Аминокислоты, пептиды, белки презентация

аминогруппу NH2— и кислую карбоксильную группу —СООН. Различают а-аминокислоты, у которых амино- и карбоксильная группы соединены с одним и тем же атомом углерода, и бета-, гамма-аминокислоты, функциональные группы которых разделены несколькими атомами углерода:

и участвуют в важнейших биологических процессах. Все многообразие пептидов и белков связано с α-аминокислотами. α-аминокислоты являются мономерами белков и относятся к бифункциональным или гетерофункциональным соединениям.

общая формула α- аминокислот


Они обязательно содержат карбоксильную и аминогруппу, находящиеся у одного и того же тома – α-углеродного атома. Первая α-аминокислота – глицин - была выделена в 1820 году французским исследователем Браконно, кислотным гидролизом различных тканей (кожа, сухожилия, хрящи). В 1871 году Любавин показал роль α-аминокислот, как структурных элементов белка.

они были впервые выделены; например,
аспарагин (от лат. asparagus — спаржа) получен из сока спаржи,
цистеин и цистин (от греч. cystis — мочевой пузырь) — из камней мочевого пузыря,
глутаминовая кислота (от нем. das Gluten — клейковина) — из клейковины пшеницы,
серин (от греч. serös — шелковичный червь) — из шелка
тирозин(от греч. tyros — сыр) — из сыра.

α-аминокислоты – кристаллические вещества, растворимые в воде. Основным источником α-аминокислот для животного организма служат пищевые белки. Многие α-аминокислоты синтезируются самим организмом и называются заменимые аминокислоты. Некоторые α-аминокислоты синтезироваться в организме не могут и должны поступать извне. Такие кислоты наз. незаменимые. К ним относятся: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан.

1. Классификация по химической природе радикала:
Алифатические α-аминокислоты:

глицин, α-аминоуксусная кислота, 2-аминоэтановая кислота

аланин, 2-аминпропановая кислота, α-аминопропановая кислота


валин, 2-амино-3-метилбутановая кислота, α-аминоизовалериановая кислота

лейцин, 2-амино-3-метилпентановая кислота, α-аминоизокапроновая кислота


изолейцин, 2-амино-4-метилпентановая кислота


- серин, 2-амино-3-гидроксипропановая кислота

гидроксипропановая кислота

цистеин, 2-амино-3-гидроксибутановая кислота

метионин






фенилаланин, α-амино-β-фенилпропановая кислота


тирозин, α-амино-β-(4-гидроксифенил)
пропановая кислота

Ароматические (аминокислоты содержащие ароматический фрагмент):

а) нейтральные – моноаминокарбоновые кислоты


аланин
б) основные – диаминомонокарбоновые кислоты лизин

в) кислые – моноаминодикарбоновые кислоты

-аспарагиновая кислота,
α-аминобутандиовая кислота


-глутаминовая кислота,
α-аминопентандиовая кислота

Большинство α-аминокислот содержат один ассиметрический атом углерода и существует в виде двух оптически активных энантиомеров.


Природные белки и пептиды являются L,D-стереоизомерами. Относительная конфигурация α-аминокислот определяется по конфигурационному эталону – глицериновому альдегиду, предложенному и установленному Розановым в 1906 году

R-изомеру. Знак вращения не имеет прямой связи с конфигурацией. Два соединения могут иметь одинаковую конфигурацию, но противоположные знаки вращения.





Знак вращения определяется экспериментально с помощью поляриметра. Правое вращение обозначается знаком (+), левое – знаком (-).

2. Циангидринный способ получения ( метод Штрекера):

Восстановительное аминирование под действием кофермента НАД-Н:




2. Трансминирование (переаминирование).
Перенос –NH2 с одной кислоты на другую осуществляется с участием фермента – аминотрансферазы и кофермента – пиридоксальфосфата.

воде. В водных растворах α-аминокислоты существуют в виде внутренней соли (биполярного иона)








Это равновесная система биполярного иона, катионной и анионной форм молекулы и зависит от рН среды.

Химические свойства аминокислот:

в сильнощелочных - анионные.
Значение рН, при котором концентрация биполярных ионов максимальна, а минимальная концентрация катионных и анионных форм α-аминокислоты равны между собой – называется изоэлектрической точкой (ИЭТ, рI).
При этом аминокислота имеет суммарный нулевой заряд.

2. Получение сложных эфиров:

или оксихлоридом фосфора образуются хлорангидриды.






4. Декарбоксилирование in vitro протекает в присутствии поглотителей диоксида углерода Ва(ОН)2 , in vivo протекает с участием фермента декарбоксилазы с образованием биогенных аминов:
in vitro








in vivo

ангидриды кислот.








2. Дезаминирование
in vitro может быть окислительное и неокислительное. Окислительное дезаминирование протекает с участием ферментов оксидаз и кофермента НАД+ с выделением NH3 образованием α-аминокислоты. Неокислительное дезаминирование (бактерии, грибы) протекает с потерей NH2, без участия кислорода. Выделение NH3 происходит под действием ферментов с образованием непредельных кислот.

количественно определить аминокислоты по объёму выделившегося азота

Практическое значение имеет реакция с формальдегидом – формольное титрование метод Серенсена – лежащий в основе количественного определения α-аминокислот.








