Аминокислоты строение и функции

Важная и проверенная информация на тему: "аминокислоты строение и функции" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Строение аминокислот

Общие сведения о строении аминокислот

В зависимости от взаимного расположения обеих функциональных групп различают α-, β – и γ-аминокислоты:

CH3-CH(NH2)-COOH (α-аминопропионованя кислота);

Аминокислоты представляют собой твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Они плавятся при высоких температурах с разложением.

Электронное строение аминокислот

В зависимости от строения радикала все аминокислоты можно разделить на алифатические, ароматические (содержат бензольное кольцо) и гетероциклические:

Аланин (2-аминопропановая кислота).

Аспаргиновая кислота (аминобутандиовая кислота).

Цистеин (2-амино-3-меркаптопропановая кислота).

Существует также классификации аминокислот в зависимости от их кислотно-основных свойств:

— нейтральные (равное число амино- и карбоксильных групп);

— кислые (дополнительная карбоксильная группа, как, например в аспаргиновой или глутаминовой кислотах);

— основные (с дополнительной амино-группой, как, наприер в лизине).

В молекулах всех аминокислот, кроме глицина, атом углерода в α-положении содержит четыре различных заместителя, т.е. является асимметрическим. Благодаря центру хиральностиэти аминокислоты могут существовать в виде двух оптически активных энантиомеров. Отнесение аминокислот к D- или L-стереохимическим рядам проводят по стереохимическому стандарту – глицериновому альдегиду (рис. 1): к D-ряду принадлежат соединения, у которых аминогруппа расположена в формуле Фишера справа, и к L-ряду – у которых она слева.

Рис. 1. Проекционные формулы Фишера D- и L-аминокислот.

Типы изомерии аминокислот

Для аминокислот характерно несколько типов изомерии, среди которых:

— изомерия углеродного скелета;

— изомерия положения функциональных групп;

Одной из особенностей аминокислот является возможность взаимодействия их друг с другом. При этом происходит отщепление молекулы воды и образуется продукт, в котором фрагменты молекулы связаны между собой пептидной связью (-CO-NH-). Например,

Полученное соединение называют дипептидом. Вещества, построенные из многих остатков аминокислот, называются полипептидами.

Примеры решения задач

Задание Назовите области применения аминокислот
Ответ Аминокислоты и их производные нашли широкое применение в пищевой, медицинской, микробиологической и химической отраслях промышленности. Аминокислоты входят в состав спортивного питания и комбикорма.
Задание Укажите формулу аминокислоты:
Ответ Аминокислоты – органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильная группа –СООН и аминогруппа – NH2. Такие функциональные группы имеются в составе вещества под буквой (б), следовательно, формуле аминокислоты соответствует вещество (б).

Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.

4.1. Строение, свойства и биологические функции аминокислот.

Аминокислоты — это первичные азотистые вещества растений, которые синтезируются с использованием минерального азота, поступающего главным образом из почвы. В молекулах аминокислот имеются карбоксильные и аминные группировки, соединённые с органическим радикалом алифатической, ароматической или гетероциклической природы. Если аминокислота содержит одну карбоксильную и одну аминную группу, связанную со вторым углеродным атомом ( α-положение), строение такой аминокислоты можно выразить следующей формулой:

Аминокислоты, имеющие одну карбоксильную и одну аминную группу, принято называть моноамuномонокарбоновымu. У боль­шинства из них аминогруппа находится в α-положении по отно­шению к атому углерода карбоксильной группы. Однако известны также некоторые аминокислоты, у которых аминогруппа связана с другими углеродными атомами (_b, γ, d и др., см. табл. 1).

В организмах также синтезируются аминокислоты с двумя кар­боксильными или двумя аминными и другими азотсодержащими группировками. Аминокислоты, содержащие две карбоксильные и одну аминную группы, обычно называют моноамuнодuкaрбоновы.мu, а имеющие две аминные и одну карбоксильную — диаминомоно­карбоновымu. Кроме того, аминокислоты различаются по строению радикала R, который может быть представлен неразветвлённой, а иногда и разветвлённой углеродной цепью, ароматическими и гете­роциклическими производными.

Наряду с аминокислотами важную роль в обмене азотистых веществ играют некоторые иминокислоты (пролин, пипеколиио­вая кислота и др.), содержащие вторичную аминную группировку (═NH). Они близки по физико-химическим свойствам к истинным аминокислотам и выполняют сходные биологические функции.

Важные функции в растительном организме выполняют производные аминокислот – амиды и бетаины, из которых наиболее хорошо изучены аспарагин, глутамин и гликоколбетаин. Аспарагин и глутамин участвуют в построении белковых молекул, являются продуктами обмена многих азотистых веществ. Гликоколбетаин ─ продукт азотного обмена у некоторых растений, служит активным донором метильных групп.

Все аминокислоты, за исключением глицина, содержат асим­метрические атомы углерода и проявляют оптическую активность.

