Химия: Аминокислоты, Реферат

Категория: Химия
Тип: Реферат

Содержание:

Введение

Классификация аминокислот

Виды изомерии аминокислот

Двухосновные моноаминокислоты

Одноосновные диаминокислоты

Оксиаминокислоты

Серосодержащие аминокислоты

Гетероциклические аминокислоты

Способы получения аминокислот

Химические свойства аминокислот:

А) Свойства аминокислот, зависящие от наличия карбоксила.

Б) Свойства аминокислот, зависящие от наличия аминогруппы.

В) Свойства аминокислот, зависящие от совместного наличия карбоксильной и аминогруппы

Окислительно-восстановительные процессы, протекающие с участием аминокислот.

Связывание минерального азота аминокислотами.

Список использованной литературы

Введение

Аминокислоты - такие кислоты, которые помимо карбоксильной группы содержат аминогруппу NH₂.

Классификация аминокислот

1) по углеводородному радикалу (предельные, непредельные, ароматические, циклические, гетероциклические.)

2) по числу карбоксильных групп (одноосновные, двухосновные и тд.)

3) по числу аминогрупп (моноамино, диамино и тд.)

4) по наличию других функциональных групп (оксиаминокислоты, серосодержащие аминокислоты)

Виды изомерии аминокислот

1) изомерия углеродного скелета

2) изомерия положения аминогруппы: 2,β, γ и α

В природных условиях, как правило, встречаются α-аминокислоты. Они образуют мономерные звенья белковых молекул, то есть входят в состав белка.

3) оптическая изомерия. Аминокислоты, которые встречаются в природе L-ряда. Рассмотрим оптическую изомерию на примере α-аминопропионовой кислоты.

СH₃ – ^*CH – C = O α-аминопропионовая кислота, или аланин.

NH₂ OH

Оптические изомеры:

ОН OH

С = О C = O

Н – С – NH₂H₂N – C – H

CH₃CH₃

D-изомер(-) L- изомер (+)

L – изомеры отличаются от D – изомеров вкусом. D-изомеры сладкие, а L- изомеры горькие или безвкусные. Природные аминокислоты это L- изомеры. В биологическом отношении аминокислоты очень важные соединения, так как из их остатков строятся белковые молекулы. В состав белков входят 20-25 аминокислот. Это следующие:

1) СH₂ – C = O аминоуксусная кислота, или глицин

NH₂ OH

2)CH₃ – CH – C = O α- аминопропионовая кислота, аланин

NH₂ OH

3) СH3 – CH – CH – C = O валин

CH₃ NH₂ OH

4) CH₃ – CH – CH₂– CH – C = O лейцин

CH₃ NH₂ OH

5) CH₃ – CH₂ – CH – CH – C = O изолейцин

CH₃ NH₂ OH

6) C₆H₅ – CH₂ – CH – C = O фенилаланин

NH₂ OH

Двухосновные моноаминокислоты

1) O = C – CH – CH₂ – C = O аспарагиновая кислота

HO NH₂ OH

Амид этой кислоты называется аспарагин. Причем на аминогруппу замещается гидроксил наиболее удаленный от аминогруппы:

O = C – CH – CH₂ – C = O - аспарагин

HO NH₂ NH₂

2) O = C – CH – CH₂ – CH₂ – C = O - глутаминовая кислота

HO NH₂ OH

O = C – CH – CH₂ – CH₂ – C = O – глутамин (амид глутаминовой кислоты)

HO NH₂ NH₂

Одноосновные диаминокислоты

1) CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH – C = O - орнитин

NH₂ NH₂ OH

2) CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH – C = O - лизин

NH₂NH₂ OH

3) NH = C – NH – CH₂ – CH₂- CH₂ – CH – C = O -аргинин, в процессе обмена преобразуется в к-ту цитруллин

NH₂ NH₂ OH

4) NH₂ – C – NH – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH – C = O -цитруллин

O NH₂ OH

Оксиаминокислоты

1) СH2 – CH – C = O - серин

OH NH₂ OH

2) CH₃ – CH – CH – C = O - треонин

OH NH₂ OH

3) HO –C₆H₄ – CH₂ – CH – C = O – оксифенилаланин или тирозин

NH₂ OH

Серосодержащие аминокислоты

1) CH₂ – CH – C = O - цистеин

SH NH₂ OH

2) CH₂ – CH – C = O - цистин

S NH₂ OH

CH₂ – CH – C = O

NH₂ OH

3) CH₃ – S – CH₂ – CH₂ –CH – C = O метионин

NH₂ OH

Гетероциклические аминокислоты

1) H2C CH₂ 2) OH – HC CH₂

H₂C CH – C = O H₂C CH – C =O

NH OH NH

пролин оксипролин

3) N C – CH₂ – CH – C = O 4) CH NH₂ OH

NH₂ OH HC C C – CH₂ – CH – C = O

HC CH HC C CH

NH CH NH

гистидин триптофан

Среди всех аминокислот 9 являются незаменимыми, то есть они в тканях синтезироваться не могут и должны поступать с пищей. Это кислоты:

1) Валин;

2) Лейцин;

3) Изолейцин;

4) Фенилаланин;

5) Лизин;

6) Треонин;

7) Метионин;

8) Гистидин;

9) Триптофан.

