослей, солода и свеклы.

Глутаминовая кислота и её соли безопасны!
Глутамат натрия разрешено добавлять к продуктам
питания в количестве 1,5 г на 1 кг или на 2 л.
в сутки не более 9 граммов !
В продуктах питания глутамата натрия
должно быть не более 0,8%

- -аминомасляная (4-аминобутановая) кислота, принимает участие в обменных процессах головного мозга; лактам ее N-ацетилированной формы (ноотропил, или пирацетам) широко используется в медицине для лечения нарушений функций головного мозга

- Средство для лечения постинсультных больных (церебролизин) состоит главным образом из смеси аминокислот, получаемых в результате гидролиза мозгового вещества крупного рогатого скота.
-

пара-Аминосалициловая кислота (4-амино-2-гидроксибензойная кислота, ПАСК) и ее натриевая соль обладают бактериостатической активностью в отношении бактерий туберкулеза и являются известным противотуберкулезным препаратом.
Этиловый эфир 4-аминобензойной кислоты (анестезин)
и 2-диэтиламиноэтиловый эфир той же кислоты (новокаин, или прокаин) широко используются в качестве анестетиков:

Биологическое значение аминокислот
1. Аминокислоты являются теми мономерными молекулами, из которых в организме образуются практически все биологически важные биополимеры: простые и сложные белки (именно поэтому природные аминокислоты называют протеиногенными);
2. В ходе обменных процессов,, аминокислоты превраща-
ются в разнообразные биологически важные соединения других классов. Например, Arg служит компонентом цикла образования мочевины, Asp предшествует синтезу пуринов, пиримидинов, щавелевоуксусной кислоты, а без Gly невозможен биосинтез порфиринов, пуринов,глутатиона, креатина;
3. Cущественна роль аминокислот как предшественников разнообразных нейромедиаторов:
ДОФА или DOPA

отвечает за развитие аллергических реакций
гормон щитовидной железы (регулирует обмен веществ)
серотонинэргический медиатор,
вызывает торможение

Биологически важные химические реакции

Биологически важные химические реакции

Биологически важные химические реакции
Перенос аминогруппы

Биологически важные химические реакции
Перенос аминогруппы

Биологически важные химические реакции
Декарбоксилирование в организме

Биологически важные химические реакции
Декарбоксилирование в организме

Биологически важные химические реакции
Элиминирование