D- и L-формы аминокислот различают по положению водорода и аминогруппы у α-углеродного атома. За эталон сравнения прини­маются конфигурации молекул L- и D-серина. Изомеры аминокис­лот, имеющие расположение в пространстве водорода и амино­группы у α-углеродного атома такое же, как у L-серина, относят L-ряду, а сходное с конфигурацией молекулы D-серина – к D-ряду.

Направление и угол вращения плоскости поляризации света у разных аминокислот и их оптических изомеров зависит от строе­ния радикала R, реакции среды (рН), природы растворителя и раст­ворённых в нём веществ.

Подавляющее большинство природных аминокислот синте­зируется в организмах в виде L-форм, а D-формы аминокислот встречаются редко, чаще всего в клетках микроорганизмов. При химическом синтезе образуется смесь L— и D-изомеров аминокислот.

Ферментные системы растений, человека и животных специ­фически приспособлены катализировать биохимические реакции, происходящие с участием L-изомеров аминокислот, и не способны к превращениям D-изомеров, которые даже могут ингибировать биохимические процессы в организме. В опытах установлено, что только метионин может усваиваться организмами человека и животных как в L-форме, так и D-форме.

Первые аминокислоты были открыты в начале XIX века, а к концу этого века уже были выделены и изучены почти все аминокислоты, входящие в состав белков. В настоящее время известно более 200 аминокислот. Важнейшая биологическая роль аминокислот — пост­роение белковых молекул. Аминокислоты, участвующие в синтезе белков, принято называть протеиногенными, их насчитывается 18. Кроме того, в синтезе белков принимают участие два амида — аспара­гин и глутамин.

После синтеза белковой молекулы в ней могут про­исходить модификации радикалов некоторых аминокислот, поэтому при анализе состава белков, кроме протеиногенных, обнаруживают некоторые другие аминокислоты (оксипролин, оксилизин и др.).

Аминокислоты, не участвующие в синтезе белков, являются важными метаболитами, с участием которых происходит синтез протеиногенных аминокислот, а также всех других азотистых ве­ществ растительного организма: нуклеотидов, амидов, азотистых оснований, алкалоидов, некоторых липидов, многих витаминов, хлорофилла, фитогормонов (ауксинов, цитокининов), некоторых фитонцидов. Строение и биологическая роль важнейших амино­кислот представлены в таблице 1.

Растения и природные формы микроорганизмов способны син­тезировать все необходимые им аминокислоты из других органи­ческих веществ, тогда как организмы человека и животных не спо­собны к синтезу некоторых аминокислот, входящих в состав белков. Эти аминокислоты называют незаменимыми и они должны посту­пать в организм с пищей.

Для взрослого человека незаменимыми являются 8 аминокислот: лизин, триптофан, метионин, треонин, лейцин, валин, изолейцин, фенилаланин. Для детей и некоторых групп животных незаменимыми также являются аргинин, гистидин и цистеин. При недостатке незаменимых аминокислот ослабляется синтез белков, что может быть причиной тяжелых заболеваний. А их недостаток в растительных кормах снижает выход животно­водческой продукции в расчете на единицу массы затраченного корма, в результате чего повышается ее себестоимость.

В целях составления правильного пищевого рациона для каж­дого вида организмов с учетом возрастного и физического состо­яния определены ежедневные нормы потребления незаменимых аминокислот. В среднем для человека они составляют, г: валин–­5,0, лейцин–7,0, изолейцин –4,0, лизин–5,5, триптофан–1,0, треонин–4,0, метионин–3,5, фенилаланин –5,0.

Чаще всего в кормах сельскохозяйственных животных в недоста­точном количестве содержатся такие незаменимые аминокислоты, как лизин, триптофан и метионин. Для балансирования кормов по со­держанию

этих аминокислот разработаны промышленные способы их получения. В связи с тем, что лизин и триптофан усваиваются жи­вотными только в виде Lизомеров, то для производства кормовых препаратов указанных аминокислот применяют микробиологический синтез, при котором реализуется природный механизм образова­ния L-изомеров аминокислот. Поскольку метионин может усваи­ваться животными в виде D- и L-форм, то для его промышленного получения используется менее затратный химический синтез, даю­щий рацемическую смесь оптических изомеров этой аминокислоты.

Содержание свободных аминокислот в растениях зависит от вида органа или ткани, возраста растений, внешних условий и особенно подвержено большим изменениям в зависимости от интенсивности протекания тех биохимических процессов, которые сопряжены с их потреблением (синтез белков, нуклеиновых кислот и других азотис­тых веществ). Концентрация аминокислот повышается при ослабле­нии ростовых процессов, недостатке питательных элементов, избы­точном азотном питании, усилении процессов распада белков при старении растений или прорастании семян.

Концентрации отдельных аминокислот могут возрастать в ре­зультате метаболитных нарушений в организме и под воздействием стрессов. Так, например, при вододефицитном стрессе в клетках растений происходит накопление аминокислоты пролина, а при избыточном аммонийном питании – накопление аспарагина, глутамина и аргинина.