Способы получения аминокислот

1.Аминокислоты получаются при гидролизе белка, который протекает при нагревании белковых веществ при температуре равной 100⁰С , в присутствии серной кислоты в течении 24-48 часов. Этот способ применяется при количественном и качественном определении аминокислот в белке, как правило, методом хроматографии.

2.Действие аммиака на галогенкислоты:

CH₂ – C = O + NH₃ HCL + CH₂ – C = O

CL OH NH₂ OH

хлоруксусная глицин

кислота

3. Присоединение аммиака к непредельным кислотам (таким способом получают β-аминокислоты).

CH₂ = CH – C = O + HNH₂ CH₂ – CH₂ – C = O

OH NH₂ OH

акриловая к-та β – оксипропионовая к-та

Присоединение водорода идет против правила Марковникова, так как сопряженные двойные связи.

4.Восстановительное аминирование. Протекает в растительных и животных организмах. Это способ связан с введением аминогруппы в кетокислоту. Протекает в два этапа:

ОН OH ОН

С = О ₊_NH₃C = O ₊₂_H. С = O

С = О ^-^H²^O C = NH СH – NH₂

СН₃ CH₃ CH₃

пировино- иминокислота аланин

градная к-та

Химические свойства аминокислот:

Они зависят от наличия:

1)карбоксильной группы

2)аминогруппы

3)от совместного наличия двух этих групп.

А) Свойства аминокислот, зависящие от наличия карбоксила.

Аминокислоты, как и любые кислоты, способны образовывать: а)соли; б)галогенангидриды; в)сложные эфиры; г)амиды; д)ангидриды; е)подвергаются декарбоксилированию.

R – CH – C = O + H₂O - соль

NH₂ ONa NH₂ CL

R – CH – C = O –хлорангидрид

R – CH – C = O R – CH – C = O + H₂O

NH₂ OH NH₂ O – CH₃ – сложный эфир

R – CH – C = O + H₂O

NH₂ NH₂ – амид

R – CH₂- амин

NH₂

Реакция декарбоксилирования аминокислот протекает в присутствии ферментов декарбоксилаз, а также при разложении белковых соединений, в результате таких реакций образуются амины (низшие амины содержатся в кишечных газах и имеют неприятный запах).

NH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH – C = O ^-CO2 NH₂ – (CH₂)₅ – NH₂

лизин NH₂ OH диамин пептаметилендиамин (кадаверин)

Б) Свойства аминокислот, зависящие от наличия аминогруппы.

1) Реакции ацилирования (ацил- радикал кислоты). По этой реакции один водород аминогруппы замещается на радикал кислоты – ацил. Примером может служить реакция обезвреживания бензойной кислоты в организме животных:

C₆H₅ – C = O + HNH₂ – CH₂ – C = O C₆H₅ – C = O OH

OH OH NH – CH₂ – C = O

бензойная к-та глицин гиппуровая к-та

2) Реакция аминирования (амин- углеводородный радикал). По этой реакции один водород аминогруппы замещается на углеводородный радикал – амин (такие реакции проводятся в лаборатории, когда надо протитровать аминокислоту, то есть количественно определить аминокислоту).

CH₃ – CH – C = O + CH₃ – I HI + CH₃ – CH – C = O

NH₂ OH NH – CH₃

аланин пористый

метил

По этой реакции аминогруппа как бы зажимается в тиски, блокируется и становится нереакционноспособной. Реакционноспособной становится только карбоксильная группа.

3) Реакции дезаминирования. Дезаминирование- это отщепление аминогруппы в виде аммиака. Такие реакции протекают в обменных процессах, а часто и при нарушении обмена. Они ведут к распаду аминокислот. Различают четыре вида дезаминирования:

а) окислительное дезаминирование.

OH OH OH

C = O _+O C = O _+H2O C = O + NH₃

CH – NH₂^{ОКИСЛЕНИЕ} C = NH C = O

CH₃ CH₃ CH₃

аланин иминокислота кетокислота (пировиноградная)

Окислительное дезаминирование – процесс, обратный восстановительному аминированию.

