AMINOACIZII

În natură există mai mult de o sută de aminoacizi, dar acest

capitol se va limita la caracterizarea a unui sfert din aceştia care sunt cei

mai importanţi în biologia mamiferelor şi bacteriilor. Dintre aceştia toţi

sunt constituenţi ai proteinelor, cu excepţia a patru sau cinci. Toţi

aminoacizii care formează proteinele au gruparea –NH2 legată de

atomul de carbon alăturat grupării –COOH. Din acest motiv aceşti

aminoacizi se numesc aminoacizi (atomii de carbon sunt denumiţi

, etc. începând cu carbonul de care se leagă gruparea –COOH

1.Clasificarea aminoacizilor

O clasificare făcută în funcţie de structura chimică împarte aminoacizii în 6 clase:

monoamino-monocarboxilici, diamino-monocarboxilici, monoamino-dicarboxilici,

hidroxiamino-acizi, tioamino-acizi şi ciclici. Cea mai utilizată clasificare a celor 20 de

aminoacizi proteinogeni ţine cont de polaritatea radicalilor R ai acestora. Utilitatea acestei

clasificări rezidă din tendinţa proteinelor aflate în soluţie apoasă să adopte acele conformaţii

(aranjamente spaţiale ale atomilor constituenţi) în care radicalii hidrofili (polari) se orientează

în aşa fel încât să fie hidrataţi, iar radicalii hidrofobi ( nepolari) se orientează astfel încât să

excludă contactul lor cu moleculele de apă.

A)Aminoacizii proteinogeni.

Analiza unui mare număr de proteine a arătat că ele sunt compuse din resturile a 20 de

aminoacizi care participă la biosinteza lor. Aceşti aminoacizi se numesc proteinogeni sau

"standard". Cu excepţia prolinei toţi ceilalţi sunt -aminoacizi având structura generală R-

CH(NH2)–COOH. Cu excepţia glicinei, după cum rezultă din structura generată, la toţi ceilalţi

aminoacizi atomul de C este asimetric.

1. Aminoacizii cu radicali nepolari.

1. Glicina; Gly; G; Acid aminoacetic. Numit şi glicocol acest aminoacid

are cel mai mic radical, un atom de hidrogen. Glicina constituie o treime din

radicalii aminoacizilor din structura colagenului şi a gelatinei care este produs

al hidrolizei parţiale a colagenului. Organismul sintetizează glicina şi, în afara

biosintezei proteinelor, ea serveşte la sinteza sărurilor biliare primare, a bazelor purinice ş.a.

Glicina este un neurotransmiţător inhibitor. Ea participă la detoxifierile hepatice. Datorită

volumului său mic, radicalul opune cea mai mică piedică sterică pentru radicalii vecini,

particularitate importantă pentru stabilitatea moleculei de colagen.

1

COOH

H

C

C

C

C

H2N

H C

NH3+

COO-

H

2. Alanina; Ala; A; Acid -aminopropionic. Cu excepţia prolinei toţi

aminoacizii proteinogeni pot fi consideraţi ca derivaţi ai alaninei. Organismul

sintetizează alanina iar prin transformările pe care le suferă în celulă, ea face

legătura dintre metabolismul proteic şi glucidic.

3. Valina; Val; V; Acid -aminoizovalerianic. Ovalbumina,

cazeina şi globulinele sanguine sunt proteine bogate în valină. În cursul

evoluţiei lor anumite forme de viaţă au pierdut capacitatea de sinteză a

unor aminoacizi. Omul nu poate sintetiza valina şi prin urmare ea este

indispensabilă în alimentaţia lui. Din acest motiv valina se numeşte aminoacid esenţial.

Aminoacizii pe care organismul uman îi poate sintetiza în suficientă cantitate pentru a acoperi

necesităţile organismului se numesc neesenţiali. Aminoacizii a căror biosinteză nu acoperă

necesităţile se numesc semiesenţiali.

4. Leucina; Leu; L; Acid -aminoizocaproic. Este prezentă

în cantităţi însemnate în structura globulinelor. Leucina este un

aminoacid esenţial organismul fiind capabil să o transforme în

compuşi numiţi corpi cetonici. Are o mică solubilitate în apă. În

smalţul incisivilor centrali, de la fătul uman s-a reuşit izolarea leucinei în cantităţi apreciabile.

Leucină s-a identificat şi într-un peptid izolat din smalţul imatur de bovine.