Химическая структура и свойства аминокислот

Строение аминокислот

Аминокислоты – низкомолекулярные органические соединения, состоящие из одной или двух аминогрупп (- $NH_2$) и одной или двух карбоксильных групп (- $COOH$), которые определяют соответственно их щелочные или кислотные свойства.

Этим объясняются амфотерные свойства аминокислот, благодаря чему они выполняют в клетке важную роль буферных соединений.

Аминокислоты — это производные органических карбоновых кислот, у которых один атом водорода в углеродном радикале замещён аминогруппой, расположенной, как правило, рядом с карбоксильной группой.

На данное время установлено строение и функции более 100 природных аминокислот.

$gamma$ – аминомасляная кислота берёт участие в процессах торможения в нервной системе, другие аминокислоты являются предшественниками витаминов, антибиотиков, гормонов, алкалоидов и других биологически активных веществ.

Большинство аминокислот находятся в организме в свободном состоянии, но лишь 20 из них являются структурными элементами белков. Такие аминокислоты называют протеиногенными (которые образуют протеины, то есть белки).

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Все аминокислоты – растворимые в воде кристаллические вещества, не имеющие цвета.

Все они содержат аминогруппу (- $NH_2$), имеющую щелочные свойства, и карбоксильную группу (- $COOH$), имеющую кислотные свойства. Основные аминокислоты содержат более одной аминогруппы, а кислые – больше одной карбоксильной группы.

Аминокислоты соединяются в молекуле белка с помощью пептидной связи, которая возникает между карбоксильной группой одной аминокислоты и аминогруппой другой с выделением молекулы воды.

При соединении большого количества аминокислот образуется полипептид. Белковая молекула может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей.

Аминокислоты отличаются по строению боковых цепей, которые отмечаются буквой $R$ (радикал). Общая формула всех аминокислот:

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Благодаря наличию радикалов аминокислоты могут вступать в разнообразные химические реакции, в том числе и после того, как они войдут в состав белковой молекулы. В связи с этим белкам присуща высокая реакционная способность.

Значение аминокислот

У растений все необходимые аминокислоты синтезируются из углекислого газа, воды и аммиака.

Человек и много других животных потеряли способность синтезировать некоторые протеиногенные аминокислоты, которые незаменимыми в питании. Они обязательно должны получать эти аминокислоты с пищей. К ним относятся лейцин, изолейцин, лизин, треонин, валин, фенилаланин, аланин, триптофан, метионин, гистидин.

Недостаточное содержание аминокислот в рационе животных и в пище человека приводит к нарушению синтеза белков, замедлению развития и роста организма, возникновению различных заболеваний.

Эти аминокислоты в промышленном масштабе путём химического (метионин) или микробиологического синтеза. При введении в рацион 0,2 – 0,5% таких незаменимых аминокислот как лизин, триптофан, треонин и метионин, повышает продуктивность домашних животных и сокращает траты кормового белка более чем на 25%.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Аминокислоты — номенклатура, получение, химические свойства. Белки

Строение аминокислот

Аминокислоты — гетерофункциональные соеди­нения, которые обязательно содержат две функцио­нальные группы: аминогруппу — NH2 и карбоксиль­ную группу —СООН, связанные с углеводородным радикалом.Общую формулу простей­ших аминокислот можно за­писать так:

Так как аминокислоты со­держат две различные функ­циональные группы, которые оказывают влияние друг на друга, характерные реакции отличают­ся от характерных реакций карбоновых кислот и аминов.

Свойства аминокислот

Аминогруппа — NH2 определяет основные свой­ства аминокислот, т. к. способна присоединять к себе катион водорода по донорно-акцепторному механизму за счет наличия свободной электронной пары у атома азота.

Группа —СООН (карбоксильная группа) опреде­ляет кислотные свойства этих соединений. Следовательно, аминокислоты — это амфотерные орга­нические соединения. Со щелочами они реагируют как кислоты:

С сильными кислотами- как основания-амины:

Кроме того, аминогруппа в аминокислоте всту­пает во взаимодействие с входящей в ее состав кар­боксильной группой, образуя внутреннюю соль:

Ионизация молекул аминокислот зависит от кислотного или щелочного характера среды:

Так как аминокислоты в водных растворах ве­дут себя как типичные амфотерные соединения, то в живых организмах они играют роль буферных веществ, поддерживающих определенную концен­трацию ионов водорода.

Аминокислоты представляют собой бесцветные кристаллические вещества, плавящиеся с разло­жением при температуре выше 200 °С. Они растворимы в воде и нерастворимы в эфире. В зависи­мости от радикала R— они могут быть сладкими, горькими или безвкусными.

