Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Гидрофильные аминокислоты

К гидрофильным относятся аминокислоты, содержащие в боковой цепи карбоксильную или аминогруппу. Обе эти группы при физиологических значениях pH ионизированы.

Аспарагиновая и глутаминовая кислоты - кислые аминокислоты, лизин и аргинин - сильно основные, а гистидин - слабо основная аминокислота. Кольцевая структура в молекуле гистидина называется имидазольным кольцом.

Аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты в белках представлены также и своими амидами - аспарагином и глутамином.

К гидрофильным относятся также гидроксилсодержащие аминокислоты:

Цистеин, как и серин, содержит тиольную группу -SH вместо гидроксильной -ОН. Его специфическая роль в белках двояка: благодаря цистеину в активные центры белков могут быть введены тиольные группы, а два остатка цистеина в белках могут соединяться ковалентной связью -S-S-.

Пролин примечателен тем, что его остаток вызывает излом пептидной цепи. В отличие от других аминокислот свободный пролин содержит не амино-, а иминогруппу.

Определение электрического заряда аминокислоты по кривой титрования

Аминокислоты - амфотерные электролиты (амфолиты) обладают свойствами как кислот, так и оснований. На основании положений физической химии, аминокислоты принадлежат к слабым электролитам и в водных растворах в зависимости от pH среды несут на себе различный заряд в соответствии с уравнением равновесия (константы равновесия Ка, Ка2 и KaR):

И, как видно из табл. 3.1, боковые функциональные группы ряда аминокислот также обладают кислотно-основными свойствами: рKaR - это константа кислотности для боковой цепи аминокислоты, имеющей функциональные группы с кислотно-основными свойствами. Например, в боковой цепи глутаминовой кислоты имеется функциональная группа -СООН, для которой при определенных условиях характерно кислотно-основное равновесие

Электрический заряд на функциональной группе определяется соотношением между значениями рКа этой группы и pH раствора, описываемым уравнением Гендерсона-Гассельбаха (2.4). Каждая способная к ионизации группа аминокислоты может находиться в одном из двух состояний - заряженном или нейтральном. Анион СОО- обладает основными свойствами (принимает ион Н+), а катион NH3+ - свойствами кислоты (отдает ион Н+).

Значение pH, при котором аминокислота находится в растворе только в виде цвиттер-иона (суммарно электрически нейтральна), называют изоэлектрической точкой (ИЭТ) аминокислоты. В ИЭТ растворимость аминокислот минимальна, и в электрическом поле постоянного тока аминокислоты остаются неподвижными. В изо- электрическом состоянии аминокислоты обладают повышенной плотностью, высокой точкой плавления (свыше 200 °С). Растворы аминокислот обладают более высокой диэлектрической постоянной, чем вода, причем максимум значения достигается в ИЭТ. Значение pH в изоэлектрической точке (pi) для моноаминокарбо- новых кислот (кислоты, у которых боковые цепи не имеют функциональных групп, способных к ионизации, иными словами, не содержат амино- и карбоксильных групп) можно определить следующим образом: р! = а + Каг)/2.

Таблица 3.1

Характеристика аминокислот1

Наименование

Сокращения, принятые в литературе

Краткая характеристика химических свойств боковых цепей

рКа

бок.

цепей

Примечание

Глицин*

Gly

G

Выступает в роли простейшего связующего звена в цепи белка

Участвует в синтезе креатина, пиррола, в обезвреживании ряда ядовитых веществ

Аминокислоты с углеводородными боковыми цепями

Аланин*

Ala

A

Служат для гидрофобной стабилизации белка и для формирования центров свя- зывания в ферментах

Валин**

Val

V

Лейцин**

Leu

L

Изолейцин**

lie

1

Имеется еще один хиральный центр

Ароматические аминокислоты

Фенилаланин**

Phe

F

Способен образовывать гидрофобные связи и эффективно связываться с другими плоскими молекулами

Тирозин* (из фенилаланина)

Tyr

0

Способен образовывать гидрофобные связи и эффективно связываться с другими плоскими молекулами

- 10,1

Концентрируется в тканях щитовидной железы

Триптофан**

Trp

W

Способен образовывать гидрофобные связи и эффективно связываться с другими плоскими молекулами

