Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• W latach 1900-1910 niemiecki chemik Emil Fischer udowodnił, że białka zbudowane są z aminokwasów, które powiązane są w długie łańcuchy zwane łańcuchami polipeptydowymi.
  

• Gdy łączą się dwa aminokwasy, otrzymamy dwupeptyd, gdy trzy - trójpeptyd, gdy więcej - wielopeptyd.

Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• Peptydy zawierające do 10 reszt aminokwasów nazywamy oligopeptydami, gdy zawierają więcej reszt - polipeptydami.
  

• Peptyd powstaje przez połączenie grupy karboksylowej (-COOH) jednego aminokwasu z grupą aminową (-NH2) drugiego aminokwasu z wydzieleniem czasteczki wody.
  

• Przykład - powstawanie dwupeptydu alanino-alanina z alaniny

• wszystkie aminokwasy są kwasami (alfa)-aminokarboksylowymi; w dwóch przypadkach (proliny i hydroksyproliny) grupa aminowa wchodzi w skład pierścienia pirolidynowego.
  

• Ta wspólna cecha wyznacza zbiór wspólnych właściwości chemicznych aminokwasów.

Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• Jedną z tych właściwości jest zdolność do łączenia się w długie łańcuchy poliamidowe, z których składa się białko.
  

• Stwierdzono, że chociaż aminokwasy przedstawia się jako związki o wzorze H₂NCHRCOOH zawierające w cząsteczce grupę aminową i grupę karboksylową, to niektóre ich właściwości zarówno fizyczne jak i chemiczne, nie są zgodne z taką strukturą.

Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• aminokwasy, w przeciwieństwie do amin i kwasów karboksylowych, są nielotnymi krystalicznymi ciałami stałymi, które topią się z rozkładem w dość wysokiej temperaturze

• aminokwasy są nierozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach, takich jak eter naftowy, benzen czy eter dietylowy.

• W wodzie rozpuszczają się dobrze.

• wodne roztwory aminokwasów zachowują się podobnie jak roztwory substancji o dużym momencie dipolowym

Wszystkie te właściwości aminokwasy zawdzięczają istnieniu jonu obojnaczego.

PUNKT IZOELEKTRYCZNY

• Właściwości fizyczne - temperatura topnienia, duży moment dipolowy - są właśnie takie , jakich można oczekiwać w przypadku soli tego typu.
  

• Pod wpływem pola elektrycznego cząsteczki takie nie wędrują do elektrod, czyli zachowują się obojętnie.
  

• Wartość pH, przy której aminokwasy w polu elektrycznym do żadnej z elektrod nie wędrują nazywa się punktem izoelektrycznym albo izojonowym.
  

• Przy dodawaniu jonów wodorowych (kwasu) grupa ujemna przyjmuje protony (jony wodorowe) i ulega rozładowaniu.

PUNKT IZOELEKTRYCZNY

• Cząsteczka zatem przyjmuje ładunek dodatni który zlokalizowany jest przy grupie -NH3+.

• W tej sytuacji odczyn roztworu zmienia się na kwaśny i aminokwas wędruje w polu elektrycznym do katody, podobnie jak czynią to kationy.
  

• Przy dodawaniu jonów wodorotlenowych OH- (z zasady) do roztworu aminokwasu znajdującego się w punkcie izoelektrycznym, ulega dysocjacji proton (jon H+) znajdujący się przy azocie grupy NH3+, który z jonem OH- tworzy cząsteczki wody.

PUNKT IZOELEKTRYCZNY

• Cząsteczka aminokwasu w takiej sytuacji przyjmuje ładunek ujemny i w polu elektrycznym zachowuje się jak anion.
  

• Można przyjąć, że aminokwas w punkcie izoelektrycznym zachowuje się podobnie jak amfoter, ponieważ reaguje zarówno z kwasami jak i zasadami.
  
  

IZOMERIA OPTYCZNA I STRUKTURALNA

• W aminokwasach podobnie jak i w cukrach występuje zjawisko izomerii optycznej i strukturalnej.

• Przez analogię do cukrów należy spodziewać się wśród aminokwasów odmian L i D oraz (+) i (-).
  

• Jest to spowodowane obecnością w cząsteczkach aminokwasów centr chiralnych (z wyjatkiem glicyny).

• Każdy aminokwas z wyjatkiem glicyny może istnieć w tego rodzaju odmianach izomerycznych, różniących się rozmieszczeniem w przestrzeni czterech podstawników związanych z atomem węgla (alfa).
  

IZOMERIA OPTYCZNA I STRUKTURALNA

• Najbardziej zadziwiającym faktem jest to, że tylko jeden z enancjomerów każdego aminokwasu występuje w białkach roślinnych i zwierzęcych i że konfiguracja tego enancjomeru jest taka sama dla wszystkich aminokwasów.

• Tym enancjomerem jest zawsze odmiana L.

• Zatem białka po hydrolizie dają zawsze (alfa)-aminokwasy odmiany L.
  

• Zjawisko to jest tym ciekawsze, że nie udało się dotychczas wyjaśnić, dlaczego organizmy żywe budują wyłącznie cząsteczki (alfa),L-aminokwasów.

Przykład - powstawanie dwupeptydu alanino-alanina z alaniny

Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• Charakterystycznym wiązaniem, które powstaje przy połączeniu się dwóch i więcej ze sobą aminokwasów jest tzw. wiązanie peptydowe (-NH-CO-),

• Po utworzeniu wiązania peptydowego między dwiema cząsteczkami aminokwasów powstaje wolna grupa aminowa (-NH2) oraz karboksylowa (-COOH).

Aminokwasy i ich reakcje chemiczne

• Obie zatem mogą tworzyć dalsze wiązanie peptydowe z innymi aminokwasami.
  

• Dłuższy łańcuch powstaje z połączenia kilku aminokwasów, czyli tzw. polipeptyd,

• Białka należą do związków chemicznych typu makromolekuł, czyli wielkocząsteczkowych.

• Wśród składników żywych organizmów białka należą do substancji, które posiadają decydujące znaczenie dla procesów biochemicznych determinujących zjawiska życiowe.
  

• Ze względu na złożoną i wielopostaciową strukturę molekularną, białka występują w różnych formach oraz wykazują różnorodność właściwości biologicznych.

• Są zasadniczym i ilościowo najobficiej występującym składnikiem komórek.