Аминокиселините са органични амфотерни съединения. Те съдържат две функционални групи с противоположно естество в молекулата: аминогрупа с основни свойства и карбоксилна група с киселинни свойства. Аминокиселините реагират както с киселини, така и с основи:
H 2 N -CH 2 -COOH + HCl → Cl [H 3 N-CH 2 -COOH],
H 2 N -CH 2 -COOH + NaOH → H 2 N-CH 2 -COONa + H 2 O.
Когато аминокиселините се разтварят във вода, карбоксилната група отделя водороден йон, който може да се присъедини към аминогрупата. В този случай се образува вътрешна сол, чиято молекула е биполярен йон:
H 2 N-CH 2 -COOH + H 3 N -CH 2 -COO -.
Киселинно-базовите трансформации на аминокиселини в различни среди могат да бъдат представени чрез следната обща схема:
Водните разтвори на аминокиселините имат неутрална, алкална или кисела среда, в зависимост от броя на функционалните групи. И така, глутаминовата киселина образува киселинен разтвор (две групи -COOH, една -NH 2), лизинът - алкален (една група -COOH, две -NH 2).
Подобно на първичните амини, аминокиселините реагират с азотиста киселина, докато аминогрупата се превръща в хидроксо група, а аминокиселината в хидрокси киселина:
H 2 N-CH(R)-COOH + HNO 2 → HO-CH(R)-COOH + N 2 + H 2 O
Измерването на обема на освободения азот ви позволява да определите количеството аминокиселина ( Метод на Ван Слайк).
Аминокиселините могат да реагират с алкохоли в присъствието на газ хлороводород, превръщайки се в естер (по-точно в хидрохлоридната сол на естера):
H 2 N-CH (R) -COOH + R'OH H 2 N-CH (R) -COOR' + H 2 O.
Естерите на аминокиселините нямат биполярна структура и са летливи съединения.
Най-важното свойство на аминокиселините е способността им да кондензират, за да образуват пептиди.
Качествени реакции.
1) Всички аминокиселини се окисляват от нинхидрин
с образуването на продукти, оцветени в синьо-виолетов цвят. Иминокиселината пролин дава жълт цвят с нинхидрин. Тази реакция може да се използва за количествено определяне на аминокиселини чрез спектрофотометричен метод.
2) Когато ароматните аминокиселини се нагряват с концентрирана азотна киселина, бензеновият пръстен се нитрира и се образуват жълто оцветени съединения. Тази реакция се нарича ксантопротеин(от гръцки xanthos - жълт).
Органични (карбоксилни) киселини, съдържащи, като правило, една или две аминогрупи (NH2). В зависимост от позицията на аминогрупата във въглеродната верига по отношение на карбоксилната група се разграничават a, b, y и др.. A. в природата са широко разпространени a A., ... ... Биологичен енциклопедичен речник
АМИНОКИСЕЛИНИ, клас органични съединения, съдържащи карбоксилни (СООН) и аминогрупи (NH2); имат свойства както на киселини, така и на основи. Участват в метаболизма на азотните вещества на всички организми (първоначални съединения в биосинтеза на хормони, ... ... Съвременна енциклопедия
Клас органични съединения, съдържащи карбоксилни (COOH) и амино групи (NH2); имат свойства както на киселини, така и на основи. Те участват в метаболизма на азотните вещества във всички организми (първоначално съединение в биосинтеза на хормони, витамини, ... ... Голям енциклопедичен речник
АМИНОКИСЕЛИНИ, от, ед аминокиселина, s, fem. (специалист.). Клас органични съединения, които притежават свойствата както на киселини, така и на основи. | прил. аминокиселина, о, о. Обяснителен речник на Ожегов. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 ... Обяснителен речник на Ожегов
орг. съединения с двойна функция на киселина, поради наличието на карбоксилна група (виж Карбоксил), и основна, свързана с наличието на аминогрупа (NH2) или (по-рядко) имино група (NH), който обикновено е част от хетероцикъла. Примери... Геологическа енциклопедия
аминокиселини- органични съединения, съдържащи една или две аминогрупи; производни на карбоксилни киселини, в които водородът в радикала е заместен с аминогрупа; структурни единици на протеинова молекула. протеин: аланин. аргинин. аспарагин. пролин. аспарагин ..... Идеографски речник на руския език