5. Izoleucina; Ile; I; Acid -metil-,-aminovalerianic. Este un izomer de catenă al

leucinei, aminoacid esenţial care ca şi leucina are o mică

solubilitate în apă datorită caracterului hidrofob al

radicalului. În cazul aminoacizilor prezentaţi până acum,

acest caracter se intensifică începând cu glicina şi terminând

cu leucina şi izoleucina care au cei mai voluminoşi radicali. Izoleucina conţine doi atomi de

carbon asimetrici.

6. Metionina; Met; M; Acid -amino-S-

metiltiobutiric. Se găseşte în cantităţi însemnate în

cazeină. În organism joacă un rol important ca

donator de grupări metil, în reacţia de transmetilare.

Favorizează transformarea grăsimilor insolubile în lecitine mai solubile împiedicând

degenerescenţa grasă a ficatului. Participă la hematopoeză şi la detoxifierile hepatice.

Metionina este un aminoacid esenţial, principală sursă de sulf organic pentru organism.

7. Prolina; Pro; P; Acid pirolidin--carboxilic. Este un -aminoacid cu grupare amino

secundară care face parte din categoria aminoacizilor la care un atom

2

H C

NH3+

COO-

CH3

H C

NH3+

COO-

CHCH3

CH3

H C

NH3+

COO-

CH2 CHCH3

CH3

H2

H2

H2

H

C

CCC

N

-OOC

H

din grupările funcţionale participă la închiderea unui ciclu. Structura rigidă, fără libertate de

rotaţie a ciclului prolinei în jurul legăturilor peptidice prin care el este inserat în catena

polipeptidică, influenţează puternic panta de încolăcirea, specifică, a colagenului. Prolina este

un aminoacid neesenţial. Ea a fost identificată în proteinele izolate din smalţul matur cât şi în

smalţul imatur al fătului, unde reprezintă un sfert din totalul de resturi de aminoacizi ai

proteinei izolate.

8. Fenilalanina; Phe; F. Este prezentă în aproape toate proteinele cunoscute. Cele mai

bogate în fenilalanină sunt ovalbumina, cazeina, colagenul.

Radicalul ei are o pronunţată hidrofobicitate. Este un aminoacid

esenţial, principală sursă de nuclee benzenice pentru organism.

9. Triptofanul; Trp; W; Acid -amino--

indolilpropionic. Acest aminoacid are un nucleu

heterociclic numit indol. Se găseşte în aproape toate

proteinele iar în organism serveşte la sinteza serotoninei,

vitaminei PP ş.a. Triptofanul este un aminoacid esenţial,

lipsa lui din alimentaţie determinând grave tulburări. Ca şi în cazul fenilalaninei, radicalul său

este foarte hidrofob.

B) Aminoacizii cu radicali polari.

1. Serina; Ser; S; Acid -amino--hidroxipropionic. Este prezentă în proporţie mare în

sericină (proteina mătăsii naturale). Joacă un rol important în centrul

activ al enzimelor numite serin-enzime. O concentraţie mare de serină

s-a găsit în proteinele din smalţul dinţilor şi pare să fie o caracteristică

a proteinelor din smalţul matur. Rolul posibil al serinei este că de ea

legă o grupare fosfat care este iniţiatoarea formării cristalelor anorganice din smalţ. De

asemene în fosfoproteinele din dentină, serina şi fosfoserina au o pondere importantă. Tot de

această grupare (OH) se leagă covalent oligozaharidele (catene de monozaharide sau derivaţi

ai lor, cu număr mic de subunităţi) la catena polipeptidică din structura glicoproteinelor.

Organismul sintetizează serina din glicină şi o foloseşte chiar şi pentru sinteza unor lipide

(fosfatidilserine).

2. Treonina; Thr; T; Acid -amino--hidroxibutiric. Omolog

superior al serinei, treonina joacă un rol similar cu al acesteia în

centrul activ al. enzimelor. Este, de asemenea, centru de legare a

oligozaharidelor în glicoproteine. Treonina este un aminoacid esenţial

şi conţine doi atomi de carbon asimetrici.

3

H C

NH3+

COO-

CH2

H C

NH3+

COO-

CH2

N

H C

NH3+

COO-

CH2 OH

3. Asparagina; Asn; N; Acid -amino--amidosuccinic.

Este amida acidului aspartic. Gruparea amidică poate fi locul de

legare covalentă a oligozaharidelor în glicoproteine. Asparagina

este mai răspândită în proteinele vegetale decât în cele animale.

