Химия | Аминқышқылдары

АМИНҚЫШҚЫЛДАРЫ
Молекула құрамында бір немесе бірнеше амин топшалары бар қышқыл туындыларын аминқышкылдары деп атайды.
Аминқышқылдарының молекуласыңда бір немесе бірнеше карбоксил топшалары болуы мүмкін. Соған сәйкес, бір, екі және көп негізді аминқышқылдары болады.
Аминқышқылдарының қалдығынан тіршілікке қажетті белокты заттар құрастырылады, сондықтан олардың маңызы өте үлкен.
Бұл тарауда бір негізді, молекуласында бір амин топшасы бар аминқышқыддары. қарастырылады. Олардың жалпы формуласы:

Изомериясы жөне номенклатурасы
Аминқышкылдарының изомериясын оксид қышқылдардың изомериясына ұксас келеді, яғни оларда амин топшасының жағдай изомериясы және тізбектік изомерия байқалады.
Халықаралық номенклатура бойынша, аминқышылдарын сәйкес карбон кышқылдарының атына амин деген сөзді қосып, амин топшасының орнын цифрмен көрсетіп атайды.
Рационалды номенклатура бойынша, амин топшасынын орнын
грек таңбаларымен ( ) көрсетіп, карбон қышқылының
туындысы түрінде атайды. Көптеген аминқышқыллдары тарихи
номенклатура бойынша да аталады
Осы ғасырдың 20-жылдары швед ғалымы Т.Сведберг белоктардың молекулалық массасын (салмағын) және тазалығын анықтау ушін алғашқы рет ультрацентрифугалау әдісін қолданады. Екінші швед ғалымы А.Тизелиус ұсынған белоктарды электрофорез әдісімен зерттеу бұл саладағы аса уздік табыс болды (1933 ж.)
И.П.Павловтың, әсіресе белоктардың ферменттік табиғатын анықтаған Дж. Самнердің (1926 ж.), Дж. Нортроптың (1930) бағалы жұмыстарынан кейін белоктарды зерттеу кең көлемде қолға алынды. Белоктар биохимиясында Ф. Сенгер ашқан жаңа-лық (1953) дәуірлік құбылыс болды. Ол полипептид тізбегіндегі амин қышқылдарының әрқашанда белгілі бір рет бойынша байланысатынын анықтады.
Белоктық заттар өсімдікте тузіледі. Ол үшін топырақтағы азот қосылыстары пайдаланылады. Ал бұршақ тұқымдас өсімдіктер ауа құрамындағы азотты пайдаланып, белок түзе алады. Жануарлар дүниесі және адам белокты амин қышқылдарынан және басқа да азоты бар органикалық заттардан синтездейді. Олар ондай заттарды өсімдіктерден және басқа өздері қорек үшін пайдаланатын жануарлардан алады.
Белоктардың ең қарапайым кұрамына мынадай элементтер кіреді (% есебімен): көміртегі 50 - 54; оттегі 21,5 - 23,5; сутегі 6,5 - 7,3; азот 150-17,6; күкірт 0,3 -2,5.
Қайсыбір жеке белоктар құрамында темір, фосфор, цинк, кобальт, марганец, молибден, йод, мыс және басқа да элементтер шағын мөлшерде кездеседі.
Белоктар құрамындағы азот мөлшері тұрақты және ол құрғақ массасы бойынша алғанда орта есеппен барлық элементтер-дің 16 проценті мелшерінде.
БЕЛОК КҰРАМЫНА КІРЕТІН АМИНҚЫШҚЫЛДАРЫ
Қышқылдың немесе ферменттің көмегімен гидролиз жасаған кезде белоктардың амин қышқылдарына ажырап, бөлшектенетіні анықталған. Амин қышқылдары дегеніміз әр түрлі белоктардың молекулаларын түзетін мономерлі жеке заттар.
Табиғатта сексеннен астам амин қышқылдары белгілі болып отыр. Олардың жиырмасы ғана белок құрамына кіреді.
Амин қышқылдары - бұлар органикалық қышқылдар. Олардың молекуласында карбоксильдік ( - СООН) топ та, аминдік (-NH2) топ та бар. Амин қышқылдары молекуласында аминдік топ , , жағдайында да және басқа жағдайда да болады. Табиғи белоктардан тек, -амин қышқылы ғана табылған. Ол қышқылда карбоксильдік топтан кейін бірінші көміртегі атомы -тобымен байланысады. -амин қышқылының жалпы формуласын мынадай түрде көрсетуге болады:

