Аминокислоты: строение и кислотно-основные свойства
Двадцать аминокислот
Все белки мира построены из одного набора кирпичиков. Общая у них — одна и та же «голова» \(\ce{H2N-CH-COOH}\), различие — только в боковой цепи.
Как узнать аминокислоту
- Общая часть — \(\ce{H2N-CH(R)-COOH}\), различие — боковая цепь R.
- Группы по R: неполярные (Gly — H, Ala — \(\ce{CH3}\), Val, Leu, Ile, Pro — цикл с азотом, Phe, Trp, Met), полярные незаряженные (Ser, Thr — OH; Cys — SH; Tyr — фенол; Asn, Gln — амиды), кислые (Asp, Glu — COOH), основные (Lys — \(\ce{NH2}\), Arg — гуанидин, His — имидазол).
- Конфигурация: все, кроме глицина, — L; в проекции Фишера (COOH сверху, R снизу) группа \(\ce{NH2}\) слева. По CIP — (S), кроме цистеина (R).
- У изолейцина и треонина второй стереоцентр: (2S,3S) и (2S,3R).
Примеры
1. Серин \(\ce{HOCH2CH(NH2)COOH}\) — полярная аминокислота; цистеин — его серный аналог.
2. L-Аланин — (S), L-цистеин — (R), хотя группы расположены одинаково: сера делает группу \(\ce{CH2SH}\) старше COOH.
errorПролин — иминокислота
У пролина азот входит в пирролидиновое кольцо и связан с двумя атомами углерода — это вторичный амин. В пептиде у пролина нет N–H, он не даёт водородной связи и «ломает» α-спирали.
edit_noteПопробуйте сами
Какая белковая аминокислота не хиральна?
expand_moreПоказать решение
Глицин: R = H.
Цвиттер-ионы и кислотно-основные формы
В растворе аминокислота — не молекула с группами COOH и \(\ce{NH2}\), а внутренняя соль: протон уже перешёл от кислоты к основанию.
Как нарисовать ионную форму
- Группа COOH (pKa около 2) кислее, чем \(\ce{NH3+}\) (pKa около 9–10): в нейтральной среде протон переходит от COOH к \(\ce{NH2}\) — цвиттер-ион \(\ce{H3N+-CHR-COO-}\).
- При pH ниже pKa₁ преобладает катион, между pKa₁ и pKa₂ — цвиттер-ион, выше pKa₂ — анион.
- Ионогенные боковые цепи дают дополнительные формы: Asp и Glu (pKa около 4), His (6), Cys (8), Tyr (10), Lys (10,5), Arg (12,5).
- Цвиттер-ионная природа объясняет свойства: кристаллы плавятся с разложением выше 200 °C, растворимы в воде и нерастворимы в эфире.
Примеры
1. Глицин плавится с разложением около 233 °C и почти нерастворим в эфире — ведёт себя как соль.
2. Лизин при pH 7: α-COO⁻, α-\(\ce{NH3+}\) и боковая \(\ce{NH3+}\) — суммарный заряд +1.
errorα-COOH кислее уксусной кислоты
pKa α-карбоксила около 2, а у уксусной кислоты 4,8: соседняя группа \(\ce{NH3+}\) оттягивает электроны и стабилизирует карбоксилат.
edit_noteПопробуйте сами
Какая форма аланина преобладает при pH 1?
expand_moreПоказать решение
Катион \(\ce{H3N+-CH(CH3)-COOH}\).
push_pinГлавное
α-Аминокислоты — \(\ce{H2N-CHR-COOH}\); в белках их двадцать (плюс редкие селеноцистеин и пирролизин), все, кроме глицина, хиральны и принадлежат L-ряду: по CIP почти все (S), цистеин — (R), потому что группа \(\ce{CH2SH}\) старше COOH. Боковые цепи: неполярные (Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Phe, Trp, Met), полярные незаряженные (Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, Gln), кислые (Asp, Glu) и основные (Lys, Arg, His). В кристалле и в воде около pH 6 аминокислота существует как цвиттер-ион \(\ce{H3N+-CHR-COO-}\): высокие температуры плавления с разложением, растворимость в воде, нерастворимость в эфире. В сильной кислоте — катион, в щёлочи — анион; α-COOH кислее уксусной кислоты (pKa около 2) из-за соседней группы \(\ce{NH3+}\).
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.