Gruparea amidică, deşi nu are caracter acid, poate participa la formarea legăturilor de

hidrogen. Este un aminoacid neesenţial. Grupare amidică hidrolizează transformându-se în

grupare carboxil şi rezultând acid aspartic, din acest motiv când nu se poate preciza care

dintre radicalii celor doi aminoacizi se află într-o poziţie pe catena polipeptidică, se indică

prescurtarea Asx sau B.

4. Glutamina; Gln; Q; Acid -amino--

amidoglutaric. Este omologul superior al asparaginei.

Participă la fel ca şi asparagina la legături de hidrogen.

Este un aminoacid neesenţial. În caz de incertitudine se

simbolizează cu Glx sau Z. Glutamina este forma detoxifiată de transport a amoniacului

metabolic.

5. Tirozina; Tyr; Y; p-Hidroxifenilalanină. Este un

aminoacid cu o largă răspândire în structura proteinelor.

Tirozina joacă un rol important în centrul activ al

enzimelor unde funcţionează ca donor de protoni.

Organismul o sintetizează prin hidroxilarea fenilalaninei şi prin urmare este un aminoacid

neesenţial. Tirozina serveşte la sinteza unor compuşi cum sunt catecolaminele, hormonii

tiroidieni, melaninele. Alături de leucină se întâlneşte în polipeptidele din smalţul matur uman

şi în smalţul bovinelor. De asemenea, tirozina intră în compoziţia colagenului.

6. Cisteina; Cys; C; Acid -amino--tiopropionic. Se găseşte

în mari cantităţi în keratine. Gruparea tiol a cisteinei este uşor

oxidabilă, chiar şi cu oxigen molecular transformându-se prin

formarea unei punţi disulfurice în cistină. Puntea disulfurică poate

lega catene polipeptidice diferite ca de pildă în keratine, sau poate produce plierea unei

singure catene ca în cazul ribonucleazei (enzimă care catalizează hidroliza ARN). Capacitatea

de a se oxida a cisteinei, face ca ea sau unii compuşi care o conţin, ca de exemplu glutationul ,

să participe la procesele oxido-reducătoare din celule. Cisteina joacă un rol important în

centrul activ al tiol-enzimelor. Atomii de sulf tiolic reacţionează cu metalele grele (mercur,

plumb ş.a.) ceea ce explică otrăvirea tiol-enzimelor cu aceste metale. Datorită solubilităţii

4

H C

NH3+

COO-

CH2 CO

NH2

H C

NH3+

COO-

CH2 CH2 CO

NH2

H C

NH3+

COO-

CH2 OH

H C

NH3+

COO-

CH2 SH

reduse, în situaţii patologice, cisteina se poate acumula în calculi vezicali sau renali. Cisteina

este un aminoacid neesenţial.

7. Lizina; Lys; K; Acid -

diaminocaproic. Este prezentă în aproape

toate proteinele cunoscute de origine

animală. Lizina joacă un rol important în

procesele de creştere, lipsa ei în dietă provoacă tulburări ale acestora. Este un aminoacid

esenţial: Bazicitatea grupării -amino, face ca, în condiţii fiziologice (t = 37°C; pH = 7,4),

această grupare să fie protonată, ceea ce conferă radicalului lizinei sarcina electrică pozitivă

(q = +1 u.e.s.). Datorită sarcinii şi reactivităţii ei, această grupare asociază sau leagă

coenzimele la catena polipeptidică a enzimelor.

8. Arginina; Arg ;R; Acid -

amino--guanidinovalerianic. Prin

hidroliză aginina produce un acid -

diamino-monocarboxilic, ornitina,

implicată în ciclul ureogenetic. Arginina alături de ornitină participă la transformarea

amoniacului metabolic în uree (ureogeneza). Arginina este principalul component al unor

proteine bazice protaminele şi histonele. Întrucât în timpul creşterii organismului, biosinteza

argininei nu acoperă necesarul, el este un aminoacid semiesenţial. Datorită bazicităţii sale

mari gruparea guanidil este în stare protonată.

9. Histidina; His; H; Acid -amino--imidazolilpropionic.

Se găseşte în cantitate mare în proteina hemoglobinei, globina

(cca. 10 % procente masice). Histidina joacă un rol important în

centrul activ al multor enzime din clasa hidrolazelor (enzime care

catalizează reacţii de hidroliză). Este un aminoacid semiesenţial.

