Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт - Аминокислоты, пептиды, белки (1128686), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Оптически активный И — т*-переход карбоксильной группы (X = 210 нм) положителен для L-аминокислот и отрицателен для D-аминокислот [29, 30]. Длятаких исследований часто применяются производные аминокислот. N-Алкилтиотиокарбонильные и дансильные производные L-аминокислот обнаруживают положительный эффект Коттона, гидантоины — отрицательный.Пирролинон [31], получающийся при реакции 2-метокси-2-дифенил-3(2Н)-фуранона (МДФФ) с аминокислотами, имеет характеристический мультиплет в спектре КД.
Отнесение конфигурации в таких случаях производятпо максимуму абсорбции в длинноволновой области ( - 3 8 0 — 430 нм), положение которого не зависит от природы заместителей у хиральногоС-атома.Для некоторых аминокислот наблюдается связь между их конфигурацией и вкусом, например L-Trp, L-Phe, ь-Tyr и L-Leu имеют горький вкус, аих D-энантиомеры сладкие.
Сладкий вкус глицина (от греч. glykys — сладкий) известен давно. Мононатриевая соль глутаминовой кислоты — глутамат натрия — один из важнейших носителей вкусовых качеств, применяемых в пищевой промышленности. Интересно отметить также, что производное дипептида из аспарагиновой кислоты и фенилаланина обнаруживаетинтенсивно сладкий вкус. Взаимосвязи строения и вкуса рассматриваются вработах [32, 33].В последние годы стереохимия аминокислот развивается в основном внаправлении изучения проблем конформации. Исследования с помощьюразличных физических методов, в особенности спектроскопии ядерномагнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения, показывают, что заместители у а- и 0-С-атомов аминокислоты предпочитают находиться в определенных конформациях [34 — 38].Ниже с помощью проекционных формул Ньюмена приведены преимущественные конформации аминокислот с разветвленной боковой цепью: валина (в), L-аспарагиновой кислоты ( б ) и ь-серина (в).
При этом в формулах б и в представлено направление от С^ к С а , а в случае а Са — Cß.нн.«.соонон«И,УСдН,(а)Н«(б)'Н«(в)С помощью 13С-ЯМР-спектроскопии можно проводить конформационный анализ как в твердом состоянии, так и в растворе. Например, N-mpemбутилоксикарбонилфенилаланин (Boc-Phe) в кристаллическом состоянии существует в виде ротамера с ^-конфигурацией уретановой связи. При растворении в CD2C12 £-конформер переходит в течение нескольких часов в Zконформер, стабильный в растворе [39].30Физико-химические свойства аминокислотКонформационный анализ аминокислот дает важные сведения о конформационном поведении белков и пептидов.1.4.Физико-химические свойства аминокислотВ твердом состоянии и в сильнополярных растворителях аминокислоты существуют в виде диполярных цвиттер-ионов.
Это объясняет высокую температуру разложения аминокислот и их трудную растворимость в неполярных растворителях. Доказательства ионного дипольного строения аминокислот получены методами ЯМР-, ИК- и КД-спектроскопии: в спектрахотсутствуют полосы поглощения NH2- и СООН-групп. Сведения о кристаллической структуре обобщены в обзоре [40].1.4.1.РастворимостьАминокислоты (за немногими исключениями) хорошо растворяются в воде, аммиаке и других полярных растворителях, в неполярных и слабополярных растворителях (этанол, метанол, ацетон) растворяются плохо.Причиной такого поведения является легкий переход незаряженной молекулы (I) в цвиттер-ион (II), который связан с выигрышем свободной энергии44,8 — 51,5 кДж/моль.
В равновесии практически существует толькоцвиттер-ион (II). Например, в водном растворе аланина 11:1 = 260 000.Кроме того, растворимость аминокислот зависит от их строения. Болеевысокую растворимость имеют соединения с гидрофильной боковойцепью. Низкая растворимость большинства аминокислот в их изоэлектрической точке объясняется снижением гидрофильности амино- и карбоксильных групп. Особенно трудно растворимы ароматические аминокислоты(Туг, Phe, Trp), в спиртах относительно легко растворяются иминокислоты(Pro и Hyp).