аминокиселини-- карбоксилни киселини, в които поне един въглероден атом от въглеводородната верига е заместен с аминогрупа ... Кратък речник на биохимичните термини
АМИНОКИСЕЛИНИ- АМИНОКИСЕЛИНИ, органични киселини (съдържащи групата COOH), в които един или повече Н атоми в алкохолния радикал са заменени с алкални аминогрупи (NHa), в резултат на което А. принадлежат към г-н. амфотерни съединения. Зависи от… … Голяма медицинска енциклопедия
Аминокиселини- * аминокиселини * аминокиселините са клас органични съединения, които се характеризират със свойствата както на карбоксилни киселини, така и на амини (таблица). Те се различават един от друг по химическата природа на страничните вериги (групи). Въз основа на полярността на групите A. те могат да ... Генетика. енциклопедичен речник
АМИНОКИСЕЛИНИ- клас органични съединения, чиито молекули съдържат аминогрупи (NH2) и карбоксилни групи (COOH). A. са широко разпространени в природата, влизат в състава на протеиновите молекули. Всички A. твърди кристални вещества се разтварят добре във вода ... ... Голяма политехническа енциклопедия
Книги
- , Орехов С. Н. Учебникът предоставя информация за съвременните методи за получаване на лекарства в условията на индустриално биофармацевтично производство. Най-голямо внимание е обърнато на…
- Фармацевтична биотехнология. Ръководство за практически упражнения, С. Н. Орехов. Ръководството за обучение предоставя информация за съвременните методи за получаване на лекарства в условията на промишлено биофармацевтично производство. Най-голямо внимание е обърнато на…
Аминокиселините (AA) са органични молекули, които се състоят от основна аминогрупа (-NH 2), киселинна карбоксилна група (-COOH) и органичен R радикал (или странична верига), който е уникален за всяка AA
Аминокиселинна структура
Функции на аминокиселините в организма
Примери за биологични свойства на АА. Въпреки че в природата има повече от 200 различни АА, само около една десета от тях са включени в протеините, други имат други биологични функции:
- Те са градивните елементи на протеините и пептидите
- Прекурсори на много биологично важни молекули, получени от AA. Например, тирозинът е предшественик на хормона тироксин и кожния пигмент меланин, тирозинът също е предшественик на съединението DOPA (диокси-фенилаланин). Той е невротрансмитер за предаване на импулси в нервната система. Триптофанът е предшественик на витамин B3 - никотинова киселина
- Източници на сяра - сяросъдържащи АК.
- АА участват в много метаболитни пътища, като глюконеогенезата – синтеза на глюкоза в организма, синтеза на мастни киселини и др.
В зависимост от позицията на аминогрупата спрямо карбоксилната група АА може да бъде алфа, α-, бета, β- и гама, γ.
|
Алфа аминогрупата е прикрепена към въглерода, съседен на карбоксилната група:
|
Бета-амино групата е разположена на 2-рия въглерод от карбоксилната група
|
Гама - аминогрупа на 3-тия въглерод от карбоксилната група
|
В състава на протеините влиза само алфа-АА
Общи свойства на алфа-АА протеините
1 – Оптична активност – свойство на аминокиселините
Всички АА, с изключение на глицина, проявяват оптична активност, тъй като съдържа поне един асиметричен въглероден атом (хирален атом).
Какво е асиметричен въглероден атом? Това е въглероден атом, който има четири различни химични заместителя, свързани с него. Защо глицинът не проявява оптична активност? Неговият радикал има само три различни заместителя, т.е. алфа въглеродът не е асиметричен.
Какво означава оптична активност? Това означава, че AA в разтвор може да присъства в два изомера. Дясновъртящ се изомер (+), който има способността да върти равнината на поляризираната светлина надясно. Ляв изомер (-), който има способността да върти равнината на поляризация на светлината наляво. И двата изомера могат да завъртят равнината на поляризация на светлината с еднаква степен, но в обратна посока.
