АВТОР – ДОЦЕНТ РЫСКИНА Е.А. Аминокислоты. Строение, свойства, классификация. Пептиды.

Протеиногенные аминокислоты В природе известно более 300 различных аминокислот. Могут быть в свободном виде, либо в виде коротких пептидов или комплексов с другими органическими веществами. 20 из них входит в состав белков человека и животных. Аминокислоты, кодируемые одним геном и включенные в процессе трансляции в белки называются протеиногенные. Всего протеиногенных аминокислот 20.

Строение аминокислоты Каждая аминокислота (АМК) имеет карбоксильную группу, аминогруппу в α-положении и радикал (боковую цепь), отличающийся у различных аминокислот. Радикалы АМК являются вариабельной частью белка и могут содержать различные функциональные группы.

Формулы 20 аминокислот, входящих в состав белков человека и животных. Цветом выделены радикалы.

Однобуквенный и трёхбуквенный коды, используемые для обозначения аминокислот.

Свойства аминокислот: 1. Все АМК входящие в белки являются α- аминокислотами. Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у α-углерода, замещен на аминогруппу (NH2). 2. Все АМК являются амфотерными электролитами, т.е. обладают кислотными и основными свойствами. Все АМК в водных растворах при нейтральных значениях pH ( ) существуют в виде биполярных ионов – цвиттер-ионов!

Свойства аминокислот: 3. Все аминокислоты поглощают свет в ультрафиолетовой области при 280 нм. Основные поглощающие свет аминокислоты ароматические - фенилаланин, тирозин и триптофан. 4. Относятся к L – ряду (L - изомер). Исключение составляет глицин, не имеет изомерной формы. COOH COOH | | H – C – R R – C – H | | NH2 NH2 L – изомер, «CORN» D - изомер

Существует несколько классификаций аминокислот, основанных на разных критериях: 1. По возможности синтеза аминокислот в организме; 2. По растворимости в воде или полярности радикала аминокислот; 3. По химическому строению радикала аминокислот – алифатические, ароматические, гетероциклические; 4. По возможности синтеза разных продуктов после катаболизма аминокислот и др.

Согласно классификации аминокислот, основанной на возможности синтеза в организме, аминокислоты делятся на 2 группы: – незаменимые (поступающие в организм с пищей) и - заменимые (синтезируемые в организме). Незаменимые АМК Заменимые АМК Фен Лей Гли, Про, Асп, Лиз Изо Асн, Глу, Глн, Арг Три Сер, Тре, Ала, Гист Мет Цис Вал Тир

Современная рациональная классификация основана на полярности радикала. Радикалы (боковые цепи) АМК являются вариабельной частью пептида и может содержать различные функциональные группы. Растворимость АМК определяется полярностью функциональных групп, входящих в состав молекулы (полярные группы притягивают H 2 O) и называются гидрофильные, а неполярные группы отталкивают H 2 O и называются гидрофобными.

Согласно этой классификации все аминокислоты можно разделить на 3 группы: 1. Неполярные или гидрофобные – Ала, Лей, Фен, Три, Иле, Вал, Про; 2. Полярные или гидрофильные Цис, Глу, Асп, Глн, Асн, Сер, Тре, Арг, Лиз, Гис; 3. Амфифильные: Тир, Мет, Гли.

Классификация по полярности радикала аминокислот

Аминокислоты, содержащие амфифильные радикалы Название Сокращенное название рус. лат. 1. Глицин ГлиG 2. Метеонин МетM 3. Тирозин ТирY

Полярные функциональные группы: (гидрофильные) - гидроксильную – ОН -карбоксильную – СООН -карбонильная – С=О - аминогруппу – NH2 - аминогруппу – NH -амидную – СО - NH2 -амидиновая –С=NН -гуанидиновая – NН-С=NH NH2 -сульфгидрильную – SH -тиометильная – S-CH3

Неполярные (гидрофобные) функциональные группы -Метильная –СН3 -Метиленовая –СН2 -Метиновая –СН= - Фенольная - - Пиррольное - Имидозольное - Индольное

Из 20 протеиногенные аминокислоты: 19 – это аминокислоты, имеющие аминогруппу 1 – иминокислота (пролин), содержит аминогруппу Соединение пролина в полипептидные цепи: O || – NH – CH – C – N – CH – CO | | | R H2C CH2 | | CH2

Соответствие между карбоновой кислотой и аминокислотой Уксусная кислота (С 2 )– глицин Пропионовая кислота (С 3 ) – фенилаланин, тирозин, серин (не считаются атомы «С» ароматического кольца) Масляная кислота (С 4 ) – метионин Янтарная кислота (С 4 – 2 «СООН») - аспартат Глутаровая кислота (С 5 ) - грутамат

Функции аминокислот Входят в состав: 1. Белков и пептидов 2. Биологически активных веществ 3. Коферментов 4. Желчных кислот 5. Антибиотиков

Природные пептиды В последние годы значительно повысился интерес к структуре и функциям встречающихся в свободном состоянии в организме низкомолекулярных пептидов, выполняющих ряд специфических биологических функций. Короткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот, принято называть олигопептидами, до 100 АМК - пептидами, в то же время полипептиды и белки считаются взаимозаменяемыми, хотя термином «полипептиды» чаще обозначают продукты с мол. массой менее Белки отличаются от пептидов наличием уникальной пространственной структурой, которая называется нативной конформацией, необходимой для выполнения разнообразных функций.