Данные о растворимости аминокислот приведены в табл. 1-6.H,N - CHR - СООН ** H,N + - CHR - СОСГIII1.4.2.Кислотно-основные свойстваКислотно-основные свойства аминокислот вследствие их диполярностисильно зависят от pH среды. В области pH 4 — 9 все аминокислоты ведутсебя как кислоты (доноры протонов)H3N+- CHR - COO" ** Н++ H 2 N - CHR - СОСГили как основания (акцепторы протонов)H3N+ + CHR - COO" + Н+ ** H 3 N+- CHR - СООНВ сильнокислой области существуют преимущественно катионы H 3 N + CHR-COOH, в сильнощелочной — анионы H2N-CHR-COO~.АминокислотымМольщелочи319.96pK,(NHj)1 2 3 4567891011121314UNH 2 ). , J(-COOH)1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 12 13142.0Gly/aeopA^0.5100.5мМолькислотыгоЬ&рНS^x2.34pK,1 2 3 4- as•5 6 7 8 9 Ю П 1 2 13 141.5zoРис.
/-б. Кривые титрования глицина, лизина и глутаминовойкислоты.При титровании щелочью аминокислоты протонируются и ведут себякак двухосновные кислоты, т. е. они могут отдавать два протона. Если регистрировать изменение pH при добавлении щелочи, то получаются типичные кривые титрования для аминокислот (рис. 1-6).H,N+ - CHR - СООН 2 Ü H,N + -CHR - СОО~ ^ 2 * H,N-CHR - СОО~^-н 2 о 3-н 2 о32Физико-химические свойства аминокислотЗначение отдельных ступеней диссоциации лежит далеко одно от другого и может быть найдено с помощью уравнения Гендерсона — Хассельбаха:рн = р А : + 1 е [ а к ц е п т о р п р о т о н о в 1[донор протонов]При равных концентрациях акцептора протонов и донора протонов измеренное значение pH численно равно значению рА" соответствующей группы.В кривых титрования глицина, например, при рАГ = 2,34 в эквимолярных концентрациях сосуществуют H3N+-CH2-COOH и HjN+-CH2-COO", а при рА" = 9,60наступает концентрационное равновесие между H3N+-CH2-COO~ и H2N-CH2-СОО".
Точки перегиба на кривой титрования дают значения рА*, и рА"2, т. е. рКкарбокси- и аминогрупп.При pH 5,97 для глицина кривая титрования имеет точку перегиба, которая называется изоэлектрической точкой (рН(). pH, соответствующееэтой точке у моноаминокарбоновой кислоты, есть среднее арифметическоезначений p/f, и рК2 и в сущности определяет условия (кислотность раствора), при которых почти все молекулы аминокислоты существуют в видецвиттер-ионов.
При формбльном титровании глицина значение рК2 сдвигается из основной в нейтральную область pH (заштрихованная область).Это объясняется тем, что аминокислоты сначала переводятся в гидроксиметиламинокислоты, которые затем титруются с фенолфталеином в качестве индикатора как истинные слабые кислоты.У аминокислот, имеющих диссоциирующие группы в боковой цепи(Glu, Asp, Cys, Туг, Lys, Arg, His), на кривых титрования появляется третий перегиб (pÄj). На рис.
1-6 приведены кривые титрования лизина и глутаминовой кислоты, значения рА" — в табл. 1-6.В отличие от нейтральных и кислых аминокислот значение рН( основных аминокислот вычисляют как среднее арифметическое значений рК2 ирК3, например для лизина pH, = 9,82 = (9,12 + 10,53):2.