2 - Киселинно-базови свойства
В резултат на способността им да йонизират, може да се напише следното равновесие на тази реакция:
R-COOH<------->R-C00-+H+
R-NH2<--------->R-NH3+
Тъй като тези реакции са обратими, това означава, че те могат да действат като киселини (права реакция) или като основи (обратна реакция), което обяснява амфотерните свойства на аминокиселините.
Цвитер йон - свойство на АК
Всички неутрални аминокиселини при физиологична стойност на рН (около 7,4) присъстват като цвитериони - непротонирана карбоксилна група и протонирана аминогрупа (фиг. 2). В разтвори, по-основни от изоелектричната точка на аминокиселината (IEP), аминогрупата -NH3 + в AA отдава протон. В разтвор, по-кисел от IET AA, карбоксилната група -COO - в AA приема протон. Така АА понякога се държи като киселина, друг път като основа, в зависимост от pH на разтвора.
Полярността като общо свойство на аминокиселините
При физиологично рН АА присъстват като цвитер йони.Положителният заряд се носи от алфа-аминогрупата, а отрицателният заряд е карбоксилна. Така в двата края на молекулата АА се създават два противоположни заряда, молекулата има полярни свойства.
Наличието на изоелектрична точка (IEP) е свойство на аминокиселините
Стойността на pH, при която нетният електрически заряд на аминокиселина е нула и следователно не може да се движи в електрическо поле, се нарича IEP.
Способността да абсорбират ултравиолетова светлина е свойство на ароматните аминокиселини
Фенилаланин, хистидин, тирозин и триптофан абсорбират при 280 nm. На фиг. показани са стойностите на моларния коефициент на екстинкция (ε) на тези AA. Във видимата част на спектъра аминокиселините не абсорбират, следователно са безцветни.
AA може да присъства в два варианта на изомери: L-изомер и D- 
изомери, които са огледални изображения и се различават по разположението на химичните групи около α-въглеродния атом.
Всички аминокиселини в протеините са в L-конфигурация, L-аминокиселини.
Физични свойства на аминокиселината
Аминокиселините са предимно водоразтворими поради тяхната полярност и наличието на заредени групи. Те са разтворими в полярни и неразтворими в неполярни разтворители.
АА имат висока точка на топене, което отразява наличието на силни връзки, които поддържат тяхната кристална решетка.
са често срещаниСвойствата на АК са общи за всички АК и в много случаи се определят от алфа-амино групата и алфа-карбоксилната група. AA също имат специфични свойства, които са продиктувани от тяхната уникална странична верига.
1. Изложба на аминокиселини амфотерни свойстваи киселини и амини, както и специфични свойства, дължащи се на съвместното присъствие на тези групи. Във водни разтвори АМА съществуват под формата на вътрешни соли (биполярни йони). Водните разтвори на моноаминомонокарбоксилни киселини са неутрални за лакмус, т.к техните молекули съдържат равен брой -NH 2 - и -COOH групи. Тези групи взаимодействат една с друга, за да образуват вътрешни соли:
Такава молекула има противоположни заряди на две места: положителен NH 3 + и отрицателен на карбоксил –COO - . В тази връзка вътрешната сол на AMA се нарича биполярен йон или Zwitter-ion (Zwitter – хибрид).
Биполярен йон в кисела среда се държи като катион, тъй като дисоциацията на карбоксилната група е потисната; в алкална среда - като анион. Има специфични стойности на pH за всяка аминокиселина, при които броят на анионните форми в разтвора е равен на броя на катионните форми. Стойността на pH, при която общият заряд на молекулата на AMA е 0, се нарича изоелектрична точка на AMA (pI AA).
Водните разтвори на моноаминодикарбоксилни киселини имат кисела реакция на околната среда:
HOOC-CH 2 -CH-COOH "- OOC-CH 2 -CH-COO - + H +
Изоелектричната точка на моноаминодикарбоксилните киселини е в кисела среда и такива АМА се наричат киселинни.