Аминокислоты подразделяют на природные (обнаруженные в живых организмах) и синтети­ческие. Среди природных аминокислот (около 150) выделяют протеиногенные аминокислоты (около 20), которые входят в состав белков. Они представляют собой L-формы. Примерно полови­на из этих аминокислот относятся к незамени­мым, т. к. они не синтезируются в организме че­ловека. Незаменимыми являются такие кислоты, как валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, ли­зин, треонин, цистеин, мети­онин, гистидин, триптофан. В организм человека данные вещества поступают с пи­щей. Если их количество в пище будет недостаточ­ным, нормальное развитие и функционирование орга­низма человека нарушаются. При отдельных заболеваниях организм не в состоянии син­тезировать и некоторые другие аминокислоты. Так, при фенилкетонурии не синтезируется тирозин. Важнейшим свойством аминокислот является способность вступать в молекулярную конденса­цию с выделением воды и образованием амидной группировки —NH—СО—, например:

Получаемые в результате такой реакции высокомолекулярные соединения содержат большое число амидных фрагментов и поэтому получили название полимамидов.

К ним, кроме названного выше синтетического волок­на капрона, относят, напри­мер, и энант, образующийся при поликонденсации аминоэнантовой кислоты. Для получения синтетических во­локон пригодны аминокис­лоты с расположением амино- и карбоксильной групп на концах молекул.

Полиамиды альфа-аминокислот называются пепти­дами. В зависимости от числа остатков аминокислот различают дипептиды, трипептиды, полипепти­ды. В таких соединениях группы —NH—СО— на­зывают пептидными.

Изомерия и номенклатура аминокислот

Изомерия аминокислот определяется различ­ным строением углеродной цепи и положением аминогруппы, например:

Широко распространены также названия ами­нокислот, в которых положение аминогруппы обо­значается буквами греческого алфавита: α, β, у и т. д. Так, 2-аминобутановую кислоту можно на­звать также α-аминокислотой:

Способы получения аминокислот

В биосинтезе белка в живых организмах уча­ствуют 20 аминокислот.

Аминокислоты строение и функции

В таблице представлены важнейшие — аминокислоты, входящие в состав белков.

Таблица. Важнейшие α — аминокислоты

Сокращенное (трехбуквенное) название
аминокислотного остатка в
макромолекулах пептидов и белков.

1. Понятие об аминокислотах, классификация аминокислот

Аминокислоты – гетерофункциональные соединения, содержащие две функциональные группы: аминогруппу ─NH2 и карбоксильную группу ─ COOH, связанные с углеводородным радикалом.

Общая формула аминокислот:

(H2N)m─ R─ (COOH)n, где m и n – чаще всего равны 1 или 2

1. По числу функциональных групп

— моноаминомонокарбоновые m=1, n=1

— диаминомонокарбоновые m=2, n=1

— моноаминодикарбоновые m=1, n =2

2. По положению аминогруппы

СН3─СН2─СН─СООН α-аминомасляная (2-аминобутановая) кислота

СН3─СН ─СН2─СООН β-аминомасляная (3-аминобутановая) кислота

NH2─СН2─СН2 ─СН2─СООН γ-аминомасляная кислота (4-аминобутановая) кислота

[1]

3. аминокислоты организма Остатки около 20 различных α-аминокислот входят в состав белков

заменимые (синтезируемые в организме человека)

глицин (аминоуксусная кислота)

аланин (α-аминопропионовая кислота, 2-аминопропановая кислота)

серин (α-амино-β-гидроксипропионовая кислота, 2-амино-3-гидроксипропановая кислота)

цистеин (α-амино-β-меркаптопропионовая кислота, 2-амино-3-меркаптопропановая кислота)

аспарагиновая кислота (аминоянтарная кислота, аминобутандиовая кислота)

незаменимые (не синтезируются в организме человека, поступают с пищей)

фенилаланин (α-амино-β-фенилпропионовая кислота, 2-амино-3-фенилпропановая кислота)

Лизин (α, ε- диаминокапроновая кислота, 2,6-диаминогексановая кислота)

2. Физические и химические свойства аминокислот. Способы их получения

Физические свойства аминокислот

Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, температура плавления 230-300 0 , многие аминокислоты имеют сладкий вкус

Химические свойства аминокислот

1. Аминогруппа ─NH2 определяет основные свойства аминокислот, т.к. способна присоединять к себе катион водорода по донорно-акцепторному механизму за счет наличия неподеленной электронной пары у атома азота.

2. Карбоксильная группа ─ COOH определяет кислотные свойства.

Следовательно, аминокислоты — это амфотерные соединения.

3. Кроме того, аминогруппа в аминокислоте вступает во взаимодействие с входящей в её состав карбоксильной группой, образуя внутреннюю соль:

H2N─CH─COOH ↔ H3N + ─СН─СОО — (биполярный ион, цвиттер-ион)

Водные растворы моноаминомонокарбоновых кислот нейтральны, рН=7; водные растворы монодиаминокарбоновых кислот имеют рН 7.

4. Взаимодействие аминокислот друг с другом — образование пептидов

Любой дипептид имеет свободные амино- и карбоксильную группу и поэтому может взаимодействовать с ещё одной молекулой аминокислоты, образуя трипептид и т.д.

Общая формула пептидов:

Пептиды, содержащие до 10 аминокислотных остатков, называются олигопептиды; полипептиды содержат боле десяти аминокислотных остатков.

Реакция образования пептидов относится к реакциям поликонденсации.

