1.1 Строение и общие свойства аминокислот

Основной структурной единицей белков являются -аминокислоты. В природе встречается примерно 300 аминокислот. В составе белков найдено 20 различных -аминокислот (одна из них - пролин, является не амино-, а иминокислотой). Все другие аминокислоты существуют в свободном состоянии или в составе коротких пептидов, или комплексов с другими органическими веществами.

-Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у -углеродного атома замещен на аминогруппу (-NН₂), например:

Различаются аминокислоты по строению и свойствам радикала R. Радикал может представлять остатки жирных кислот, ароматические кольца, гетероциклы. Благодаря этому каждая аминокислота наделена специфическими свойствами, определяющими химические, физические свойства и физиологические функции белков в организме.

Именно благодаря радикалам аминокислот, белки обладают рядом уникальных функций, не свойственных другим биополимером, и обладают химической индивидуальностью.

Значительно реже в живых организмах встречаются аминокислоты с - или -положением аминогруппы, например:

В молекулах всех природных аминокислот ( за исключением глицина) у -углеродного атома все четыре валентные связи заняты различными заместителями, такой атом углерода является асимметрическим, и получил название хирального атома. Вследствие этого растворы аминокислот обладают оптической активностью - вращают плоскость плоскополяризованного света. Причем, при прохождении через них поляризованного луча происходит поворот плоскости поляризации либо в право (+), либо влево (-). По расположению атомов и атомных группировок в пространстве относительно асимметрического атома различают L- и D-стереоизомеры аминокислот. Знак и величина оптического вращения зависят от природы боковой цепи аминокислот (R-группы).

Число возможных стереоизомеров ровно 2ⁿ, где n - число асимметрических атомов углерода. У глицина n = 0, у треонина n = 2. Все остальные 17 белковых аминокислот содержат по одному асимметрическому атому углерода, они могут существовать в виде двух оптических изомеров.

В качестве стандарта при определении L и D-конфигураций аминокислот используется конфигурация стереоизомеров глицеринового альдегида.

Расположение в проекционной формуле Фишера NH₂-группы слева соответствуют L-конфигурации, а справа - D-конфигурации.

Следует отметить, что буквы L и D означают принадлежность того или иного вещества по своей стереохимической конфигурации к L или D ряду, независимо от направленности вращения.

В составе белков обнаруживаются только L-изомеры аминокислот. D-формы аминокислот в природе встречаются редко и обнаружены лишь в составе белков клеточной стенки (гликопротеинов) некоторых бактерий и в пептидных антибиотиках (грамицидин, актиномицин и т.д.). L-формы хорошо усваиваются растениями и животными и легко включаются в обменные процессы. D-формы не ассимилируются этими организмами, а иногда даже ингибируют процессы обмена. Это объясняется тем, что ферментативные системы организмов специфически приспособлены к L формам аминокислот.

L и D формы аминокислот оказывают различное физиологическое воздействие на организм человека - различаются по вкусу: D-изомеры сладкие, L-формы горькие или безвкусные.

Взаимопревращение D и L-энатиомеров называется рацемизацией. Превращение D L - это один из метаболических процессов в живых организмах, причем равновесие этого метаболического процесса сильно смещено в сторону образования L-формы. Когда метаболические процессы после смерти организма прекращаются, процесс D L продолжается самопроизвольно с очень малой скоростью, переводя для каждой аминокислоты к соотношению D/L-энантиомеров, характерному для неметаболического равновесия. Для достижения такого равновесия могут потребоваться десятки тысяч лет. Новый метод определения геологического возраста образца основан на измерении соотношения D/L-энантиомеров аспарагиновой кислоты в образцах окаменелых костей. Результаты, полученные методом D /L-датирования, хорошо дополняют другие данные, полученные, например, радиоуглеродным методом.

Кроме 20 стандартных аминокислот встречающихся почти во всех белках, существуют еще нестандартные аминокислоты, являющиеся компонентами лишь некоторых типов белков - эти аминокислоты называют еще модифицированными. Около 150 из них уже выделены. Эти аминокислоты образуются после завершения синтеза белка в рибосоме клеток путем посттрансляционной химической модификации.

Один из примеров особенно важной модификации - окисление двух-SН-групп цистеиновых остатков с образованием аминокислоты цистина, содержащей дисульфидную связь. Так же легко происходит и обратный переход.

Таким путем образуется одна из важнейших окислительно-востановительных систем живых организмов. В больших количествах цистин содержится в белках злаковых - клейковине, в белках волос, рогов.

Другие примеры аминокислотной модификации-гидроксипролин и гидроксилизин, которые входят в состав коллагена-основного белка соединительной ткани животных.

В состав белка протромбина (белок свертывания крови) входит -карбоксиглутаминовая кислота, а в ферменте глутатионпероксидазе открыт селеноцистеин, в котором ( S ) сера заменена на ( Se ) селен.