Диаминмонокарбоксилните киселини имат основни свойства във водни разтвори (трябва да се покаже участието на вода в процеса на дисоциация):
NH 2 -(CH 2) 4 -CH-COOH + H 2 O "NH 3 + -(CH 2) 4 -CH-COO - + OH -
Изоелектричната точка на диаминомонокарбоксилните киселини е при pH>7 и такива AMA се наричат основни.
Като биполярни йони, аминокиселините проявяват амфотерни свойства: те могат да образуват соли както с киселини, така и с основи:
Взаимодействието със солна киселина HCl води до образуването на сол:
R-CH-COOH + HCl ® R-CH-COOH
NH 2 NH 3 + Cl -
Реакцията с основа води до образуването на сол:
R-CH (NH 2) -COOH + NaOH ® R-CH (NH 2) -COONa + H 2 O
2. Образуване на комплекси с метали- хелатен комплекс. Структурата на медната сол на гликокол (глицин) може да бъде представена със следната формула:
Почти цялата мед в човешкото тяло (100 mg) е свързана с протеини (аминокиселини) под формата на тези стабилни съединения с форма на нокти.
3. Подобно на други киселини аминокиселините образуват естери, халогенни анхидриди, амиди.
4. Реакции на декарбоксилираневъзникват в организма с участието на специални декарбоксилазни ензими: получените амини (триптамин, хистамин, серотинин) се наричат биогенни амини и са регулатори на редица физиологични функции на човешкото тяло.
5. Взаимодействие с формалдехид(алдехиди)
R-CH-COOH + H 2 C \u003d O ® R-CH-COOH
Формалдехидът свързва NH 2 - групата, -COOH групата остава свободна и може да се титрува с основа. Следователно тази реакция се използва за количествено определяне на аминокиселини (метод на Соренсен).
6. Взаимодействие с азотиста киселинаводи до образуване на хидрокси киселини и освобождаване на азот. Обемът на освободения азот N 2 определя неговото количествено съдържание в изследвания обект. Тази реакция се използва за количествено определяне на аминокиселини (метод на Ван Слайк):
R-CH-COOH + HNO 2 ® R-CH-COOH + N 2 + H 2 O
Това е един от начините за дезаминиране на AMK извън тялото.
7. Ацилиране на аминокиселини.Аминогрупата на AMA може да бъде ацилирана с киселинни хлориди и анхидриди още при стайна температура.
Продуктът от записаната реакция е ацетил-α-аминопропионова киселина.
Ацилните производни на AMA се използват широко в изследването на тяхната последователност в протеините и в синтеза на пептиди (защита на аминогрупата).
8.специфични свойства,реакции, свързани с наличието и взаимното влияние на амино и карбоксилни групи - образуване на пептиди. Общо свойство на a-AMA е процес на поликондензациякоето води до образуването на пептиди. В резултат на тази реакция се образуват амидни връзки на мястото на взаимодействие между карбоксилната група на една АМА и аминогрупата на друга АМА. С други думи, пептидите са амиди, образувани в резултат на взаимодействието на аминогрупи и аминокиселинни карбоксилни групи. Амидната връзка в такива съединения се нарича пептидна връзка (разглобете структурата на пептидната група и пептидната връзка: трицентрова p, p-конюгирана система)
В зависимост от броя на аминокиселинните остатъци в една молекула се разграничават ди-, три-, тетрапептиди и др. до полипептиди (до 100 AMK остатъка). Олигопептидите съдържат от 2 до 10 AMK остатъка, протеините - повече от 100 AMK остатъка.По принцип полипептидната верига може да бъде представена от схемата:
H 2 N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-... -NH-CH-COOH
Където R1, R2, ... Rn са аминокиселинни радикали.
Концепцията за протеини.
Най-важните биополимери на аминокиселините са протеините - протеини. В човешкото тяло има около 5 милиона. различни протеини, които са част от кожата, мускулите, кръвта и други тъкани. Протеините (протеините) са получили името си от гръцката дума "protos" - първият, най-важен. Протеините изпълняват редица важни функции в организма: 1. Изграждаща функция; 2. Транспортна функция; 3. Защитна функция; 4. Каталитична функция; 5. Хормонална функция; 6. Хранителна функция.