10. Acidul aspartic; Asp; D; Acidul aminosuccinic. Acidul

aspartic sau aspartatul se găseşte în cantităţi apreciabile în

structura albuminei şi globulinelor sanguine, dar şi în proteinele

vegetale. Este un aminoacid neesenţial pe care organismul îl

foloseşte în ureogeneză şi în sinteza bazelor pirimidinice. Aspartatul este un neurotransmiţător

excitator. Datorită acidităţii grupării carboxil a radicalului, la pH fiziologic această grupare

este ionizată, ceea ce conferă radicalului sarcina q = -1. Din acest motiv cel mai frecvent se

5

H C

NH3+

COO-

CH2 CH 2 CH2 NH CNH2

+

NH2

H C

NH3+

COO-

CH2

N

N

H

H C

NH3+

COO-

CH2 CO

O-

foloseşte denumirea de aspartat şi nu de acid aspartic indiferent dacă aminoacidul este liber

sau legat într-o catenă polipeptidică.

11. Acidul glutamic; Glu; E; Acid -amino-glutaric.

Acidul glutamic sau glutamatul se găseşte în numeroase

proteine vegetale şi animale cum ar fi gliadina din grâu şi

cazeina. El este un aminoacid neesenţial care ocupă o poziţie

centrală în metabolismul aminoacizilor. Este un neurotransmiţător excitator. Ca şi la aspartat

datorită acidităţii grupării carboxil a radicalului, la pH fiziologic radicalul are sarcina q = -l.

De aceea denumirea mai frecvent folosită este aceea de glutamat.

Aminoacizi necodificaţi genetic, care intră în structura unor proteine.

Codul genetic este identic pentru aproape toate formele de viaţă cunoscute, el conţine numai

cei 20 de aminoacizi "standard" . Cu toate acestea există în plus mai mulţi aminoacizi care se

întâlnesc în componenţa unor proteine ai căror radicali apar ca urmare a unor modificări

chimice pe care le suferă radicalii aminoacizilor standard după ce catena polipeptidică a fost

sintetizată. Aceste modificări fac parte dintr-un proces mai amplu numit procesare post-

translaţională a catenelor polipeptidice native.

Hidroxiprolina şi hidroxilizina sunt constituenţi importanţi ai

colagenului. Hidroxiprolina împreună cu prolina, reprezintă 20-25%

din totalul resturilor de aminoacizi din colagen. Hidroxiprolina se

întâlneşte şi în proteinele din smalţului, care

sunt diferite de colagen, având o structură

pliată (colagenul are o structură triplu helicală).

Hidroxilizina contribuie la maturizarea

colagenului prin formarea unor legături încrucişate între lanţurile polipeptidice ale

colagenului. De asemenea, hidroxilizina formează legături O-glicozidice cu glucidele ce fac

parte din structura colagenului de la vertebrate.

Apariţia grupărilor hidroxil legate la radicali Pro şi

Lys se datorează acţiunii catalitice a unor enzime din clasa

hidroxilazelor, care acţionează numai după constituirea

lanţului polipeptidic. Hidroxilazele, respectiv peptidil

prolin hidroxilază şi peptidil lisil hidroxilază, necesită

drept cofactori, oxigen molecular, ioni de fer 2+, -

cetoglutarat şi nu în ultimul rând acid ascorbic.

6

H C

NH3+

COO-

CH2 CO

O-CH2

H2

H2

H

C

CCC

N

-OOC

H

1

23 4

5

H

OH

H C

NH3+

COO-1

2 3 4 5 6CH2 CH2CH2 CH NH3+

OH

NH2

CH2

CH

H2NCH

COOH

O

CH2

CH2

o

CH2OH

o

CH2OHHO

HH

HH

OHH

OH

H

HHH

HOOH

OH

N-formilmetionina este capătul N-terminal al tuturor proteinelor organismelor

procariote care, este îndepărtat în cursul maturizării lor.

Acidul -carboxiglutamic se asociază cu ionul de Ca2+ ceea ce conferă proteinelor din

care acest aminoacid face parte, o afinitate crescută pentru acest ion. Mai multe proteine

implicate în coagularea sângelui prezintă această proprietate,

ionul Ca2+ fiind un important factor al coagulării.

Aminoacizi necodificaţi genetic, care nu intră

în structura proteinelor.

Aceşti aminoacizi, ca şi cei menţionaţi anterior nu sunt codificaţi din punct de vedere genetic

dar, spre deosebire de aceia, nu apar în structura proteinelor.