Природные пептиды Природные пептиды, наделенные биологической активностью, в зависимости от характера действия и происхождения принято делить на 4 группы: ( по Березову Т.Т.) 1) пептиды, обладающие гормональной активностью (вазопрессин, окситоцин, кортикотропин, глюкагон, кальцитонин, меланоцитстимулирующий гормон); 2) пептиды, принимающие участие в процессе пищеварения (в частности, гастрин и секретин); 3), источник которых – α2-глобулиновая фракция сыворотки крови (такие, как ангиотензин, брадикинин и каледин); 4) нейропептиды.

ФУНКЦИИ ПЕПТИДОВ 1. Регуляторная (пептиды ренин- ангиотензивной системы и др.). 2. Гормоны (окситоцин, инсулин, глюкагон). 3. Антибиотики (пенициллин, цефалоспорины). 4. Токсины (аманитотоксин). 5. Антиоксиданты (грутатион). 6. Нейропептиды (энкефалины, эндорфины обезболивающий эффект).

Особенности синтеза пептидов Некоторые пептиды могут образовываться путем прицельного протеолиза из более длинной полипептидной цепи, такие как – ангиотензин, вазопрессин, окситоцин. Некоторые биологически активные пептиды образуются путем ферментативного биосинтеза грутатион и карнозин. Энкефалин, карнозин и грутатион содержат пептидные связи, устойчивые к действию ферментов – протеаз или пептидаз.

Глутатион – трипептид, в состав грутатиона входят 3 аминокислот: грутамилцистеилглицин – гру – цис – гли -, Название аминокислот, включенных в белок, имеют окончание ил, кроме последней. Причем в образовании пептидной связи участвует не α – карбоксильная группа, а y - карбоксильная группа грутамата. Глутатион - основной антиоксидант, вырабатываемый организмом

Вазопрессин: буквенное и формульное написание

Методы исследования аминокислот Основным методом исследования аминокислот в биологических жидкостях и тканях организма (кровь, моча) является метод распределительной хроматографии аминокислот на бумаге. Методом бумажной хроматографии удается разделить до аминокислот. На сегодняшнем занятии мы будем выполнять цветные реакции для обнаружения АМК, входящих в состав белков, основанные на химической природе радикалов АМК. Цветные реакции нам дают окрашенные продукты при взаимодействии с белками. Используются для определения белка в моче, для определения присутствия АМК в белке, для анализа состава белка!

Цветные реакции - ряд химических реагентов взаимодействуют с растворами белков или с функциональными группами, входящими в состав белков и развивается специфическое окрашивание. Цветные реакции можно разделить на универсальные и специфические. Универсальные реакции: Биуретовая реакция определяет наличие пептидных связей в белках Нингидриновая реакция определяет наличием α – АМК в молекуле белка

Специфические цветные реакции Ксантопротеиновая реакция определяет наличие в белках ароматических АМК (фен, тир, топ), содержащих фенольную группу. Реакция Фоля определяет наличие в белках цистеина, который имеет сульфгидрильную группу (-SH). Реакция Адамкевича Триптофан Реакция Сакагуни Аргинин Реакция Миллона Тирозин

Реакции осаждения белков Белки бывают растворимые и нерастворимые в воде. Растворимость белка в воде зависит от свойств белковой молекулы: формы, молекулярной массы, величины заряда, соотношения функциональных групп (радикалов) на поверхности заряда. Устойчивость растворов белков обусловлена одинаковым электрическим зарядом и гидратной оболочкой. Гидрофильные функциональные группы АМК формируют многослойную водную оболочку вокруг белковой молекулы. Гидрофобные радикалы упрятаны внутрь этой глобулы. Изменение заряда белка или снятие гидратной оболочки приводит к агрегации белков и выпадению их в осадок. Для осаждения белка нужно лишить его заряда или гидратной оболочки. Реакции осаждения белка используют для обнаружения белка в биологических жидкостях.

Денатурация белка При нагревании белки могут денатурировать, разворачиваться, но остаются во взвешенном состоянии, что проявляется помутнением раствора. Под денатурацией понимают нарушение структуры нативной молекулы белка, преимущественно ее третичной структуры, приводящее к потере его функции. Большинство белков денатурирует при нагревании их растворов выше 50–60°С. Денатурировать белок можно химическими реагентами или нагреванием.