б) восстановительное дезаминирование. Протекает под действием водорода:

OH OH

C = O _+2H C = O + NH₃

CH – NH₂ CH₂

CH₃ CH₃

аланин пропионовая(предельная) к-та

в) гидролитическое дезаминирование. Протекает под действием воды. При этом из аминокислоты образуются оксикислоты:

OH OH

C = O ₊_HOH C = O + NH₃

CH – NH₂ CH – OH

CH₃ CH₃

аланин оксикислота (молочная)

г) внутримолекулярное дезаминирование:

R R

CH₂ CH

CH – NH₂ ^{ПРОТЕКАЕТ В ОСНОВНОМ В МИКРООРГАНИЗМАХ} CH + NH₃

C = O C = O

OH OH

непредельная к-та

Основной путь дезаминирования – это окислительное дезаминирование. Этот вид дезаминирования преобладает у животных, растений и большинства микроорганизмов. Происходит под действием ферментов дегидрогеназ. Однако, активность дегидрогеназы тканей животных для большинства аминокислот очень низкая. Активна только дегидрогеназа глутаминовой кислоты. Поэтому большинство аминокислот в организме животных дезаминируются непрямым путем. Непрямое окислительное дезаминирование характеризуется предварительным переаминированием аминокислот с α- кетоглутаровой кислотой:

COOH COOH

R CH₂ R CH₂

CH – NH₂ + CH₂ C = O + CH₂

COOH C = O COOH CH – NH₂

COOH COOH

амино- α-кетоглутаровая кетокис- глутаминовая

кислота к-та лота кислота

Образующаяся при этом глутаминовая кислота затем дезаминируется под действием глутаматдегидрогеназы до α-кетоглутаровой кислоты, которая может снова участвовать в непрямом дезаминировании других аминокислот.

COOH COOH COOH

CH₂ CH₂ CH₂

CH₂ ^-2H CH₂ ^+H2O CH₂ + NH₃

CH – NH₂ C = NH C = O

COOH COOH COOH

глутаминовая иминокислота α-кетоглутаовая к-та

к-та

В) Свойства аминокислот, зависящие от совместного наличия карбоксильной и аминогруппы

1)Амфотерные свойства одноосновных моноаминокислот. Реакция водных растворов таких аминокислот на лакмус нейтральна. Это объясняется тем, что карбоксильная группа обладает кислотными свойствами, а аминогруппа – основными. Эти группы взаимодействуют с образованием, так называемых внутренних солей. Внутренние соли – это соли, образующиеся в результате взаимодействия кислотных и основных групп, находящихся в пределах одной и той же молекулы. При образовании внутренних солей аминокислот ион водорода отщепляется от карбоксильной группы и присоединяется к аминогруппе, которая превращается как бы в ион замещенного аммония. Например, для аланина:

CH₃ – CH – C = O CH₃ – CH – C = O ^-

NH₂ OH ⁺NH₃ O

внутренняя соль (имеет два полюса + и -).

ОН

Такие аминокислоты ( с одной – С = О и одной NH₂) обладают амфотерными свойствами, они могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями, образуя при этом комплексные соли. Взаимодействие аминокислоты с кислотой:

CH₃ – CH – C = O + H⁺CL^- CH₃ – CH – C = O +

⁺NH₃ O^- NH₃ OH CL^-

комплексная соль, где аминокислота является катионом

Взаимодействие со щелочью:

CH₃ – CH – C = O + NaOH CH₃ – CH – C = O –

⁺NH₃ O^- NH₂ O^- Na⁺ + H₂O

комплексная соль, где аминокислота является анионом

2) Образование ди- три и полипептидов. Эта реакция протекает в организме под действием ферментов пептидаз. Она ведет к образованию первичной структуры белка. При образовании дипептида две аминокислоты связываются пептидной связью. При этом одна аминокислота реагирует карбоксильной группой , а другая – аминогруппой.

CH₃ – CH – C = O + HNH – CH₂ – C = O ^-H2O CH₃ – CH – C – NH – CH₂ – C = O

NH₂ OH OH NH₂ O OH

аланин глицин дипептидаланинглицин

– С = О -пептидная связь

Та аминокислота, от которой уходит гидроксил карбоксильной группы, то есть остается кислотный радикал – ацил, меняет окончание «ин» на «ил».

3) Особое поведение аминокислот при нагревании, в присутствии водоотнимающих веществ.