Всички естествени протеини се образуват от аминокиселинни мономери. По време на хидролизата на протеините се образува смес от AMA. Има 20 от тези AMK.
4. Илюстративен материал:представяне
5. Литература:
Основна литература:
1. Биоорганична химия: учебник. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. 2014 г
- Сейтембетов Т.С. Химия: учебник - Алмати: TOO "EVERO", 2010. - 284 с.
- Болисбекова С. М. Химия на биогенните елементи: учебник - Семей, 2012. - 219 с. : тиня
- Веренцова Л.Г. Неорганична, физическа и колоидна химия: учебник - Алмати: Evero, 2009. - 214 с. : аз ще.
- Физическа и колоидна химия / Под редакцията на А. П. Беляев .- М .: GEOTAR MEDIA, 2008
- Веренцева Л.Г. Неорганична, физична и колоидна химия, (контролни тестове) 2009г
Допълнителна литература:
- Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическа и колоидна химия. М. 2003.
2. Слесарев В.И. Химия. Основи на химията на живите. СПб.: Химиздат, 2001
3. Ершов Ю.А. Обща химия. Биофизична химия. Химия на биогенните елементи. М.: ВШ, 2003.
4. Асанбаева Р.Д., Илиясова М.И. Теоретични основи на структурата и реактивността на биологично важни органични съединения. Алмати, 2003 г.
- Ръководство за лабораторни изследвания по биоорганична химия, изд. НА. Тюкавкина. М., Дропла, 2003.
- Глинка Н.Л. Обща химия. М., 2003.
- Пономарев В.Д. Аналитична химия част 1,2 2003г
6. Контролни въпроси (обратна връзка):
1. Какво определя структурата на полипептидната верига като цяло?
2. До какво води денатурацията на протеина?
3. Какво се нарича изоелектрична точка?
4. Кои аминокиселини се наричат незаменими?
5. Как се образуват протеините в нашето тяло?
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Аминокиселини- Това са сложни органични съединения, които едновременно съдържат в молекулата си аминогрупа и карбоксилна група.
Аминокиселините са твърди кристални вещества, характеризиращи се с високи точки на топене и се разлагат при нагряване. Те се разтварят добре във вода. Тези свойства се обясняват с възможността за съществуване на аминокиселини под формата на вътрешни соли (фиг. 1).
Ориз. 1. Вътрешна сол на аминооцетната киселина.
Получаване на аминокиселини
Изходните съединения за получаване на аминокиселини често са карбоксилни киселини, в чиято молекула се въвежда аминогрупа. Например получаването им от халогенирани киселини
CH 3 -C (Br) H-COOH + 2NH 3 → CH 3 -C (NH 2) H-COOH + NH 4 Br.
В допълнение, алдехиди (1), ненаситени киселини (2) и нитро съединения (3) могат да служат като суровина за производството на аминокиселини:
CH 3 -C (O) H + NH 3 + HCN → CH 3 -C (NH 2) H-C≡H + H 2 O;
CH 3 -C (NH 2) H-C≡H + H 2 O (H +) → CH 3 -C (NH 2) H-COOH + NH 3 (1).
CH 2 \u003d CH-COOH + NH 3 → H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH (2);
O 2 N-C 6 H 4 -COOH + [H] → H 2 N-C 6 H 4 -COOH (3).
Химични свойства на аминокиселините
Аминокиселините като хетерофункционални съединения влизат в повечето от реакциите, характерни за карбоксилните киселини и амините. Наличието на две различни функционални групи в молекулите на аминокиселините води до появата на редица специфични свойства.
Аминокиселините са амфотерни съединения. Те реагират както с киселини, така и с основи:
NH 2 -CH 2 -COOH + HCl → Cl
NH 2 -CH 2 -COOH + NaOH → NH 2 -CH 2 -COONa + H 2 O
Водните разтвори на аминокиселините имат неутрална, алкална и кисела среда, в зависимост от броя на функционалните групи. Например глутаминовата киселина образува киселинен разтвор, тъй като съдържа две карбоксилни групи и една аминогрупа, а лизинът образува алкален разтвор, т.к. Съдържа една карбоксилна група и две амино групи.