-Alanina intră în compoziţia acidului pantotenic, compus

din grupa vitaminelor B.

Acidul aminobutiric (GABA), este un

neurotransmiţător inhibitor.

Homoserina, omolog superior al serinei, este intermediar

în biosinteza unor aminoacizi.

Homocisteina, omolog superior al cisteinei, este intermediar al

metabolismului aminoacizilor cu sulf.

Ornitina este intermediar al ureogenezei.

Acidul p-aminobenzoic (PABA) intră în compoziţia acidu1ui folic, esterii săi fiind

folosiţi ca anestezici locali (procaina, novocaina).

3, 5, 3', 5' - Tetraiodotironina (tiroxina) este hormon tiroidian.

7

H C

NH3+

COO-

CH2 CHCOO-

COO-

H C

COO-

CH2 NH3+

O CH2 CH

COO-

NH3+

HOI I

I I

COO-

CH2 CH2CH2NH3

+

H C

NH3+

COO-

CH2 CH2 SH

H C

NH3+

COO-

CH2 CH2

OH

H C

NH3+

COO-

CH2 CH2CH2 NH3+

Proprietăţile aminoacizilor

Stereoizomeria şi proprietăţile optice.

Datorită faptului că, cu excepţia glicinei, la toţi

aminoacizii atomul C este asimetric, ei sunt optic

activi. Un atom de carbon asimetric se mai numeşte

centru chiral.

Când un fascicul de lumină monocromatic plan-

polarizată străbate un strat, cu grosimea de 1 dm de soluţie a unui compus optic activ, de

concentraţie c (g/ml), planul de polarizare al luminii se roteşte cu unghiul (rad). Acest unghi

mai depinde de lungimea de undă a radiaţiei luminoase, temperatură şi solventul soluţiei. O

măsură cantitativă a activităţii optice este rotaţia specifică. Măsurarea unghiurilor de rotaţie

optic se face cu polarimetrul, scopul fiind de obicei determinarea concentraţiei, compusului

optic activ din soluţie.

Unul din neajunsurile sistemului de clasificare în

izomeri optici este acela că el nu furnizează nici o indicaţie

privind configuraţia absolută, adică poziţia substituenţilor

în jurul centrului chiral. Convenţia Fischer este un criteriu

sistematic de clasificare care foloseşte ca structură de bază

glicerinaldehida, cea mai simplă monozaharidă cu un atom

de carbon asimetric. Conform acestei convenţiei, enantiomerii levogir (-) şi dextrogir (+) ai

glicerinaldehidei sunt notaţi cu simbolurile L şi respectiv D. După regulile Fischer legăturile

chimice trasate vertical sunt dirijate în spatele planului paginii iar cele orizontale sunt dirijate

deasupra acestui plan. Probabilitatea ca formulele lui Fischer să fie corecte a fost de 50 %. În

1949, cu ajutorul tehnicilor cristalografice de raze X, s-a văzut că, alegerea lui Fischer a fost

corectă, adică stereoizomerul L al glicerinaldehidei coincide cu enantiomerul levogir al ei şi,

în consecinţă, D coincide cu cel dextrogir.

La aminoacizi, pentru stabilirea configuraţiilor acestora, se ţine cont de următoarea

secvenţă de citire a substituenţilor legaţi la C şi anume: NH2, COOH, R. Dacă molecula de

aminoacid este aşezată în aşa fel încât atomul de hidrogen să fie diametral opus ochiului, iar

secvenţa sus menţionată de derulează în sens antiorar, aminoacidul face parte din seria L şi

invers.

Toţi aminoacizii rezultaţi prin hidroliza blândă a proteinelor au configuraţia

stereochimică L. Există organisme, în special bacteriile, care au în conţinutul proteinelor

proprii, D-aminoacizi. Acestea sunt constituente ale biomoleculelor din pereţilor celulelor

8

HO

CHO

HC

CH2OH

CHO

H C

CH2OH

OH

L D

bacteriene. Probabil că prezenţa lor acolo conferă anumită rezistenţă acestor pereţi faţă de

atacul peptidazelor, enzime care catalizează hidroliza legăturilor peptidice, pe care mai multe

organisme le utilizează pentru a digera aceşti pereţi. D-aminoacizi se găsesc şi în structura

antibioticelor valinomicina, actinomicina D şi gramicidina S.