Большое биологическое значение имеет поведение гистидина в качестве буфера. Этоединственная протеиногенная аминокислота, которая действует в физиологической области pH 6 — 8.Значения рК характеризуют кислотность аминокислот. Благодаря - / эффекту аммонийной группы глицин (рА", = 2,34) обладает более высокойкислотностью, чем уксусная кислота (рК = 4,76). Этот эффект уменьшается с увеличением расстояния между амино- и карбоксильной группами: для/3-аланина рА~, = 3,6, для 6-аминогексановоя кислоты рА", = 4,43.У аминодикарбоновых кислот а-карбоксильная группа проявляет болеесильные кислотные свойства, и преимущественно она принимает участие вобразовании цвиттер-ионной структуры.Основной характер аминокислот ослабляется из-за СОО-группы, такчто глицин с рА~2 = 9,72 менее основен, чем этиламин с рК = 10,73. Ещеболее низкая основность у эфиров аминокислот (например, для этиловогоэфира глицина рА" = 7,7).Аминокислоты33Таблица 1-6. Температура разложения, растворимость,и константы диссоциации протеиногенных аминокислотАминокислотаТемпература разложения, °CРастворимость вводе, г/100 мл25°С100°С67,1737,318,85,648,2632,2GlyAlaValLeuHeSerThrCys292297315337284228253178"24,9916,658,852,434,125,020,5ys Cys2600,010,111*22,342,342,322,362,362,212,711,719,609,699,629,609,689,159,628,27(SH-)1,042,05(COOH)1*3pH,10,785,976,015,965,986,025,686,165,028,05,0310,25(NH2)17,623,9(70°Q51,6(65 ° Q2,281,999,2110,65,746,301,929,735,83MetPro2832223,516,23Hyp27036,1Lys2242,18Arg2382,17His2770,43Asp2700,5Asndu2362492,980,86GinPheТугTrp1852843442823,62,960,0451,14a1,826,91,8855,114,02,022,169,90,564,992,171,832,202,389,12(<*-NH2)9,04(a-NH 2 )6,00(имидазол-)3,65(0-COOH)8,804,32(•у-СООН)9,139,139,119,3910,5312,84(гуанидо)9,179,8210,767,599,602,779,965,413,2410,07(ОН)5,655,485,665,89Для гидрохлоридаУ диаминокарбоновых кислот »-аминогруппа проявляет более выраженные основные свойства, чем а-аминогруппа.
Здесь цвиттер-ионная структура осуществляется преимущественно с участием ш-аминогруппыH 2 N - (СН2)„ - CH(NH 2 ) - СООНH3N+ -(СН2)„ - CH(NH 2 ) - COO34Физико-химические свойства аминокислотУ сильноосновной аминокислоты аргинина протон присоединяется кгуанидиновой группе с образованием мезомерно-стабилизированного гуанидо-катиона:H,NH2NHaNC-NH2C-NH 2Г 2),(СНH-C-NH 2СО0 еNHH-CNH,СООеH-9-NH,COO®Хорошее представление о кислотно-основных равновесиях в растворахаминокислот особенно важно при их разделении в аналитических и препаративных целях с помощью электрофореза и ионообменной хроматографии.Рис. 1-7 наглядно показывает, каким образом, происходит разделениеаминокислот при электрофорезе: анионные или катионные формы отклоняются в направлении соответствующего электрода, цвиттер-ионы не отклоняются.
Подбирая подходящие буферные системы, можно разделять любые аминокислоты.направление движения буферногораствораанионысмесь аминокислотИ11Л1Ш1цвиттер-ионыкатионыРис. 1-7. Разделение аминокислот посредством непрерывного проточного электрофореза.Аминокислоты1.4.3.35Спектры поглощения аминокислотУФ-спектры £41,42]. В области видимого спектра растворы протеиногенных кислот практически не поглощают, а в УФ-области для ароматическихаминокислот можно наблюдать относительно высокое поглощение (ср.УФ-спектры тирозина и триптофана, рис. 1-8).
Характеристический максимум поглощения этих аминокислот лежит > 250 нм; слабое поглощениецистина, которое объясняется наличием дисулъфидной группы, обнаруживается при 240 нм.Высокая молярная экстинкция тирозина при 280 нм используется дляопределения содержания белка в растворах.ИК-спектры [43, 44]. В спектрах аминокислот отсутствуют полосы нормальных валентных колебаний в области 3300— 3500 с м " 1 , наблюдаетсяпоглощение при 3070 см~', которое можно отнести к H3N+-группе. Этаполоса наблюдается также в спектрах гидрохлоридов аминокислот. Крометого, две характеристические полосы Н3Ы*группы находятся в области1500 — 1600 см + .Аминокислоты и их соли показывают типичное для СОО~ поглощениепри 1560 — 1600 с м " 1 . Карбонильное поглощение СООН-группы при1700 — 1730 см~' у гидрохлоридов аминокислот сдвинуто на ~ 20 см~' вкоротковолновую область.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