Аминокислоты - спирты

Серин*

Ser

S

-ОН группа имеет очень слабые кислотные свойства

- 13,6

Треонин**

Thr

T

Окончание табл. 3.1

Наименование

Сокращения, принятые в литературе

Краткая характеристика химических свойств боковых цепей

PКо бок. цепей

Примечание

Аминокислоты с кислыми свойствами боковых цепей

Аспарагиновая

кислота*

Asp

D

При нейтральных pH карбоксильные группы диссоциированы

~ 3,9

Играет важную роль в процессах обмена

Глутаминовая

кислота*

Glu

E

4.3-4,7

Аминокислоты с основными свойствами боковых цепей

Лизин**

Lys

К

Гибкая боковая цепь с реакционно- способной аминогруппой на конце

- 10,5

Аргинин**

Arg

R

Гуанидиниевая группа протонирована

-12,5

Arg богаты ядра клеток, а также белки растущих тканей (эмбриональная ткань, опухоли)

Гистидин**

His

H

Основная группа несет положительный заряд и может служить акцептором протона

-6,1

Амиды аспарагиновой и глутаминовой кислот

Аспарагин*

Asn

N

Амидная группа не обладает кислотными свойствами, но полярна и может участвовать в образовании водородных связей

Глутамин*

Gin

Q

Встречается во всех тканях организма в свободном состоянии

Серосодержащие аминокислоты

Метионин**

Met

М

-СН3 в организме участвует в метилировании различных соединений

Цистеин* (из метионина)

Cys

С

Самопроизвольно окисляется в присутствии О2 с образованием «двойной аминокислоты» - цистина

- 10,3

Кератин волос богат этой аминокислотой

Кислота, содержащая имино- вместо аминогруппы

Пролин*

Pro

Боковая цепь замыкается на аминогруппу

* - аминокислоты, синтезируемые организмом.

** - аминокислоты, поступающие в организм только с пищей.

1 Если неизвестно, какая аминокислота стоит в боковой цепи белка - аспарагин или аспарагиновая кислота, ис пользуют обозначение Asx или В. В случае глутамина или глутаминовой кислоты применяется Glx или Z.

Зоны буферного действия у аминокислот очень малы. Значения рКаи рКа2, pi для аминокислот определяют, как правило, методом потенциометрического титрования. На рис. 3.1 представлена типичная кривая титрования аминокислоты.

Кривая титрования аминокислоты

Рис. 3.1. Кривая титрования аминокислоты

Значения рКаи рКа2> рКая, pi для каждой аминокислоты индивидуальны. В табл. 3.2 представлены значения этих параметров для некоторых аминокислот.

Значения pKal, рКа2, рKaR, pi для некоторых аминокислот

Таблица 3.2

Аминокислота

P^i

Р KaR

Pi

Аспарагиновая кислота

1,99

9,90

3,90

3,0

Глутаминовая кислота

2,10

9,47

4,07

3,2

Цистеин

1,92

10,70

8,37

5,1

Тирозин

2,20

9,21

10,46

5,7

Г истидин

1,80

9,33

6,04

7,6

Лизин

2,16

9,06

10,54

9,7

Аргинин

1,82

8,99

12,48

10,8

Аланин

2,35

9,87

6,02

Глутамин

2,17

9,13

Глицин

2,35

9,78

Серин

2,19

9,21

Лейцин

2,33

9,74

Треонин

2,09

9,10

Аспарагин

2,14

8,12

Валин

2,29

9,74

Пролин

1,95

10,64

Из данных, приведенных в табл. 3.2, видно, что буферными свойствами при значениях pH, близких к pH крови и межклеточной жидкости, обладает практически только одна аминокислота - гистидин, так как для нее величина рKaR = 6,04. Это свойство гистидина в организме используется следующим образом: гемоглобин характеризуется высоким содержанием гистидина, что очень важно для создания высокой буферной емкости при pH, близкой к 7, для переноса кислорода и углекислого газа. Зоны буферного действия аминокислот очень малы.

Аминокислоты при значениях pH, отличающихся от значения их pH в ИЭТ (pi), несут суммарный электрический заряд, который в зависимости от pH может быть как положительным, так и отрицательным. При любом значении pH, превышающем значение pi, суммарный заряд молекулы отрицательный, и в электрическом поле она движется в сторону положительного электрода {анода). Соответственно при pH ниже значения pi молекула аминокислоты несет положительный заряд и в электрическом поле движется к катоду. Чем больше значения pH отличаются от значения pi, тем больший суммарный заряд несет молекула и тем выше скорость ее движения к электроду. Данные свойства молекул аминокислот широко используются для их разделения и анализа в смесях, например, методами электрофореза и ионнообменной хроматографии.

Для разделения применяют препаративные методики получения относительно больших количеств чистого материала, который может быть в дальнейшем использован для различных целей.

Для анализа применяют аналитические методики, направленные на контроль качества, определение состава смеси компонентов, определение их заряда и т. п.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>