Spre deosebire de enantiomeri care diferă doar prin sensul de rotaţie a planului luminii

polarizate, diastereoizomerii sunt diferiţi între ei prin numeroase proprietăţi fizice şi chimice:

punct de topire, spectru, reactivitate chimică. Prin urmare ei sunt compuşi diferiţi în sens

uzual. Acest lucru este explicabil deoarece la enantiomeri grupările care compun molecula au

aceleaşi poziţii relative, aşa că un reactant vine în contact cu aceleaşi grupări. Dimpotrivă, la

diastereoizomeri poziţiile reciproce ale grupărilor sunt diferite.

În pofida utilităţii sale practice, convenţia Fischer este uneori ambiguă, în special când

se aplică moleculelor cu mai mulţi atomi de carbon asimetrici. Din acest motiv Robert Cahn,

Christopher Ingold şi Vladimir Prelog au formulat în 1956, sistemul RS care permite

descrierea precisă a acestor molecule. În acest sistem cei patru substituenţi legaţi la centrul de

asimetrie sunt ierarhizaţi într-o ordine de prioritate. La baza ei stă regula după care atomul cu

număr atomic mai mare are prioritate faţă de cel cu număr atomic mai mic. Dacă substituenţii

se leagă, la centrul chiral prin atomii aceluiaşi element, prioritatea lor este stabilită de

numerele atomice ale celorlalţi atomi din componenţă.

Pentru a stabili configuraţia în sistem (RS) a unui centru chiral, se priveşte molecula

dinspre centru spre substituentul cu prioritatea cea mai mică. Presupunem că ceilalţi 3

substituenţi au ordinea de prioritate W>X>Y. Dacă citirea în această ordine a lor se face în

sensul orar, configuraţia centrului chiral se notează cu (R). Litera provine din cuvântul latin

rectus. Dacă citirea se face in sens antiorar, notarea se face cu (S) de la sinistrus. Prin urmare

L-glicerinaldehida este (S) –glicerinaldehida. Cu excepţia L-Cys, care este (R)-Cys, toţi

aminoacizii proteinogeni monochirali sunt (S)-aminoacizi. L-Thr este (2S, 3R) - Thr iar L-Ile

este (2S, 3S)-Ile.

Reacţiile chimice de sinteză ale moleculelor chirale produc de obicei amestecuri

racemice. Una din trăsăturile lumii vii este capacitatea ei de a produce activitate optică.

Biosinteza unei substanţe chirale produce totdeauna numai unul din stereoizomeri. Faptul că

toţi aminoacizii proteinogeni au configuraţie L este o ilustrare a acestei reguli.

Proprietăţile acido-bazice.

În soluţii neutre, ca şi în stare cristalină, gruparea -aminocarboxilică din aminoacizi are

structură dipolară sau amfiionică.

9

În soluţie un acid monoamino-monocarboxilic, în funcţie de pH poate exista sub

forma a 3 specii ionice, nici una neionică:

H3N+–CH(R)–COOH - cation

H3N+–CH(R)–COO- - amfiion

H2N–CH(R)–COO- - anion

Echilibrele care se stabilesc între aceste specii ionice pot fi studiate prin următorul

experiment aplicat la glicină. Unui litru de soluţie de glicină 1M i se adaugă NaOH şi se

urmăreşte variaţia pH-ului. Se procedează la fel adăugându-se HCl, obţinându-se o curbă de

titrare. Aceiaşi curbă se obţine dacă se, titrează cu NaOH o soluţie de glicină 1M al cărui pH a

fost ajustat cu HCl în prealabil la aproximativ 1. La pH acid există un echilibru chimic între

cationii şi amfiionii moleculelor de glicină: H3N+–CH2–COOH ↔ H3N+–CH2–COO- + H+

La pH alcalin există un echilibru

chimic între amfiionii şi anionii

moleculelor de glicină:

H3N+–CH2–COO- ↔ H2N–CH2–COO- +

H+

Curba de titrare a 1 litru de

soluţie de aminoacid (glicină) 1 M cu

NaOH. Valorile înscrise pe abscisă

indică numărul de echivalenţi de bază.

În chenare apar formulele speciilor

ionice de aminoacizi. Platourile din

jurul valorilor pH = pK1' şi pH = pK2'

sunt intervale de pH în care soluţia de

glicină are capacitate de tamponare.