Понравился сайт? Расскажи друзьям!
Видео (кликните для воспроизведения).

Поликонденсация – реакция образования высокомолекулярных соединений, сопровождающаяся выделением побочных низкомолекулярных продуктов (H2O NH3 и др.)

1. через галогенпроизводные карбоновых кислот

Аминокислоты

Аминокислоты — это класс органических соединений, имеющих амфотерные свойства, поскольку в их молекулах содержатся карбоксильные (–СООН) и аминные (-NH2) группы. Аминокислоты способны реагировать между собой, образуя полипептидные цепи, которые являются основой белков.

Реакция диссоциации аминокислоты глицина

Молекулы аминокислот, в отличие от биологических молекул — жиров и углеводов, — непременно содержат азот. Аминокислоты — это группа карбоновых кислот, в состав которых входят одна или несколько аминогрупп (-NH2), придающие им еще и щелочные свойства. Таким образом, это амфотерные (греч. амфотерос — оба) соединения, реагирующие как со щелочами, так и с кислотами.

Растворения аминокислот в воде обусловлено их диссоциацией, в результате чего в растворе карбоксильная группа отдает атом водорода, получая отрицательный заряд, а аминогруппа присоединяет атом водорода и получает положительный заряд.

Ключевые аминокислоты

Ключевыми считают 20 аминокислот, различающихся строением боковых цепей, которых в химии называют радикалами. В составе простейшей аминокислоты — глицина — боковую цепь заменяет атом водорода. В сложнее организованной кислоте — аланине — боковой цепью является уже метильная группа (СН3).

Дальнейшее разнообразие аминокислот обусловлено усложнением боковой цепи. Она может состоять из углеводородной цепи, спиртового остатка, соединений серы, дополнительной карбоксильной или аминогруппы и даже довольно сложных органических соединений, карбоновая цепь которых имеет форму кольца. В зависимости от структуры боковых цепей аминокислоты имеют различные химические и физические свойства. Аминокислоты могут быть неполярными, полярными, иметь кислотные или щелочные свойства.

Незаменимые аминокислоты

Растения способны синтезировать все 20 необходимых для жизни аминокислот, используя для этого только остатки карбоновой и азотной кислот и солнечную энергию. Животные также могут образовывать аминокислоты из простых молекул, однако не способны синтезировать так называемые незаменимые аминокислоты. Эти аминокислоты не играется какой-то особой роли, отличной от других аминокислот, и не имеют слишком сложного строения. Каждому виду животных присущ определенный набор незаменимых аминокислот. В организме человека не синтезируются восемь аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин. Незаменимые аминокислоты должны поступать в организм животных и человека с пищей.

Пептидная связь и пептиды

Аминокислоты способны реагировать между собой — карбоксильная группа одной аминокислоты вступает в реакцию с аминогруппой другой. Во время реакции образуется молекула воды, а валентности, которые высвободились, участвуют в связях между аминокислотами.

Ковалентная связь аминогруппы с карбоксильной (-NH-CO-) получила название пептидной связи. Она присуща только аминокислотам. Вещества, состоящие из остатков двух-восьми аминокислот, называются пептидами, а вещества, состоящие из остатков десяти-шестидесяти аминокислот — полипептидами.

Функции аминокислот

Аминокислоты выполняют прежде всего структурную функцию, поскольку являются звеньями, из которых строятся белки. Кроме того, им присущи другие важные функции.

Отдельные пептиды и аминокислоты является основой не только для белков, но и для других веществ. Например, неотъемлемым компонентом меланина — пигмента кожи и волос человека — является аминокислота тирозин. Также на основе этой аминокислоты образуется гормон щитовидной железы тироксин.

Аминокислоты, которые поступают в организм животного с пищей, могут быть и источником энергии. Аминокислоты окисляются до CO2 и H2O и простых азотсодержащих соединений, при этом высвобождается 17,6 кДж энергии с 1 г аминокислоты.

Благодаря своим амфотерными свойствам аминокислоты обеспечивают постоянное рН содержимого клетки.

Аминокислоты строение и функции

Среди азотсодержащих органических веществ имеются соединения с двойственной функцией. Особенно важными из них являются аминокислоты.

В клетках и тканях живых организмов встречается около 300 различных аминокислот, но только 20 ( α-аминокислоты ) из них служат звеньями (мономерами), из которых построены пептиды и белки всех организмов (поэтому их называют белковыми аминокислотами). Последовательность расположения этих аминокислот в белках закодирована в последовательности нуклеотидов соответствующих генов. Остальные аминокислоты встречаются как в виде свободных молекул, так и в связанном виде. Многие из аминокислот встречаются лишь в определенных организмах, а есть и такие, которые обнаруживаются только в одном из великого множества описанных организмов. Большинство микроорганизмов и растения синтезируют необходимые им аминокислоты; животные и человек не способны к образованию так называемых незаменимых аминокислот, получаемых с пищей. Аминокислоты участвуют в обмене белков и углеводов, в образовании важных для организмов соединений (например, пуриновых и пиримидиновых оснований, являющихся неотъемлемой частью нуклеиновых кислот), входят в состав гормонов, витаминов, алкалоидов, пигментов, токсинов, антибиотиков и т. д.; некоторые аминокислоты служат посредниками при передаче нервных импульсов.