Две молекули на аминокиселини могат да взаимодействат една с друга. В този случай водната молекула се отцепва и се образува продукт, в който фрагментите на молекулата са свързани помежду си с пептидна връзка (-CO-NH-). Например:
Полученото съединение се нарича дипептид. Веществата, изградени от много аминокиселинни остатъци, се наричат полипептиди. Пептидите се хидролизират от киселини и основи.
Приложение на аминокиселини
Аминокиселините, необходими за изграждането на тялото, както на хората, така и на животните, се набавят от хранителните протеини.
γ-аминомаслената киселина се използва в медицината (аминалон / гамалон) за психични заболявания; на негова основа са създадени редица ноотропни лекарства, т.е. повлияване на мисловните процеси.
ε-аминокапроновата киселина се използва и в медицината (хемостатично средство), а освен това е промишлен продукт с голям капацитет, използван за производството на синтетични полиамидни влакна - капрон.
Антраниловата киселина се използва за синтеза на багрила, като индигово синьо, и също така участва в биосинтезата на хетероциклични съединения.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
| Упражнение | Напишете реакциите на аланин с: а) натриев хидроксид; б) амониев хидроксид; в) солна киселина. Благодарение на кои групи вътрешната сол проявява киселинни и основни свойства? |
| Отговор | Аминокиселините често се изобразяват като съединения, съдържащи аминогрупа и карбоксилна група, но някои от техните физични и химични свойства не са в съответствие с тази структура. Структурата на аминокиселините съответства на биполярен йон: H3N + -CH(R) -COO-. Нека напишем формулата на аланин като вътрешна сол: H3N + -CH (CH3) -COO-. Въз основа на тази структурна формула записваме уравненията на реакцията: а) H3N + -CH (CH3) -COO - + NaOH \u003d H2N-CH (CH3) -COONa + H2O; b) H 3 N + -CH (CH 3) -COO - + NH 3 × H 2 O \u003d H 2 N-CH (CH 3) -COONH 4 + H 2 O; в) H 3 N + -CH (CH 3) -COO - + HCl \u003d Cl -. Вътрешната сол на аминокиселина реагира с основи като киселина, с киселини като основа. Киселинна група - N + H 3, основна - COO -. |
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Когато разтвор от 9,63 g неизвестна моноаминокарбоксилна киселина се третира с излишък от азотиста киселина, се получават 2,01 литра азот при 748 mm. rt. Изкуство. и 20 o C. Определете молекулната формула на това съединение. Възможно ли е тази киселина да е една от естествените аминокиселини? Ако е така, какъв вид киселина е? Молекулата на тази киселина не включва бензенов пръстен. |
| Решение | Нека напишем уравнението на реакцията: H 2 NC x H 2 x COOH + HONO = HO-C x H 2 x -COOH + N 2 + H 2 O. Нека намерим количеството азотно вещество при n.o., използвайки уравнението на Клапейрон-Менделеев. За да направим това, ние изразяваме температурата и налягането в единици SI: T = 273 + 20 = 293 K; P = 101,325 × 748 / 760 = 99,7 kPa; n (N 2) \u003d 99,7 × 2,01 / 8,31 × 293 = 0,082 mol. Според уравнението на реакцията намираме количеството вещество на аминокиселината и нейната моларна маса. Съгласно уравнението n (H 2 NC x H 2 x COOH) \u003d n (N 2) \u003d 0,082 mol. M (H 2 NC x H 2 x COOH) \u003d 9,63 / 0,082 \u003d 117 g / mol. Нека дефинираме аминокиселина. Нека съставим уравнение и намерим x: 14x + 16 + 45 = 117; H 2 NC 4 H 8 COOH. От естествените киселини, валинът може да реагира на този състав. |
| Отговор | Тази аминокиселина е валин. |
