Свойства аминокислот. 
Белки и аминокислоты

Все аминокислоты, образующиеся при гидролизе белков, кроме глицина, обладают оптической активностью. Это обусловлено наличием ассиметрического атома углерода.

Оптическая активность органических соединений — это способность вращать плоскость поляризованного света вправо или влево. Для обозначения направления вращения используют знаки «+» и «-». Если раствор аминокислоты вращает плоскость поляризованного света вправо, то перед его названием ставят знак «+», а если влево, то знак «-». При определении оптического вращения всегда надо указывать условия, в которых проводились измерения (растворитель, температуру).

Если аминокислоты получают при гидролизе белков, то они сохраняют свою оптическую активность. В случае получения аминокислот химическим синтезом, ее обычно получают в неактивной форме. Такая форма обычно состоит из эквимолярной смеси Lи D-изомеров, обозначается как DL и называется рацематом.

Рацемизация. Согласно классической теории стериохимии в том случае, когда два заместителя при ассиметрическом атоме углерода обмениваются местами, соответствующие соединения превращаются в его оптический антипод. Следовательно, его оптическое вращение изменяет знак.

Кислотно-основные свойства аминокислот Кислотно-основные свойства аминокислот имеют важное значение для понимания свойств белков. Кроме того, на этих свойствах аминокислот основаны методы разделения, идентификации и количественного анализа аминокислот и белков.

В молекуле аминокислоты содержатся две функциональные группы — карбоксильная и аминогруппа. Соответственно аминокислоты обладают как кислотными, так и основными свойствами. Обычная форма аминокислоты (а) не изображает точное строение этих соединений. Аминокислотам приписывают структуру амфотерных биполярных ионов (б).

R-CH-CООН R-CH-CОО^-

H₂N H₃N⁺

а б Одним из доказательств того, что в нейтральных водных растворах аминокислота присутствует в виде биполярных ионов является их лучшая растворимость в воде, высокая температура плавления, обычно выше 200⁰.

Вследствии амфотерного характера аминокислоты образуют соли и с кислотами и с основаниями.

При добавлении кислоты в раствор аминокислоты водородные ионы (Н⁺) исчезают согласно уравнению (1), при добавлении едкой щелочи гидроксильные ионы (ОН^-) нейтрализуются согласно уравнению (2). В обоих случаях рН раствора не изменяется или меняется незначительно. На этом свойстве основано применение аминокислот в буферных растворах.

H₃N⁺-CH-CОО^- + Н⁺ H₃N⁺-CH-CООН (1).

H₃N⁺-CH-CОО^- + ОН^- H₂N-CH-CОО^- + Н₂О (2).

В водных растворахаминокислоты могут существовать в виде биполярного иона, катиона или аниона.

H₂N-CH-CОО^- H₃N⁺-CH-CООН H₃N⁺-CH-CОО^-

Анион катион биполярный ион Кислотно-основные свойства аминокислот проще всего могут быть интерпретированы исходя из теории кислот и оснований Бренстеда-Лоури. Согласно этой теории кислота рассматривается как донор протонов, а основание — акцептор протонов. Согласно этой теории катион аминокислоты является двухосновной кислотой, в молекуле катиона имеются две группы, способные отдать протон — СООН и ⁺NH₃. При полном титровании основанием полностью протонированной кислоты, она может отдать 2 протона.

Способность кислоты к диссоциации характеризуется ее константой диссоциации. Для полностью протонированной аминокислоты процесс диссоциации протекает в две стадии.

H₃N⁺-CH-CООН + Н₂О? H₃N⁺-CH-CОО^- + Н⁺ + Н₂О (1).

H₃N⁺-CH-CОО^- + Н₂О? H₂N-CH-CОО^- + Н⁺ + Н₂О (2).

Графически ход титрования изображен на графике 1.

10 рН.

рК₂

6 рI.

рК₁

NaOH, моли.

0,5 1 1,5 2.

Рис. 1 Титрование полностью протонированного аланина NaOH

рК₁ — константа диссоциации карбоксильной группы, рК₂ — константа диссоциации амино группы, рI — изоэлектрическая точка аминокислоты.

аминокислота белок гидролиз титрование Кривая состоит из 2-х четко разделяющихся ветвей. В каждой ветви есть средняя точка, в которой изменение рН при добавлении ОН^- оказыватся минимальным. Величины константы диссоциации карбоксильной (рК₁) и амино группы (рК₂) можно определить по средней точке, соответствующей каждой стадии. При этом для аланина, например получаются значения рК₁ = 2,34, рК₂ = 9,69.

В начальный момент титрования аминокислота в растворе присутствует в виде катиона. При рН = 2,34, соответствующей средней точке первой стадии присуствуют в эквимолярной концентрации два иона — катиони биполярный ион:

H₃N⁺-CH® -CООН и H₃N⁺-CH® -CОО^-

При рН = 9,69, т. е. в средней точке второй стадии в эквимолярных концентрациях присутствуют анион и биполярный ион:

H₂N-CH® -CОО^- и H₃N⁺-CH® -CООН Точка перехода между двумя ветвями кривой титрования аланина лежит при рН 6,02. При этом значении рН молекула аминокислоты находится полностью в виде биполярного иона.

H₃N⁺-CH® -CОО^-

Она не несет суммарного электрического заряда и не перемещается в электрическом поле. Значение рН, при котором аминокислота находится в виде биполярного иона называется изоэлектрической точкой аминокислоты и обозначается как рI.

Изоэлектрическая точка аминокислоты определяется значением двух констант диссоциации. Она представляет собой среднее арифметическое значение между рК₁ и рК₂, т. е.

рК₁ + рК₂

рI = ——————-;

Итак, моноаминокарбоновая кислота при низком значении рН находится в полностью протонированной форме (катион) и является двухосновной кислотой, а биполярный ион — одноосновной кислотой. Из двух кислотных групп — (СООН и H₃N⁺) СООН-группа является сильной кислотой. Кислоты со слабо выраженным сродством к протону являются сильными кислотами, они легко отдают протоны. Кислоты с сильно выраженным сродством к протону являются слабыми кислотами, они диссоциируют незначительно. Все б-аминокислоты при любых значениях рН ведут себя как сильные электролиты.

Растворы аминокислот обладают буферными свойствами, причем их буферная емкость максимальна при рН, равном значению рК кислотных групп. Только одна аминокислота гистидин обладает значительной буферной емкостью в интервале рН 6−8 (в интервале физиологического значения рН).

рI моноаминокарбоновых кислот равны примерно 6, рI дикарбоновых кислот лежат в кислой области, а диаминокислот — в основной. Так, рI аланина = 6,02, рI аспарагиновой кислоты = 3,0, рI лизина = 9,7.

Аминокислоты мигрируют в щелочных растворах к аноду, в кислых растворах — к катоду. В изоэлектрической точке миграции нет. В изоэлектрической точке растворимость аминокислот минимальна. На этом свойстве основан метод изоэлектрической фокусировки.