R - CH – COOH


мұндағы: R - радикал, бүйірдегі топтарды көрсетеді.
Амин қышқылдарының физикалық-химиялық және биологиялық қасиеттерінің ерекшелігі бүйірлік топтардың құрылымына тәуелді.
Химиялық құрамына және бүйірдегі топтардың құрылымына байланысты амин қышқылдары полярлы (гидрофильді) және полярсыз (гидрофобты) деп жіктеледі немесе оларды бейтарап, қышқылдық және негіздік амин қышқылдары деп бөледі. Қоректік бағалылығына қарай ауыстырылатын және ауыстырылмайтын (адамның және жануарлардың организмінде түзілмейтін) амин қышқылдары деп ажыратады. і
Енді белок кұрамына кіретін амин қышқылдарын класқа бөліп, азықтық бағасын баяндайық және олардың құрылымдық формуласын қарастырайық. Жақша ішінде олардың қысқа атауы берілген. Бұл амин қышқылдарын организм белок синтезі үшін пайдаланады. Олардың формулаларындағы бүйірлік топтар үзік сызықшалармен шаршыланып бөлінген.

ПОЛЯРСЫЗ БЕЙТАРАП АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ
Бұл қышқылдарда органикалық радикалдар бар, ондай радикалдар протондарды қабылдай да, бере де алмайды және сумен әрекеттесе де алмайды (олар - гидрофобтар, суды көрі тебеді). Мұндай қышқылдарға жататындар:
1. Глицин (қысқарған атауы Гли), ауыстырылатын амин қышқылы;
2. Аланин (қысқаша Ала), ауыстырылатын амин қышқылы;
3. Валин (қысқаша Вал), ауыстырылмайтын амин қышқылы;
4. Лейцин (қысқаша Лей), ауыстырылмайтын амин қышқылы;
5. Изолейцин (қысқаша Иле), ауыстырылмайтын амин қышқылы;
6. Метионин (қысқаша Мет), ауыстырылмайтын амин қышқылы, құрамында күкірт және тұрақсыз метил тобы бар.


7. Фенилаланин (қысқаша Фен), ауыстырылмайтын, ароматты амин қышқылы;
8. Пролин (қысқаша Про), ауыстырылатын, бұл амин қышқылы.


ПОЛЯРЛЫ БЕЙТАРАП АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ

Бұл қышқылдардың тобында С - О, О - Н, S - Н, С-N сияқты полярлы байланыстары бар, олар сумен әрекеттесе алады (гидрофильдер - су сүйерлер).
9. Серин (қысқаша Сер), ауыстырылатын амин қышқылы, кұрамында гидроксил - ОН тобы бар;
10. Треонин (қысқаша Тре), ауыстырылмайтын амин қышқылы, құрамында гидроксил — ОН тобы бар;
11. Цистеин (қысқаша Цис), ауыстырылатын амин қышқылы, құрамында сульфгидрилдік - SН тобы бар. Цистеиннің екі молекуласы тотыққан кезде цистин түзіледі, цистиннің құрамында дисульфидтік топ —S—S— бар;
12. Тирозин (қысқаша Тир), ауыстырылатын амин қышқылы, құрамында фенолдық радикал бар;
13. Триптофан (қысқаша Три), ауыстырылмайтын амин қышқылы, құрамында индол сақинасы болады;
14. Аспарагин (қысқаша Асн), ауыстырылатын амин қышқы-лы, құрамында амидтік топ — СОNH2 бар;
15. Глутамин (қысқаша Глн), ауыстырылатын амин қышқылы, құрамында амидтік топ —СОNH2 бар.


ПОЛЯРЛЫ ҚЫШҚЫЛ (ГИДРОФИЛЬДІ) АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ
Мұндай қышқылдардың бүйірлік радикалында карбоксил тобы бар, сол топ бұларға қышқылдық қасиет береді:
Аспарагин қышқылы (қысқаша Асп), ауыстырылатын амин қышқылы, құрамында екінші карбоксил топ — СООН бар.
Глутамин қышқылы (қысқаша Глу), ауыстырылатын амин қышқылы, мұның да құрамында екінші карбоксил тобы — СООН бар.
Амин қышқылдары — түссіз кристалл зат, суда ериді. Глициннен өзге амин қышқылдарының бәрінің құрамында көміртегінің асимметриялық атомы бар. Көміртегінің асимме-триялық атомы әр түрлі төрт химиялық топпен байланысады. Мұндай кезде амин қышқылының екі түрлі пішіні (конфигурациясы) болуы мүмкін, ол екеуі L және D — пішіні деп аталады.
Оларды басқаша стереоизомерлер немесе эвантиомерлер деп те атайды. Осы стереоизомерлердің біреуінің ерітіндісі полярланған жарықты сол жаққа қарай, екіншісінікі - он жаққа қарай бұрады. Мұндай заттар оптикалық активті заттар деп аталады. Белок құрамында сол жаққабүрушы да, оң жаққа бұрушы да амин қышқылдары болады. L— аминқышқылдары мен D — амин қышқылдарының біреуі екіншісінің айнадағы бейнесіндей немесе біздің оң қолымыз бен сол қолымыз сияқты болады. Мұндай амин қышқылдарының құрылым формуласын былай жазу жөнінде өзара келісілген: мұнда карбоксильдік топ көміртегінің асимметриялық атомынан жоғары орналасады (кресшемен бел-гіленген), ал бүйірлік (R) топ одан төмен орналасады; L - амин қышқылында амин тобы сол жағында жазылады да, D — амин қышқылында оң жағында жазылады:


H2N – C - H


L - амин қышқылы D - амин қышқылы

Белоктар құрамына L — амин қышқылдары ғана кіреді. D — амин қышқылдары табиғи белоктардан әлі табылған жоқ және оларды адам мен малдың организмдері сіңіре алмайды. Бұл амин қышқылдары әр түрлі заттар құрамынан бөліп алынғаны белгілі. Сондай-ақ ол адам организмінен бос күйінде бөлінген және клеткалық құрылымдардан да алынған D — амин қышқылдары кейбір антибиотиктер құрамында (грамицинде және басқаларында) кездеседі. Химиялық синтездеу кезінде L — амин қыш-қылы мен D — амин қышқылының қоспасы түзіледі.
Мынадай жағдайды атап өту қажет: амин қышқылдарының стереоизомерлері біртіндеп және өзінен-өзі ферментсіз изомерле-нуге ұшырайды да, осының нәтижесінде L - изомер өзгеріп, D — изомерге айналады. Мысалы, тістің дентин белогындағы L — аспарагин қышқылы адам денесінің температурасы жағдайында өзінен-өзі изомерленіп, D — изомерге айналады. Ондай айналу-дың жылдамдығы жылына 0,10%. Қалыптасу кезінде балалардың тісінде D — аспарагин қышқылы ғана болады. Адамның не-месе жануардың бір тісінен ғана дентин бөліп алыл, ондағы D — аспарагин қышқылының мөлшерін және сол мәліметтің негізінде адамның немесе жануардық жас мөлшерін дәл анықтауға болады (А.Ленинджер, 1985). Дентин белогы адамның немесе жануардың тіршілігі кезінде жаңадан пайда болмайды.

АМИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ҚЫШҚЫЛДЫҚ-НЕГІЗДІК (АМФОТЕРЛІК) ҚАСИЕТТЕРІ
Амин қышқылдарында химиялық қасиеттері біріне-бірі қайшы, функциональдық екі топ бар. Олар сулы ортаның рН жағдайына байланысты қышқылдық та, негіздік те қасиет керсетеді. И.Н.Бренстед (1923 ж.) теориясына сәйкес, осы заманғы түсінік бойынша, өзінің протонын (Н+) бере алатын қосылыстар қышқылдар деп аталады да, протон қосып алатын қосылыстар негіздер деп аталады.
Амнн кышқылдары қышқыл ретінде диссоциацияланған кезде протон бөліп шығарады да анион түзеді:

R—СН—СООН R—СН—СОО + Н+

NH3 NH3
Амин қышқылы Анион

Негіз ретінде иондану кезінде амин қышқылдары протон қосыла алады да, катион түзеді:

R—СН—СООН+H+ R—СН—СООH
I
NH3 NH+3
Амин қышқылы Анион

Қышқылдық та, негіздік те екі қасиеті болатын мұндай қосылыстар амфотерлер (гректің amphil деген сөзінен шыққан, екі жақты деген мағынаны білдіреді) деп аталады, оларды қысқаша амфолиттер (амфотерлік электролиттер деген сөзден шыққан) деп атайды.
Амин қышқылдарының диссоциациялану ерекшелігі ортаның рН мөлшеріне байланысты болады. Сілтілік ортада карбоксил тобы онданады, амин қышқылы қышқылдық қасиет көрсетеді.
Ал қышқыл ортада - керісінше, амин кышқылдары негіздік қасиеттер көрсетеді, амин тобы ионданады, карбоксил топ іс жүзінде диссоциацияланбайды. Бір карбоксил тобы және бір амин тобы бар амин қышқылдарында бейтарап су ерітіндісінде полярлы екі топ та ионданады. Бір амин қышқылының карбоксил тобынан протон бөлініп сол амин қышқылының амин тобына қосылады және қосқабат ион - цвиттер-ион (гибридион) түзеді:

R—СН—СООН+H+ R—СН—СОО-+ R-СН-СОО-
I
NH3 NH2 NH+3

Амин қышқылы цвиттер-ион


АМИНҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ
Құрамындағы карбоксил және амин топтарының реакцияға қатысуы барлық амин қышқылдарына тән қасиет. Амин қышқылдарының амфотерлік ерекшелігі болғандьгқтаң, олар негіздермен де, қышқылдармен де әрекеттесіп тұз түзеді; спирттермен әрекеттесу нәтижесінде күрделі эфирлер түзеді және декарбоксильдену, дезаминдену құбылыстарына ұшырайды. Бұл арада мынадай реакцияларды қарастырмаймыз. ....