Constanta de aciditate clasică a cationului este dată de relaţia:

Constanta de aciditate clasică a amfiionului este dată de relaţia:

Logaritmând această expresie obţinem, în cazul echilibrului cation-amfiion:

10

În cazul echilibrului amfiion-anion obţinem:

În curba de titrare prezentă mai sus se vede că atunci când pH ≈ pK', adaosurile, de

acid sau bază modifică puţin pH-ul soluţiei de glicină. Deci soluţia de glicină are capacităţi

maxime de tamponare la pH = 2,3 şi la pH = 9,6.

pH-ul izoelectric pI este pH-ul la care numărul sarcinilor pozitivecareciate la

moleculele de aminoacizi este egal cu numărul sarcinilor negative. La pH izoelectric acizii

monoamino-monocarboxilici se găsesc numai sub formă de amfiioni. În consecinţă ei nu

migrează în câmp electric, proprietate folosită pentru separarea lor. La pI solubilitatea acestor

aminoacizi este minimă, deoarece amfiionii se atrag puternic între ei. pI-ul se poate calcula

pentru aminoacizii monoaminomonocarboxilici, ca fiind egală cu semisuma valorilor pK’.

Deci sarcina electrică pe care o poartă fiecare dintre aminoacizi depinde de pH-ul

soluţiei în care se găsesc. Ţinând seama că în organismele vii aminoacizii sunt cuprinşi în

lanţurile polipeptidice ale proteinelor este important de ştiut comportarea ca acizi sau baze a

resturilor de aminoacid, cât şi sarcina electrică pe care o poartă aceste resturi la pH-ul

fiziologic. Resturile aspartil şi glutamil au în aceste condiţii o sarcină netă (–) pe când

resturile lizil, arginil şi histidil au sarcină (+).

Proprietăţi chimice ale aminoacizilor

Reacţiile grupării carboxil

Gruparea carboxil se poate transforma în derivaţii ei obişnuiţi: esteri, amide, nitrili,

halogenuri acide, anhidride. O reacţie importantă este decarboxilarea cu producerea de

compuşi numiţi amine biogene:

H2N–CH(R)–COOH → R–CH2–NH2 + CO2

Majoritatea aminelor biogene rezultate au importanţă biologică deosebită. Acidul

glutamic se transformă în GABA (neurotransmiţător), histidina în histamină (hormon tisular

cu puternice efecte asupra aparatelor circulator şi digestiv), serina în etanol amină (component

important al lipidelor), lizina în cadaverină (precursor al poliaminelor, care se asociază cu

AND şi ARN), cisteina în cisteamină (componentă a coenzimei A). Alte exemple vor fi date

la capitolul "Metabolismul aminoacizilor".

11

COOH

C

S

NH2

H CH2 SH

COOH

C

NH2

+ HCH2HS

1/2O2H2O

CH2 H

NH2

CCH2H C

COOH

S

COOHNH2 cistinã

Reacţiile specifice radicalilor

- oxidarea blândă a cisteinei conduce la cistină

- oxidarea energică a cisteinei produce acid cisteic

iar decarboxilarea acestuia din urmă produce taurină,

compus ce intră în structura sărurilor biliare primare.

HOOC–CH(NH2)–CH2–SH→

→HOOC–CH(NH2)–CH2–SO3H

HOOC–CH(NH2)–CH2–SO3H→

→NH2–CH2–CH2–SO3H+CO2

- prin fosforilarea serinei se obţine acid serin-fosforic.

Reacţiile grupării amino

- condensarea cu formaldehida produce baze Schiff:

H2N-CH(R)-COOH + CH2O →

→CH2 = N-CH(R)-COOH + H2O

Pe această reacţie se bazează metoda Sörensen de

determinare cantitativă a grupărilor carboxil din

aminoacizi: baza Schiff rezultată poate fi titrată ca un

acid carboxilic cu NaOH.

- alchilarea cu agenţi de metilare. Monometilarea

glicinei produce sarcozina, CH3–NH–CH2–COOH.

Metilarea până la săruri cuaternare de amoniu produce

betaine, HOOC–CH(R)–N+(CH3)3. Betaina glicinei

este foarte răspândită în plante, în special în sfeclă

(Beta vulgaris). Betaina prolinei (stahidrina) a fost

izolată din planta numită popular vindecea sau iarbă de

răni (Betonica oficinalis).

-acilarea cu cloruri acide, anhidride sau clorocarbonaţi de alchil serveşte la protejarea grupării

amino de acţiunea altor reactanţi. Protejarea cu clorocarbonat de terţ-butil numit şi t-butil

oxicarbonil (t-BOC) se practică în cursul sintezei în fază solidă a polipeptidelor.