Аминокислоты

Читайте так же:  Л карнитин для чего он нужен

— органические амфотерные соединения, в состав которых входят карбоксильные группы – СООН и аминогруппы -NH 2 .

Аминокислоты

можно рассматривать как карбоновые кислоты, в молекулах которых атом водорода в радикале замещен аминогруппой.

1. В зависимости от взаимного расположения амино- и карбоксильной групп аминокислоты подразделяют на α-, β-, γ-, δ-, ε- и т. д.

2. В зависимости от количества функциональных групп различают кислые, нейтральные и основные.

3. По характеру углеводородного радикала различают алифатические (жирные), ароматические, серосодержащие и гетероциклические аминокислоты. Приведенные выше аминокислоты относятся к жирному ряду.

Примером ароматической аминокислоты может служить пара -аминобензойная кислота:

Примером гетероциклической аминокислоты может служить триптофан – незаменимая α- аминокислота

По систематической номенклатуре названия аминокислот образуются из названий соответствующих кислот прибавлением приставки амино- и указанием места расположения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе. Нумерация углеродной цепи с атома углерода карбоксильной группы.

Часто используется также другой способ построения названий аминокислот, согласно которому к тривиальному названию карбоновой кислоты добавляется приставка амино- с указанием положения аминогруппы буквой греческого алфавита.

Для α-аминокислот R-CH(NH2)COOH

, которые играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности животных и растений, применяются тривиальные названия.

Биологическая роль аминокислот

Общая характеристика белков и аминокислот.

Строение, классификация и свойства аминокислот

Белки

– это высокомолекулярные азотсодержащие органические соеди-нения, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Иными словами белки – это полимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Белки построены из сотен или тысяч аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями. Разнообразие существующих в природе белков зависит от особенностей аминокислотного состава, количества аминокислотных остатков и порядка их сочетания.

Общая характеристика аминокислот

Всего в природе обнаружено около 300 аминокислот. По способности входить в состав белков аминокислоты бывают:

Читайте так же:  Что означает повышенный креатин в крови

1) Протеиногенные (протеин – белок; генезис – дающий, рождающий). Количество белковых, или протеиногенных аминокислот, составляет относительно невелико: в живых организмах имеется 20 основных протеиногенных аминокислот. Помимо стандартных 20 аминокислот, в белках встречаются и модифицированные аминокислоты, которые являются производными обычных аминокислот.

2) Непротеиногенные (в состав белков не входят); бывают α, β и γ.

· β-аланин (входит в состав витаминов В3);

· γ-аминомасляная кислота (участвует в передаче нервного импульса; участвует в цикле обезвреживания аммиака).

В виде очищенных препаратов белковые (протеиногенные) аминокислоты представляют собой белые кристаллические вещества: сладкие, горькие или не имеющие вкуса.

Все белковые аминокислоты являются α-аминокислотами с характерной общей структурной особенностью: наличием карбоксильной и аминной групп, связанных с атомом углерода в α-положении.

Помимо карбоксильной и аминогрупп, каждая аминокислота имеет радикал, который у разных аминокислот неодинаков по структуре, электрическому заряду и растворимости.

2. Классификация протеиногенных аминокислот

Существует несколько классификаций протеиногенных аминокислот, в основу которых положены разные критерии. Рассмотрим лишь некоторые из них:

1. Классификация по электрохимической природе радикала (R):

а) неполярные аминокислоты (их 8) – гидрофобные (нерастворимые в воде): аланин (ала); валин (вал); лейцин (лей); изолейцин (иле); пролин (про); фенилаланин (фен); триптофан (три); метионин (мет);

б) полярные аминокислоты (их 12) – растворяются в воде; в свою очередь они делятся на:

— незаряженные (их 7): глицин (гли); серин (сер); треонин (тре); цистеин (цис); тирозин (тир); аспарагин (асп); глутамин (глн);

— заряженные отрицательно (их 2): аспарагиновая кислота (асп); глутаминовая кислота (глу);

— заряженные положительно (их 3): лизин (лиз); гистидин (гис); аргинин (арг).

2. Классификация по способности синтезироваться в организме человека и животных:

а) незаменимые (не синтезируются в организме, поэтому должны поступать с пищей, их 8): валин, лейцин, изолейцин, триптофан, фенилаланин, метионин, треонин, лизин);

Читайте так же:  Крем сени с аргинином

б) заменимые (синтезируются в организме) – их 12.

