Белки-1 2020

Белки
сложные полимерные вещества,
построенные из остатков
аминокислот
Аминокислоты
-полифункциональные
соединения, содержащие
одновременно амино- и
карбоксильную группы

NH2-CH2-COOH
2-аминоэтановая кислота
α-аминоуксусная кислота
глицин
СН3-СН-СООН
NH2
2-аминопропановая кислота
α-аминопропионовая кислота
аланин
NH2-CH2CH2-COOH
3-аминопропановая кислота
β-аминопропионовая кислота
1
2
α
1
α
2
β
3
1
2
3
α
β

R
C
H
NH2
COOH

Важнейшие аминокислоты

Способы получения α-аминокислот
1. Действие аммиака на α-галогенкислоты
2NH3 + Cl-CH2-COOH
NH2-CH2-COOH + NH4Cl

2. Циангидринный метод
CH3-C
O
H
+ H-CN
CH3
OH
H
C
CN
α-оксинитрил
CH3
OH
H
C
CN
+ NH3
CH3
NH2
H
C
CN
-H2O
CH3
NH2
H
C
CN
+ 2H2O
CH3
NH2
H
C
COOH
H+
+ NH3
аминонитрил
α-аминокислота

3. Реакция Штрекера
CH3-C
O
H
+ NH3
СH3-CH=NH
СH3-CH=NH
+ H-CN
CH3
NH2
H
C
CN
CH3
NH2
H
C
CN
+ 2H2O
CH3
NH2
H
C
COOH
H+
+ NH3
α-аминокислота
альдимин
аминонитрил
-Н2О

4. Восстановление α-нитрокислот, оксимов α-оксокислот
СН3
СН3
СН-СН-СООН
+ Н2
[Ni, Pd, Pt]
-2H2O
NO2
СН3
СН3
СН-СН-СООН
NH2
α-нитроизовалерьяновая
кислота
валин
СН3
СН3
СН-С-СООН
NOН
оксим α-оксоизовалерьяновой
кислоты
СН3
СН3
СН-СН-СООН
NH2
валин
2 Н2

5. Метод В.В.Феофилактова
СН3-С-СН-С
R
O
O
OC2H5
+ C6H5N≡NCl
производное
соль фенилдиазония
+
-
ОН-
СН3-С--С--С
R
O
O
O-C2H5
N=N-C6H5
HC-COOH
N=N-C6H5
R
ацетоуксусного эфира
-СН3СООН
-СН3СН2ОН
НОН
изомеризация
N-NH-C6H5
R-C-COOH
фенилгидразон α-кетокислоты
R-CH-COOH
NH2
+ C6H5NH2
α-аминокислота
[H]
Zn+HCl

6. Микробиологический синтез
основан на гидролизе белков и последующем
разделением смеси.

Физические свойства α-аминокислот
- бесцветные кристаллические вещества;
- легко растворимы в воде;
- многие обладают сладким вкусом;
водные растворы одноосновных аминокислот
проявляют практически нейтральную среду:
рН=6,8;
- имеют высокую температуру плавления;
в растворах существуют в виде внутренней соли
– биполярного иона:

Биполярный ион
NH2-CH2-COOH
NH3-CH2-COO
+
_
NH3-CH2-COO
+
NH2-CH2-COO
NH3-CH2-COOH
+
_
сопряженное основание
глицина
(щелочная среда)
сопряженная кислота
глицина
(кислая среда)
ОН-
Н+
NH3-CH2-COO
+
_
NH3-CH2-COO
+

Все α-аминокислоты (кроме глицина) имеют
хиральный центр и существуют в виде двух энантиомеров: L и D
COOH
H
CH3
HO
*
COOH
H
CH3
NH2
*
L-молочная кислота
L-аланин

COOH
H
R
NH2
НООC
H
R
NH2
*
H
R
NH2
НООC
пространственное строение L-аминокислот

Химические свойства α-аминокислот
I. Реакции по карбоксильной группе
1. Образование солей с основаниями
NH2-CH2-COOH + NaOH
NH2-CH2-COONa + H2O
натриевая соль глицина
2 NH2-CH2-COOH + Сu(OH)2
CH2-NH2
Cu
CO-O
O-OC
NH2-CH2
медная соль глицина

2. Образование эфиров
(защита карбоксильной группы)
NH2-CH2-COOH + CH3-CH2-OH
HCl
-H2O
Cl-[NH3-CH2-COOCH2CH3]
NaOH
-NaCl
-H2O
NH2-CH2-COOCH2CH3
этиловый эфир α-аминоуксусной кислоты
+

3. Образование галогенангидридов
(требует предварительной защиты аминогруппы)
NH2-CH2-COOH +
CH3-C
CH3-C
О
О
О
-СН3СООН
CH3-C
О
NH-CH2-COOH
PCl5
CH3-C
О
NH-CH2-C
О
Cl
-POCl3
-HCl
NH2-CH2-C
О
Cl
-CH3COOH
хлорангидрид α-аминоуксусной кислоты
НОН

II. Реакции по аминогруппе
1. Образование солей с кислотами
NH2-CH2-COOH + HCl
Cl NH3-CH2-COOH
+
-
2. Действие азотистой кислоты
NH2-CH2-COOH + HONO
HO-CH2-COOH + N2 + H2O

3. Образование N-ацильных производных
(защита аминогруппы)
+ NH2-CH2-COONa
C6H5-C
О
Cl
C6H5-C
О
NH-CH2-COOH
-NaCl
4. Взаимодействие с формальдегидом в щелочной среде (рН=9)
CH3-CH-COOH + H-C-H
NH2
O
-H2O
CH3-CH-COOH
N=CH2

III. Реакции, характерные для α-аминокислот
1. Декарбоксилирование
R-CH-COOH
NH2
R-CH2-NH2 + CO2
декарбоксилаза
амин
2. Дезаминирование
R-CH-COOH
NH2
[O]
R’-C-COOH
O
-NH3
R-C
O
H
+CO2
3. Переаминирование
R-CH-COOH
NH2
+
R-C-COOH
O
R-C-COOH
O
+
R’-CH-COOH
NH2
ферменты
α-оксокислота

4. Реакция с нингидрином
R-CH-COOH
NH2
R-C
O
H
+
ОН
ОН
О
О
нингидрин
+ NH3
+CO2
+
О
О
N
О
О
+
ОН
ОН
О
О
+ NH3
Н
ОН
О
О
+ 3H2O
сине-фиолетовое
окрашивание

5. Превращения α-аминокислот при нагревании
CH2-CO-OH
H-N-H
HO-OC-CH2
H-N-H
+
CH2-CO-
NH-
OC-CH2
NH
-2H2O
дикетопиперазины
to

6. Образование пептидной связи
CH3-CH-C-OH
NH2
O
H-N-CH2-C-OH
O
H
аланин
глицин
+
-Н2О
CH3-CH-C-
NH2
O
N-CH2-C-OH
O
H
-C-
O
N-
H
пептидная связь
пептид
* А.Я.Данилевский (1891 г.)
ди

Полипептид – пептид, содержащий более
10 аминокислотных звеньев
Белок – пептид, содержащий более
50 аминокислотных остатков
CH3-CH-C-
NH2
O
N-CH2-C-OH
O
H
аланин
глицин
аланил
Ala-Gly

трипептид
H2N-CH-C-NH-CH-C-NH-CH-COOH
CH2
OH
CH3
CH2
O
O
серил
аланил
фенилаланин
Ser-
Ala-
Phe
N-концевая
аминокислота
С-концевая
аминокислота