Реакція декарбоксилування

аланін етиламін

Ферментативна реакція, що відбувається в клітинах живих організмів під впливом ферментів декарбоксилаз.

5. Дезамінування амінокислот відбувається під впливом нітритноїкислоти або ферментів дезамінази:

гліцин нітритна кислота гліколева кислота

СН₃ – СНNH₂ – COOH + H₂O CH₃ – CHOH – COOH + NH₃

аланін лактатна (молочна) кислота

Окислювальне дезамінування відбувається під впливом окислювачів (гіпохлорити, хлорамін Т, персульфати), утворюються кетокислоти:

Реакція окислювального дезамінування відбувається в організмах людини і тварин під впливом специфічних ферментів.

Для якісного і кількісного визначення амінокислот використовується нінгідрин. При нагріванні з амінокислотою відбувається відновлення нінгідрину до дикетооксигідриндену, а амінокислота розщеплюється на альдегід, вуглекислий газ і аміак:

Внаслідок конденсації аміаку з молекулами нінгідрону та дикетооксигідриндену відбувається утворення амонійної солі, що забарвлена в синьо-фіолетовий колір:

Сполука забарвлена у синьо-фіолетовий колір завдяки наявності спряжених зв’язків. За інтенсивністю забарвлення можна кількісно визначати вміст амінокислоти в розчині. Аналогічне забарвлення з нінгідроном спостерігається також з пептидами, первинними і вторинними амінами.

 

Ацилювання амінокислот.

Амінокислоти реагують з хлорангідридами та ангідридами кислот з утворенням N-ацильованих похідних. Реакція відбувається до кінця тільки у водно-лужних або неводних середовищах так як у взаємодію вступає амінна група:

ацетилхлорид гліцин N -ацетилгліцин

N-Ацильовані похідні амінокислот використовуються при синтезі пептидів.

Окремі ацильовані амінокислоти здатні знешкоджувати отруйні речовини, які всмоктуються у кров з кишківника. Так, наприклад, отруйна бензойна кислота зв’язується з гліцином та видаляється з організму з сечею в формі гіпурової кислот и:

Утворення пептидів.

Поліпептидна теорія, Е.Фішер (1902) згідно з якою: білки – складні поліпептиди, в яких амінокислоти зв’язані між собою пептидними зв’язками, які утворюються при взаємодії α-карбоксильних СООН- и α-NН₂-груп амінокислот.

Аналогічно до дипептиду приєднуються інші амінокислоти з утворенням трипептиду, тетрапетиду, пентапептиду, і так до утворення молекули поліпептиду (білка).

Методи одержання амінокислот:

Амінокислоти одержують з природної сировини та методами хімічного синтезу.

1. Гідроліз білків: кислотний (НСІ, Н₂SO₄), лужний (КОН, NаOH) і ферментативний (протеолітичними ферментами – пепсином, трипсином) Під час гідролізу утворюється суміш амінокислот: білок → альбумози → пептони → поліпептиди → олігопептиди → дипептиди → амінокислоти. Амінокислоти виділяють з суміші відповідними методами – кристалізації, хроматографії.

2. Метод мікробіологічного синтезу. Для одержання амінокислот підбирають відповідні поживні середовища, мікроорганізми і проводять інкубацію. Утворену мікробну масу очищають та виділяють з неї окремі амінокислоти. Наприклад, для одержання лізину беруть мелясу і необхідні поживі добавки (кукурудзяний екстракт, фосфати калію, солі амонію, треонін, метіонін, тіамін, біотин), мікроорганізми. Вихід лізину – до 35,7% загальної маси.

3. Методи органічного синтезу. Синтез із галогенозаміщених карбонових кислот при дії аміаку:

R – CH Br – COOH ^NH₃ R – CH NH₂ – COOH

Біологічна роль амінокислот:

1. Стpуктуpні елементи пептидів і білків. До складу білків входять 20 протеїногенних амінокислот, які кодуються генетичним кодом, і постійно містяться в білкax.

2. Структурні елeмeнти інших природних сполук. Aмінoкиcлoти та їх похідні входять до складу коферментів, жовчних кислот, антибіотиків.

3. Пepeнoсники сигналів. Деякі aмінoкиcлoти є нейромедіаторами або попередниками гормонів і нейромедіаторів.

4. Метаболіти. Амінoкиcлоти — життєво важливі компоненти харчування. Деякі амінокислоти беруть участь в обміні речовин, слугують донорами азоту. Непротеїногенні aмінoкиcлoти утворюються в якості проміжних продуктів при біоcинтeзі та деградації протеїногенних амінокислот або в циклі сечовини.

Пептиди

Пептиди (від грецького – зварений, переварений) – органічні сполуки, які складаються із залишків однакових або різних амінокислот, що сполучені пептидними зв’язками (‑ CO – NH ‑).

Схема утворення трипептиду. Хімічний синтез поліпептидів і сучасні фізико-хімічні методи дослідження білків повністю підтвердили наявність пептидних зв’язків в структурі білка.

Назва пептиду складається: назва першої N-кінцевої амінокислоти з вільною NH₂-групою (закінчення -ил, -іл типове для ацилів) + назва наступних амінокислот (також із закінченнями –ил, -іл) + повна назва С-кінцевої амінокислоти з вільною СООН-групою. Наприклад, пентапептид з 5 амінокислот може названий: гліцил-аланіл-серил-цистеінил-аланін, або скорочено Гли–Ала–Сер–Цис–Ала.

