Материал: Резников В.А., Штейнгарц В.Д. Аминокислоты PDF

аминокислот в протонированной форме (кислый раствор). Вследствие солеобразования аминокислоты связываются с сульфогруппами адсорбента. Далее колонку начинают промывать (элюировать) буферным раствором, постепенно увеличивая величину рН. При этом различные аминокислоты начинают переходить в анионную форму и смываться с колонки при различных значениях рН. Пропуская выходящий из колонки раствор через детектор, количественно определяют содержание индивидуальных аминокислот в исследуемой смеси.

Обычно детекторы определяют количество вещества, находящегося в растворе, по величине поглощения света, однако растворы аминокислот, как правило, не поглощают свет ни в видимой, ни в ультрафиолетовой области. Для того чтобы обнаружить присутствие аминокислоты в растворе, проводят реакцию с нингидрином.

Как видно из представленной выше схемы, независимо от структуры аминокислоты при взаимодействии с нингидрином образуется одно и тоже соединение, обладающее интенсивной синефиолетовой окраской, концентрация которого зависит от концентрации аминокислоты в исследуемом растворе и легко может быть измерена по величине поглощения света, проходящего через раствор.

Некоторые из природных аминокислот не образуют синего окрашивания при обработке нингидрином. Как вы думаете, какие это аминокислоты?

РЕАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ

Химические свойства α-аминокислот определяются наличием в составе их молекулы двух функциональных групп – аминогруппы и карбоксильной группы. Например, для них характерно образование сложных эфиров, которое происходит при пропускании хлористого водорода через раствор аминокислоты в спирте. При этом, разумеется, образуется хлоргидрат сложного эфира, свободное основание можно получить действием на соль триэтиламином или оксидом серебра. Другим способом получения метиловых эфиров аминокислот является реакция с диазометаном, которая происходит по карбоксильной группе.

В отличие от этого реакция с галоидными алкилами происходит по аминогруппе. Например, при взаимодействии избытка йодистого метила с глицином в присутствии бикарбоната натрия происходит образование четвертичной соли, от которой при действии избытка основания отщепляется молекула

12

йодистого водорода и образуется бетаин – внутренняя соль. Другой способ получения этого соединения - взаимодействие натриевой соли хлоруксусной кислоты с триметиламином.

(H3C)2N CH3

Бетаин, получивший свое название от свеклы (Beta vulgaris), в соке которой он содержится, дал название классу соединений, которые являются внутренними солями, содержащими анион и катион в составе одной молекулы. Можно сказать, что аминокислоты в кристаллическом состоянии находятся в виде бетаина (см. выше).

Интересной особенностью бетаина является его способность превращаться при нагревании в метиловый эфир диметиламиноуксусной кислоты, причем эта реакция является обратимой. Это превращение представляет собой внутримолекулярное нуклеофильное замещение, где в качестве нуклеофила выступает карбоксилат-анион, а в качестве уходящей группы – диметиламиногруппа. В случае протекания реакции в обратном направлении нуклеофилом является атом азота аминогруппы, а уходящей группой – карбоксилат-анион.

Исходя из структурных формул бетаина и метилового эфира диметиламиноуксусной кислоты можно сделать вывод об их физических свойствах. Используя эти соображения, предложите условия, в которых равновесие взаимопревращения этих соединений сдвигается в ту или иную сторону.

При взаимодействии аминокислот с пятихлористым фосфором образуются хлоргидраты хлорангидридов аминокислот. Свободные основания этих соединений обычно довольно неустойчивы вследствие легкости ацилирования аминогруппы, находящейся в составе молекулы.

При взаимодействии аминокислот с ангидридами или хлорангидридами карбоновых кислот происходит ацилирование по аминогруппе с образованием амидов. Например, при взаимодействии глицина с хлористым бензоилом образуется бензоилглицин или гиппуровая кислота. Излишки азота и бензойная кислота, попадающая с пищей, выделяются из организма животных в виде этого соединения.

