Аминокислоты
Пептиды
Белки
Доцент Гокжаев М.Б.
Кафедра общей и биоорганической химии
Задача №1
Приведите реакции, при помощи которых можно доказать, что
аминокислоты проявляют свойства амфолитов.
Решение
Подобно любому амфотерному соединению, аминокислоты образуют соли
как при действии кислоты, так и при действии щелочи.
NaOH
R
R
COO
CH
NH3
COONa + H2O
CH
NH2
+
HCl
R
COOH
CH
+

NH3 Cl
R
CH
NH2
COOH
R
COO
CH
NH3
+
Задача №2
Являясь
гетерофункциональными
соединениями,
аминокислоты, должны проявлять свойства как одной, так и
другой функциональной группы. Докажите это, используя схемы
химических реакций.
Решение
Некоторые реакции карбоксильной группы аминокислот можно
представить следующей схемой:
NaOH
R
CH
COONa
NH2
CH3OH, HCl
O
R
CH
C
OCH3
NH2
R
CH
COOH
PCl5
O
R
CH
C
Cl
NH2
NH2
t 0C, Ba(OH)2
R
CH2
NH2
Реакции аминогруппы можно представить следующей
схемой:
HCl
COOH
CH
R
+

NH3 Cl
O
C
R'
Cl
R
CH
COOH
NH
C
Cl C O CH2
O
O
R
CH
CH3
CH3I
COOH
R
NH2
R'
HNO2
R
CH
COOH
NH
C
O
CH
O
COOH
NH
CH3
CH2
CH COOH
O
R'
OH
R CH
C
H
O2N
F
O2N
N
R
CH
COOH
CH
R
COOH
NH
NO 2
NO 2
Задача №3
Приведите примеры специфических реакций аминокислот
как гетерофункциональных соединений.
Решение
С катионами тяжелых металлов α-аминокислоты образуют
внутрикомплексные соли:
O
O
C
CH2
H2N
NH2
OH
+
HO
Cu
OH
HO
C
CH2
+
C
O
H2O
NH2
O
Cu
CH2
H2N
CH2
O C
O
медная соль глицина
Реакции дегидратации:
Образование пептидов:
O
H2N
CH
CH3
C
O
OH H NH CH
CH3
C
O
OH
H2O
H2N
CH
C
NH CH
COOH
CH3
CH3
дипептид (ала-ала)
Задача №4
Приведите примеры реакций аминокислот, протекающих
in vivo:
Решение
1) Окислительное дезаминирование:
CH3
CH COOH
оксидаза
CH3
NH2
C
COOH
+H2O
NH3
CH3
NH
C
COOH
O
2) Неокислительное дезаминирование:
HOOC
HOOC
CH
CH2
NH2
аспарагиновая
кислота
COOH
аспартаза
C
H
C
H
COOH
фумаровая
кислота
Реакции дезаминирования позволяют организму удалять
избыток аминокислот
3) Восстановительное аминирование:
HOOC
C
CH2 CH2 COOH H3
НАД H
HOOC
O
-кетоглутаровая кислота
CH CH2 CH2 COOH
NH2
глутаминовая кислота
4) Трансаминирование:
HOOC
CH2
C
COOH +
O
щавелевоуксусная
кислота
HOOC
CH2
CH
NH2
аспарагиновая
кислота
HOOC
CH
CH2
CH2
COOH
CH2
CH2
трансаминаза
NH2
глутаминовая
кислота
COOH + HOOC
C
O
кетоглутаровая
кислота
COOH
Декарбоксилирование аминокислот приводит к образованию
биогенных аминов
а) CH2 CH2 CH2 CH2 CH COOH
лизин
NH2
б) HOOC CH
декарбоксилаза
CO2
NH2
CH2 CH2 COOH
NH2
-декарбоксилаза
CO2
NH2
глутаминовая кислота
N
в)
HN
CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
кадаверин
NH2
H2N CH2 CH2 CH2 COOH
-аминомасляная кислота
(природный транквилизатор)
N
CH2
CH
NH2
гистидин
COOH
CO2
HN
CH2
CH2
NH2
гистамин
Все они обладают ярко выраженной биологической активностью
ПЕПТИДЫ
Реакция конденсации, протекающая между аминогруппой
одной кислоты и карбоксильной группой другой приводит к
образованию дипептида:
O
H2N
CH
R
C
O
OH H NH CH
C
O
OH
H2O
H2N
R'
CH
C
NH CH
COOH
R'
R
пептидная связь
Пептиды делят на олигопептиды (содержат
аминокислотных остатков) и полипептиды.
Полипептиды, содержащие
остатков называют белками.
более
50
до
10
аминокислотных
Полипептидная цепь имеет следующий общий вид:
пептидный остов
H2N CH
C
O
O
O
NH CH
C NH CH
R2
R1
.....
C NH
R3
CH COOH
Rn
N-конец
С-конец
R1, R2, R3, … Rn – радикалы аминокислот, образующие боковую цепь.
Номенклатура пептидов: к названию всех аминокислотных остатков,
кроме последнего, добавляют суффикс –ил, концевая группа имеет суффикс
– ин:
O
H2N
CH
C
O
NH CH
CH
H3C
CH3
C
O
NH
CH
NH
CH
CH2
CH2
CH2
OH
CH2
CH2
S
Валилсерилметиониллизин
C
COOH
NH2
CH3
(ВАЛ-СЕР-МЕТ-ЛИЗ)
Задача №5
Составить
формулу
трипептида
ФЕН-АСП-ЦИС.
Определить его изоэлектрическую точку (ИЭТ).
Решение
O
Формула трипептида:
H2N
CH
CH2
C
O
NH CH
C
NH
CH
CH2
CH2
COOH
SH
COOH
Для определения области pH, в которой может находиться ИЭТ
исследуемого пептида, достаточно сравнить число свободных амино- и
карбоксильных групп. Если число аминогрупп
превышает число
карбоксильных групп, то ИЭТ пептида будет находиться в щелочной области
(pH > 7). Если число карбоксильных групп превышает число аминогрупп, то
ИЭТ пептида будет находиться в кислой области (pH < 7).
ИЭТ в кислой среде pI = pH < 7
Задача №6
Как проводят идентификацию N- и C-концевых остатков
аминокислот?
Решение
Для
идентификации
N-концевого
остатка
используют
метод
Ф. Сенгера, который основан на реакции свободной аминогруппы пептида с
динитрофторбензолом (ДНФБ):
O2N
F
+
NH2 CH
COOH
OH
HF
O2N
NH CH
R
O2N
COOH
R
O2 N
Замещенный пептид гидролизуют и N-концевой остаток, содержащий
динитрофенильную
группу
идентифицируют,
так
как
N-концевая аминокислота с ДНФБ дает устойчивое, окрашенное в желтый
цвет соединение, которое не разрушается при гидролизе.
С-концевой остаток определяют не химическим методом, а
ферментативным. С-концевое звено избирательно удаляют при помощи
фермента карбоксипептидазы.
Задача №7
Приведите примеры качественных реакций на аминокислоты и
белки.
Решение
1) Биуретовая реакция
H2N
C
NH
O
C
NH2
O
Биурет
2) Ксантопротеиновая реакция
тирозин
нитропроизводное
тирозина желтого
цвета рН 7,0
хиноидное производное
оранжево-желтого цвета
рН > 7,0
3) Нингидриновая реакция
O
C