а) α- аминокислоты при нагревании образуют циклические амиды – дикетопиперазины. взаимодействуют две молекулы :

H₃C H₃C

CH – C = O CH – C = O

H₂N OH _-2H2O NH NH

HO NH₂ O = C – HC

O = C – CH CH₃

CH₃ дикетопиперазин (2, 5 –диметил – 3, 6 дикетопиперазин)

Для разных кислот радикалы при группе – СН могут быть разными, а ядро дикетопиперазина одно и то же. По мнению русских ученых Землинского, Садикова дикетопиперазины содержатся в полипептидных цепях. Они связывают остатки аминокислот также, как и пептидные связи.

б) β-аминокислоты при нагревании теряют молекулу аммиака и превращаются в непредельные кислоты.

CH₃ – CH – CH₂ – C = O _-NH3 CH₃ – CH = CH – C = O

NH₂ OH OH

Β-аминомасляная к-та кротоновая к-та

в) γ-аминокислоты при нагревании, выделяя воду , образуют внутримолекулярные циклические амиды, так называемые лактамы:

CH₂ – CH₂ – CH₂– C = O H₂C – CH₂

NH₂ OH H₂C C = O - лактам γ-аминомасляной к-ты

γ-аминомасляная к-та NH

Лактам капроновой кислоты при полимеризации образует волокно-капрон.

Окислительно-восстановительные процессы, протекающие с участием аминокислот.

Эти процессы протекают в организмах растений и животных. Имеются такие соединения, которые способны либо выделять водород, либо поглощать его (присоединять). При биологическом окислении идет отщепление двух атомов водорода, а при биологическом восстановлении – присоединение двух томов водорода. Рассмотрим это на примере цистеина и цистина.

CH₂ – CH – C = O CH₂ – CH – C = O

HS NH₂ OH ^-2H S NH₂ OH

HS NH₂ OH ^+2H S NH₂ OH

CH₂ – CH – C = O CH₂ – CH – C = O

цистеин цистин

восстановленная форма окисленная форма

Две молекулы цистина, теряя два атома водорода, образуют окисленную форму – цистеин. Этот процесс обратимый, при присоединении двух атомов водорода к цистину образуется цистеин - восстановленная форма. Аналогично протекает процесс окислительно- восстановительный на примере трипептида – глутатиона, который состоит из трех аминокислот: глутаминовой, глицина и цистеина.

цистеин

O = C – NH – CH – CH₂ – SH O = C – NH – CH – CH₂ – S – S –CH₂ – CH – NH – C = O

CH₂ C = O -2Н CH₂ C = O C = O CH₂

CH₂ NH +2Н CH₂ NH NH CH₂

CH – NH₂ CH₂ глицин CH – NH₂ CH₂ CH₂ CH – NH₂

C = O C = O C = O C = O C = O C = O

OH OH OH OH OH OH

(2 молекулы)

трипептид восстановленная форма гексапептид – окисленная форма

При окислении отщепляется 2 атома водорода и соединяются две молекулы глутатиона и трипептид превращается в гексапептид, то есть окисляется.

Связывание минерального азота аминокислотами.

У растений при избытке азота в почве аминокислоты (аспарагиновая и глутаминовая) способны связывать его в виде аммиака с образованием амидов – глутамина и аспарагина.

OH NH₂

C = O C = O

CH₂ CH₂

CH₂ + NH₃ CH₂

CH – NH₂ CH – NH₂

C = O C = O

OH OH

глутаминовая к-та глутамин

Аналогично идет образование аспарагина. В организмах животных также образуются амиды аспарагиновой и глутаминовой кислот, которые являются резервом (депо) азота.

Аммиак, который образуется при дезамиировании аминокислот, может связываться аспарагиновой и глутаминовой кислотами. При этом образуются амиды аспарагин и глутамин.

Список использованной литературы:

1) Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия / Ю.А. Овчинников. – М.: Просвещение, 1987.

2) Яковишин Л.А. Избранные главы биоорганической химии / Л.А. Яковишин. – Севастополь: Стрижак-пресс, 2006.

3) Филиппович Ю.В. Основы биохимии. - М., 2007

4) Нейланд О.Я. Органическая химия.- М., 1990

Еще из раздела Химия:

Это интересно

Реклама

Поиск рефератов

Еще рефераты

Афоризм

Жрать гораздо интереснее, чем худеть.

Гороскоп

Счётчики

Соц. сеть	Объявления	Здоровье	Рецепты	Закрыть
Погода	TV программа	Курсы валют	Каталог сайтов	Рефераты
Гороскопы	Тайна имени	Именины	Праздники	Сонник
Девушка дня	Тесты ON-Line	Игры	Анекдоты	Приколы