При взаимодействии эфиров α-аминокислот с азотистой кислотой образуются диазоэфиры – соединения, относящиеся к классу диазосоединений, простейшим представителем которого является диазометан. Сразу заметим, что эта реакция является характерной только для эфиров α-аминокислот, аминокислоты с другим взаимным расположением аминогруппы и карбоксильной группы, а также их эфиры реагируют с азотистой кислотой по иному, – так же, как и обычные алифатические амины, то есть с образованием неустойчивых солей диазония, разложение которых приводит к спиртам (в данном случае – оксикислотам) наряду с другими продуктами рекции.

13

Почему не могут существовать диазокислоты?

Интересной особенностью аминокислот является реакция их самоацилирования, которая может происходить при их нагревании и имеет сходство с реакциями, протекающими при нагревании оксикислот. Так, при нагревании α-аминокислот происходит их бимолекулярная циклизация с образованием дикетопиперазинов – соединений родственных по строению лактидам. Аналогичная реакция происходит и с эфирами α-аминокислот в более мягких условиях.

Эфиры аминокислот образуют дикетопиперазины в более мягких условиях, чем сами аминокислоты. Объясните причину этого явления.

При нагревании дикетопиперазинов в кислой (или щелочной) среде происходит размыкание цикла и образуется дипептид – ациклический димер аминокислоты, который в дальнейшем может быть превращен в две молекулы исходной аминокислоты. При нагревании дипептида возможно замыкание цикла с образованием дикетопиперазина. Другое возможное направление реакции – взаимодействие дипептида с еще одной молекулой аминокислоты и так далее, что может привести к полимерному полиамиду – полипептиду. Отметим, что в данном случае это направление реакции имеет меньшее значение, хотя сами полипептиды исключительно важные соединения и будут обсуждены ниже.

β-Аминокислоты при нагревании или при действии кислот подобно β-оксикислотам, превращаются в α,β-непредельные кислоты, а замыкания четырехчленного цикла в результате внутримолекулярного образования амида при этом не происходит. При взаимодействии же β-аминокислот с дициклогексилкарбодиимидом (ДЦК) происходит образование четырехчленного циклического амида – β-лактама. Причиной этого является реакция ДЦК с карбоксильной группой, приводящая к ее активации в результате превращения плохо уходящей группы ОН в хорошо уходящую группу, и последующее внутримолекулярное ацилирование.

ДЦК является широко распространенным конденсирующим реагентом в синтезе пептидов, и с механизмом его действия вы уже ознакомились в разделе, посвященном карбоновым кислотам.

β-Лактамы весьма неустойчивые соединения и легко гидролизуются с образованием исходных аминокислот. β-Лактамный фрагмент входит в состав пенициллина. γ-Лактамы легко образуются при нагревании γ-аминокислот. Лактамы с большим размером цикла получают бекмановской перегруппировкой оксимов циклических кетонов.

14

РЕАКЦИИ АМИНОКИСЛОТ IN VIVO

Аминокислоты в организме участвуют не только в синтезе белков, но и в некоторых других превращениях. Эти превращения являются экзотермическими и снабжают организм энергией. Три основных типа превращений аминокислот в организме –дезаминирование, переаминирование и декарбоксилирование. Дезаминирование может происходить окислительным и неокислительным путем. Неокислительное дезаминирование встречается в основном у бактерий и грибков. Например, аспарагиновая кислота превращается в фумаровую кислоту под действием фермента аспартазы.

Для протекания окислительного дезаминирования наряду с ферментом (оксидазой) необходим окислитель – акцептор водорода, в качестве которого обычно выступает флавинадениндинуклеотид (ФАД). Эта реакция протекает через стадию образования иминокислоты, которая далее гидролизуется в кетокислоту. Примером такой реакции является превращение аланина в пировиноградную кислоту.

происходит под действием ферментов трансаминаз. Эта реакция служит не только для разрушения аминокислот, но и для их биосинтеза. Например, аспартат-α-кетоглутараттрансаминаза катализирует взаимопревра-щение аспарагиновой и α-кетоглутаровой кислот в кетоянтарную и глутаминовую кислоты. Такое превращение помимо фермента требует участия пиридоксальфосфата, роль которого заключается в окислении исходной молекулы аминокислоты, переносе молекулы аммиака к кетокислоте и последующем ее восстановлении. Отметим, что в этом процессе пиридоксальфосфат (RCHO) вначале превращается в пиридоксаминофосфат (RCH2NH2), а затем вновь регенерируется.

15