OH
+ H2NCHCOOH
2
C
OH
R
-аминокислота
O
нингидрин
O
O
C
C
N
O
+ CO2 + RC
C
C
O
OH
сине-фиолетовая окраска
H
15
+ 3H2O
Задача №8
Проведите
синтез
дипептида
последовательностью цис-тир.
с
аминокислотной
Решение
В образовании пептидной связи должны участвовать аминогруппа тирозина
и карбоксильная группа цистеина.
Аминогруппа цистеина должна быть свободной, поэтому ее следует
защитить. Для этой цели используют реакцию с карбобензоксихлоридом:
O
CH2
CH
SH
NH2
COOH
+
CH2 O
CH2
CH
COOH
SH
NH
C
O
C Cl
HCl
CH2
O
Для защиты карбоксильной группы тирозина проводят реакцию этерификации:
O
ROH, H+
HO
HO
CH2 CH COOH
CH2 CH C
H2O
OR
NH2
NH2
Карбоксильную группу цистеина, наоборот, следует активировать:
CH2
CH
SH
NH
COOH
C
O
O
SOCl2
HCl
SO2
CH2
CH2
CH
C
SH
NH
Cl
C O
O
CH2
O
Полученный сложный эфир тирозина вступает в реакцию
карбобензоксихлоридом цистеина, защищенного по аминогруппе:
CH2
CH
SH
NH

O
O
C
+
Cl
C O
CH
H2N
C
HCl
OR
CH2
CH2
O
OH
O
CH2 O
C
O
NH
CH
CH2
C
O
NH
CH
CH2
SH
OH
C
OR
с
Заключительный этап процесса  это снятие защиты аминогруппы и
последующий гидролиз сложноэфирной группы:
O
CH2 O
C
NH
CH
C
O
NH
CH2
O
CH C
H2/Pd
OR
CH2
CO2
C6H5CH3
SH
OH
O
NH2 CH
CH2
C
NH
CH C
CH2
O
H2O, H
OR
ROH
O
+
NH2 CH
C
NH
CH2
CH COOH
CH2
SH
SH
цистеилтирозин
OH
OH