Биологическая роль аминокислот

Помимо того, что аминокислоты являются структурными блоками белков, они используются в живых организмах для синтеза разнообразных веществ. Разные аминокислоты (как протеиногенные, так и непротеиногенные) являются предшественниками пептидов, азотистых оснований, гормонов, витаминов, нейромедиаторов, алкалоидов и других важнейших соединений. Так, например, из триптофана синтезируются витамин РР (никотиновая кислота) и серотонин, из тирозина – такие важные гормоны, как адреналин, норадреналин, тироксин. Из аминокислоты валин образуется витамин В3 (пантотеновая кислота). Аминокислота пролин является соединением, защищающим живые клетки от многих стрессов (в том числе, окислительного).

4. Уровни организации белковых молекул

Существует 4 уровня организации белковых молекул:

Первичная структура белка представляет собой полипептидную цепь, состоящую из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями: кетоформа енольная форма

Пептидная связь характеризуется следующими свойствами:

1) атомы О и Н пептидной связи имеют трансориентацию;

2) четыре атома пептидной связи лежат в одной плоскости, т.е. для пептидной связи характерна компланарность;

3) пептидная связь в молекуле белка проявляет кето-енольную таутомеризацию;

4) длина C-N-связи, равная 0,13 нм, имеет промежуточное значение между длиной двойной ковалентной связи (0,12 нм) и одинарной ковалентной связи (0,15 нм), из чего следует, что вращение вокруг осиC-Nзатруднено;

5) пептидная связь прочнее обычной ковалентной, т.к. она является полуторной (из-за перераспределения электронной плотности).

Для каждого индивидуального белка последовательность аминокислот в полипептидной цепи является уникальной. Она определяется генетически и в свою очередь определяет более высокие уровни организации данного белка.

Аминокислотный остаток, находящийся на том конце цепи, где имеется свободная аминогруппа, называется аминоконцевым, или N-концевым, а остаток на другом конце, несущем свободную карбоксильную группу, -карбоксиконцевым, или С-концевым. Название полипептида начинается сN-конца.

Читайте так же:  Л карнитин ацетил витамин

Вторичная структура белка представляет собой способ укладки полипептидной цепи в упорядоченную форму за счет системы водородных связей. Полипептидная цепь самопроизвольно скручивается и приобретает более энергетически выгодную форму. Вторичная структура белков имеет две основные разновидности:

1) α–спираль(как правило, правозакрученная); стабилизируется между кислородом карбонильной группой и водородом аминогруппы.

Между Н и О образуется водородная связь. Она слабая, но поскольку этих связей много, то эта структура устойчивая. Каждая пептидная группа участвует в образовании 2-х водородных связей.

Гидрофильные радикалы Rоказываются наружу, а гидрофобные радикалыR 1 находятся внутри спирали (прячутся внутрь от растворителя).

2) β – складчатый слой. При образовании этой структуры несколько полипептидных цепей, не сворачиваясь в α-спираль, связываются межцепочечными водородными связями. Например, такой структурой обладают β-кератины (входят в состав шелка). β-складчатая структура возникает между смежными полипептидными цепями. Складчатые листы могут быть образованы параллельными (N-концы направлены в одну сторону) и антипараллельными полипептидными цепями (N-концы направлены в разные стороны).

При взаимодействии между собой вторичных структур может образовываться сверхвторичная структура (суперспираль). Например, суперспирализованная α-спираль встречается в фибриллярных белках.

Третичная структура белков представляет собой глобулу и характерна для глобулярных белков. На третичном уровне организации возникает активный центр и белок приобретает функциональную активность.

Связи, стабилизирующие третичную структуру:

1) дисульфидная (возникает между радикалами цистеина; эта связь прочная, но способна легко восстанавливаться);

2) ионная (образуется между заряженными радикалами аминокислот);

3) водородная (возникает между радикалами полярных аминокислот);

4) изопептидная (образуется между карбоксильной и аминогруппой радикала);

5) гидрофобное взаимодействие (между гидрофобными аминокислотами).

У глобулы полярные радикалы в гидратированном состоянии находятся снаружи, гидрофобные радикалы внутри.

В пределах глобулы часто выделяют домены – участки полипептидной цепи, которые самостоятельно от других участков той же цепи образуют структуру, во многом напоминающую глобулярный белок. В пределах одной полипептидной цепи может встречаться несколько доменов.

Читайте так же:  Для чего нужен протеин

Четвертичная структура характерна только для олигомерных белков (олигомерные белки – белки, состоящие из нескольких полипептидных цепей).

Протомер – полипептидная цепь в составе олигомерного белка.

Четвертичная структура – характерный способ расположения протомеров олигомерного белка. Активный центр возникает при объединении протомеров.

К примеру, четвертичной структурой обладает гемоглобин – белок крови, содержащийся в эритроцитах (переносит кислород); его молекула имеет 2α- и 2 β-протомера.

Биологический смысл образования четвертичной структуры

1) Экономия биологического материала (ДНК, РНК).

2) Сведение к минимуму ошибок синтеза.

(пример: допустим, в белке 100 тыс. аминокислот; а вероятность ошибки – 1 аминокислота на 100 тыс. аминокислот, тогда весь белок будет неактивен).

3) Существование четвертичной структуры позволяет регулировать активность ферментов.