В образовавшемся устойчивом N-метилольном соединении, оттитровывают свободную карбоксильную группу и количественно определяют α-аминокислоту.

желтый цвет, с помощью хроматографии идентифицируют α-аминокислоты.

5. Реакция с фенилизоцианатом (реакция Эдмана)






Реакция Эдмана используется для установления строения пептидов. Циклическое соединение получают с количественным выходом. Фенилтиогидантоиновые (ФТГ)-производные α-аминокислот различаются строением радикала и физико-химическими свойствами.

и используется в тонкослойной хроматографии:








б) реакция с ацетатом свинца (CH3COO)2Pb для обнаружения серусодержащих аминокислот (цистеина):

ароматические углеводороды. Это такие α-аминокислоты: фенилаланин, тирозин, гистидин, триптофан.










Реакция ароматических аминокислот с HNO3 приводит к образованию продукта реакции окрашенного в желтый цвет, при добавлении щелочи (р-р NaOH) раствор приобретает более интенсивную оранжевую окраску. Аналогично протекают реакции для триптофана и гистидина:

для обнаружения пептидных связей. При добавлении NaOH к СuSO4 в водном растворе образуется хелатный комплекс фиолетового цвета.













Фрагмент биурета в хелатном комплексе имеет имидную структуру.
Наличие двух функциональных групп –СООН и –NН2 в α-аминокислотах обуславливает образование различных продуктов, в зависимости от порядка взаимодействия и условий проведения реакций.
Если в реакции между двумя α-аминокислотами участвуют две аминогруппы и две карбоксильные группы, с выделением двух молекул воды, в этом случае образуется циклический продукт – дикетопиперазин.

с амино (-NН2) группой другой аминокислоты, с выделением молекулы воды и образованием амидной связи. В химии α-аминокислот этот вид связи называется пептидной связью. Реакция образования пептидной связи проходит по механизму нуклеофильного замещения SN. В результате нуклеофильной атаки происходит замещение гидроксильной группы на остаток аминокислоты со свободной карбоксильной группой с образованием пептидной связи.

ста остатков аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Термин пептиды был впервые предложен Фишером (найден в продуктах расщепления белков пепсином). Название пептидов строят путем последовательного перечисления аминокислотных остатков, начиная с N-концевой части (содержащей аминогруппу), имеющей окончание окончание –ИЛ, до С-концевой части (содержащей карбоксигруппу) с окончанием ИН. Например Глицил-Аланин (Гли-Ала), Тирозил-Метионин (Тир-Мет) и тд.









Учитывая бифункциональность α-аминокислот очень сложно получить пептид с определенной последовательностью, без применения специальных методов.
В промышленном производстве с глицином и аланином в случае сочетания двух компонентов можно получить 4 пептида.

α-аминокислот, осуществляется с выполнением последовательности следующих стадий:
1. Защита аминогруппы;
2. Активация карбоксильной группы;
3. Образование пептидной связи;
4. Удаление защитных групп и получение свободного пептида.
1 этап: Защита аминогруппы
Наиболее удобным реагентами являются бензилоксикарбонил хлорид С6Н5СН2ОСОСl и трет-бутилоксикарбонилхлорид (t-BOC) (СН3)3СОСОСl

этап: Защита карбоксильной группы второй аминокислоты (аланина) реакцией этерификации







Синтез дипептида путем взаимодействия защищенного по аминогруппе и активированного по карбоксильной группе глицина и защищенного по карбоксильной группе аланина.

том числе, и принимают участие в процессах регенерации клеток. Пептиды иммунологического действия защищают организм от попавших в него токсинов. Для правильной работы клеток и тканей необходимо адекватное количество пептидов. С возрастом и при патологии возникает дефицит пептидов, который существенно ускоряет износ тканей, что приводит к старению всего организма. Сегодня проблему недостаточности пептидов в организме научились решать с помощью синтеза пептидов в лабораторных условиях.

Белки-высокомолекулярные соединения, построенные из аминокислот и составляющие большую часть органических веществ, содержащихся в живой клетке. Молекулы белков состоят из полипептидных цепей организованных в сложные трехмерные структуры.


Классификация белков
По функциям: Ферменты, структурные, транспортные, резервные, рецепторные.
2) По растворимости: глобулярные и фибриллярные
3) По происхождению: растительные, животные, вирусные и бактериальные.

структура — локальное упорядочивание фрагмента полипептидной цепи, стабилизированное водородными связями. Вторичная структура закрепляется, как правило, за счет водородных связей между пептидными группами. Основными видами вторичной структуры являются α-спираль, β-структура, называемая так же складчатым листом или складчатым слоем и спираль коллагена.
Третичная структура — пространственное строение полипептидной цепи. Структурно состоит из элементов вторичной структуры, стабилизированных различными типами взаимодействий (ковалентная, ионная связь и гидрофильно - гидрофобное взаимодействие).
Между вторичной и третичной структурами белковых цепей трудно провести четкую границу.
Под четвертичной структурой подразумевают способ укладки в пространстве отдельных полипептидных цепей, обладающих одинаковой(или различной) первичной, вторичной, третичной структурой.