Способи одержання:

8 З природних джерел: неповним гідролізом білків одержують з тканин тварин карнозин, глутатіон, ансерин. Потім їх видаляють та ідентифікують звичайними методами якісного і кількісного аналізу органічних речовин. Окремі пептиди з таких тканин одержують методом екстракції.

а ‑ ручной гомогенізатор; б – механічний гомогенізатор; в – шаровий млин.

8 Методами органічного синтезу (реакції синтезу пептидів і захисту під час синтезу їх аміногруп і карбоксильних груп від вступу в реакції з іншими реагентами. Синтез можна продовжити повторенням попередніх стадій). Так було синтезовано інсулін, багато пептидів, їх видаляють із сумішей звичайними методами виділення та ідентифікації органічних речовин, нерідко використовуючи хроматографію, електрофорез.

Схема електрофорезу	Центрифугування

Фізичні властивості:

Ä Низькомолекулярні пептиди – кристалічні речовини, розчинні у воді і за своїми властивостями подібні до амінокислот. Не здатні денатурувати. В розчинах утворюють конформери.

Ä Високомолекулярні пептиди (поліпептиди) – аморфні речовини, у воді утворюють колоїдні розчини. За своїми фізико-хімічними властивостями вони близькі до білків. Молекулярну масу мають нижче 6000. Не здатні денатурувати. В розчинах формується вторинна структура – α-спіраль і β-структури.

Хімічні властивості:

Ä Молекули дипептидів ‑ біполярні іони.

Ä Пептиди – амфотерні сполуки, вступають в реакції, що характерні для α-амінокислот.

Ä При гідролізі розщеплюються до амінокислот:

· Кислотний гідроліз (під дією 5,7Н розчину НСІ протягом 24год. при 105 С):

· Ферментативний гідроліз (під дією ферментів тваринного і мікробного походження – пептидаз).

Білки

Білки – високомолекулярні органічні сполуки, що побудовані із залишків α-амінокислот, які сполучені між собою пептидними зв’язками в довгі поліпептидні ланцюги (прямі і закручені). Молекулярна маса білків коливається в діапазоні від кількох тисяч (інсулін – 5700) до сотень мільйонів (білок вірусу грипу – 322млн.).

Білки становлять структурну і функціональну основу всіх живих організмів.

Білки є основною азотистою сполукою харчових продуктів, забезпечують до 15% енергоцінності добового раціону. Добова потреба людини в білках становить 80-100г, половину з яких повинні складати тваринні білки.

Функції білків в організмі:

1. Структурна функція. Забезпечується структурними білками, які відповідають за підтримання форми і стабільності клітин і тканин. Приклади: колаген, гістони (організують укладання ДНК в хроматині).

2. Транспортна функція. Забезпечується білками: гемоглобін (переносник кисню та вуглекислого газу до тканин і легень), преальбумін (переносник гормонів щитовидної залози – тироксин і трийодтиронін), іонні канали (транспорт іонів і метаболітів через біологічні мембрани).

3. Захисна функція. Забезпечує білок-імуноглобулін G, який утворює на еритроцитах комплекс з мембранними гліколіпідами.

4. Регуляторна функція. В біохімічних сигнальних ланцюгах білки виконують функції сигнальних речовин (гормонів) і гормональних рецепторів. Наприклад, комплекс гормону росту соматотропіну з відповідним рецептором, інсулін (гормон, що регулює вуглеводний обмін).

5. Каталітична функція. Забезпечують ферменти.

6. Рухома функція. Взаємодія актину з міозином відповідає за м’язові скорочення та інші форми біологічної рухомості.

7. Запасні функції. Забезпечуються запасними білками, які містяться в рослинах, і є цінними харчовими речовинами. В організмах тварин м’язові білки служать резервними харчовими речовинами, які мобілізуються при потребі.

Фізико-хімічні властивості білків:

Ø Рідкі, напіврідкі, тверді аморфні та кристалічні речовини. Деякі білки мають консистенцію в’язких рідин або драглів (альбуміни, глобуліни сироватки крові).

Ø При високій температурі всі білки згоряють, відчувається запах паленого волосся.

Ø Не мають температури плавлення та кипіння, так як згортаються при нагріванні.

Ø Оптично активні речовини. Розчини природних білків обертають площину поляризації світла ліворуч так як складаються переважно з α-амінокислот.

Ø розчинність білків ‑ різна: нерозчинні (колаген, еластин), альбуміни розчиняються у воді з утворення колоїдних розчинів, проламіни – у сумішах спиртів.

Білки утворюють колоїдні розчини, які здатні переходити в гелі (драглеподібний стан). Наприклад, перехід із золю в гель спостерігається під час охолодження драглів. Білки опірних тканин лише набухають і можуть зв’язувати воду в набагато більших кількостях, ніж їх маса.

Ø практично всі білки погано кристалізуються.

Структура білкових молекул вивчалася видатними хіміками:

О.Я. Данілевський (1888 – 1891) – український хімік; Е.Фішер (1899 – 1919) – німецький хімік-органік; М.Д.Зелінський (1906 – 1934) – російський хімік-органік; Л.Полінг (1946 – 1951) – американський фізик і хімік.

Головними структурними одиницями, які формують білкову молекулу, є 20 амінокислот, 2 аміди (аспарагін і глютамін) і 2 імінокислоти (пролін і оксипролін).

Протеїногенні амінокислоти (α-амінокислоти) утворюють пептиди і білки.