Ферменты–специфические белки, выполняющие функции катализаторов: А →В (допустим, что продукт реакции В накапливается). Тогда он связывается с ферментом и изменяет взаимодействие протомеров; в результате этого белок теряет функциональную активность и реакция прекращается.

Таким образом, молекулы белков характеризуются определенной конформацией – пространственной структурой молекулы.

Нативная конформация – структура молекулы, в которой молекула существует в организме и функционирует (эта структура наиболее энергетически выгодна и стабильна).

Поскольку все уровни организации белковой молекулы определяются последовательностью аминокислот на первичном уровне, то полипептидная цепь способна восстанавливать нативную конформацию.

Классификация белков

До сих пор не существует единой, строго научной классификации белков, с помощью которой можно было бы их систематизировать. Поэтому используется несколько разных классификаций.

По составубелки делят на:

· Простые – белки, состоящие только из аминокислот и при гидролизе распадающиеся соответственно только на аминокислоты. По характеру растворимости эти белки можно разделить на следующие группы:

1. Альбумины – белки, растворимые в воде. Альбумины легко высаливаются из водных растворов с помощью солей. Они широко распространены в органах и тканях животных и растений.

2. Глобулины – нерастворимы в чистой воде, но растворяются в слабых водных растворах различных солей. Обычно в качестве растворителя используют 10%-ный NaС1 или КCl. Глобулины встречаются как в животных, так и в растениях, однако особенно много их в белках семян бобовых.

3. Глютелины – белки растительного происхождения, растворимые в растворах щелочей, так как содержат большое количество дикарбоновых аминокислот (глутамат, аспартат). Глютелины содержатся в семенах злаков, у которых они (совместно с проламинами) составляют основную массу клейковины, а также в зеленых частях растений.

4. Проламины – белки растительного происхождения, растворимые в 50-70%-ном растворе этилового спирта. Содержат 20-25% глутамата и 10-15% пролина (отсюда название). Проламины встречаются исключительно в семенах злаков, у которых они (совместно с глютелинами) составляют основную массу клейковины.

· Сложные – кроме белковой части, содержат небелковую группу.

1. Липопротеины (в своем составе содержат липиды).

2. Металлопротеины (содержат металлы, к примеру, многие ферменты).

3. Нуклеопротеины (содержат нуклеотиды).

4. Гликопротеины (содержат углеводы).

Липо- и гликопротеиды входят в состав мембран клеток.

По конформациибелки делят на:

1. Фибриллярные – состоят из параллельно расположенных полипептидных цепей, которые образуют волокна–фибриллы. Очень прочные, нерастворимые в воде. Выполняют структурную функцию (соединение тканей животных). Примеры: коллаген (кости), α-кератины (волосы, ногти).

2. Глобулярные – имеют форму глобулы, растворимы в воде. Выполняют динамическую функцию (движение веществ). Примеры- ферменты, гормоны, антитела, транспортные белки.

3. Промежуточные белки – имеют форму фибриллы, но растворимы в воде. К примеру, миозин, фибриноген.

По количеству полипептидных цепей белки делят на:

1. Мономерные (состоят из одной полипептидной цепи).

2. Олигомерные (состоят из нескольких полипептидных цепей).

По пищевой ценности белки делят на:

[3]

1. Сбалансированные (полноценные); содержат все незаменимые кислоты в нужных человеку пропорциях. К ним относятся белки животного происхождения (мясо, рыба, молоко).

2. Несбалансированные; незаменимые аминокислоты отсутствуют, либо их очень мало. К ним относятся белки растительного происхождения (за исключением сои, амаранта).

По выполняемым функциям белки делят на:

1. Ферментативные (каталитически активные; только белки способны выполнять эту функцию).

2. Структурные (входят в состав клеточных мембран).

3. Строительные (например, коллаген, который входит в состав костного вещества; кератин, который входит в состав ногтей и волос).

4. Транспортные (транспортируют различные вещества, например, белок гемоглобин переносит кислород).

5. Защитные (например, такие белки, как антитела, обеспечивают защиту от инфекций).

6. Регуляторные (например, гормоны – регулируют обмен веществ).

7. Запасающие, или резервные (белки семян, яиц).

8. Сократительные (такие белки мышечных волокон как актин и миозин).

[2]

Видео (кликните для воспроизведения).

Кроме того, белки, а точнее, образующиеся при их гидролизе аминокислоты, при полном расщеплении способны давать некоторое количество энергии. Однако энергетическая функция не является основной для белков и аминокислот.

Источники


  1. История физической культуры и спорта / ред. В.В. Столбов. — М.: Физкультура и спорт, 2014. — 359 c.

  2. Вохет, Ллусия Тереса Не забудь! Тренировка памяти / Вохет Ллусия Тереса. — М.: АСТ, 2007. — 205 c.

  3. Динейка Движение, дыхание, психофизическая тренировка / Динейка, Каролис. — М.: Мн: Полымя; Издание 2-е, 1982. — 143 c.
Аминокислоты строение и функции
Оценка 5 проголосовавших: 1