(CH3)3C-OCO–Cl + H2N-CH(R)-COOH → (CH3)3C-OCONH-CH(R)-COOH + HCl

Un grup special de reacţii ale grupării -amino îl constituie derivatizările

aminoacizilor în scopul determinării calitative şi cantitative.

a) Reacţia cu ninhidrină.

12

O

OHOH

O

H3N+ C

R

H

COO-

O CH

R

O

N

O-

O

O

NH3

O

OH

O

H

Ninhidrinã

Purpura de Ruhemann

+

+ CO2

Hidrindantinã

+

H2O

+Ninhidrinã

aminoacid t-BOC-protejat

În urma reacţiei ninhidrinei cu un aminoacid rezultă, un compus colorat, de culoare

albastru-violet, purpura de Ruhemann. Reacţia ninhidrinei cu prolina produce un compus de

culoare galbenă.

b) Reacţia cu 2,4-dinitrofluorbenzen.

Numit şi reactiv Sanger, acesta a servit pentru prima determinare a ordinii de legare a

aminoacizilor într-o polipeptidă, insulina (Frederick Sanger, 1953). Reacţia are loc în mediu

slab alcalin conform ecuaţiei:

C6H3(NO2)2F + H2N-CH(R)-COOH → C6H3 (NO2)2NH-CH(R)COOH + HF

c) Reacţia cu clorura de dansyl.

Clorura de dimetilaminonaftil sulfonil

(dansyl) a înlocuit reactivul Sanger în analiza

polipeptidelor şi aminoacizilor întrucât derivaţii

rezultaţi prezintă o fluorescenţă intensă. Un reactiv

cu structură asemănătoare dansylului este clorura

de dabsyl (dimetilaminoazobenzen sulfonil).

Acesta produce cu aminoacizii derivaţi care absorb

şi lumina vizibilă.

d) Reacţia cu fenilizotiocianat (PITC).

Numit şi reactivul Edman, PITC este cel

mai folosit reactant pentru analiza proteinelor (Pehr

Edman, 1975). Prin derivatizarea aminoacizilor cu

PITC rezultă derivaţi de feniltiohidantoină care

absorb lumină ultravioletă.

3 PEPTIDELE

O peptidă este formată din 2-10 resturi de aminoacid. Polipeptidele conţin 11-100

resturi iar peste acest număr vorbim de proteine. Caracteristica pentru peptide este gruparea

peptidică – CO – NH – . Există peptide care au în schelet nu numai C ci şi C, ele nu rezultă

prin hidroliza parţială a unei proteine

3.1 Exemple de peptide

Glutationul Glu−Cys−Gly are proprietăţi

redox datorită grupării tiolice. Glutationul oxidat este

13

S

CC

NC

H

N C S + H2N CH C OH

R1O

OH-

CH C OH

R1O

NH C NH

S

N

CC

NC

H

R1 O

NH

R1 OH+

H

S

Fenilizotiocianat

Derivat de feniltiohidantoinã

O

C

CH2

H

NH3+

COO-

N

CH2

CH

CH2

SH

C

O

N

H

CH2CH2CH2

COO-

CH

format din două molecule de glutation unite printr-o punte disulfurică. Reacţia este catalizată

de enzima glutation reductază.

Carnozina este un alt exemplu de peptid format din −Ala şi His. Carnozina a fost

izolată din ţesutul muscular al mamiferelor. Ea este hidrolizată, de către carnozinază, enzimă

izolată din ficatul şi rinichiul mamiferelor.

Hormonul de eliberare a tireotropinei (THR) − Acid piroglutamic–His–

prolinamidă. Este un hormon eliberat de hipotalamus şi stimulează secreţia tireotropinei

(TSH), care la rândul lui acţionează asupra tiroidei care va secreta hormonii tiroidieni. THR

este folosit în clinica medicală cu rezultate bune pentru diagnosticarea timpurie a stărilor de

premixoedem, în tiroiditele cronice.

Peptide antibiotice secretate de

fungi conţin frecvent aminoacizi din

seria D (gramicidinele, bacitracinele,

valinomicina, alameticina, etc.).

Valinomicina este un decapeptid ciclic

care complexează specific ionul K+

învelindu-l ca pe o anvelopă hidrofobă

solubilizându-l în mediu lipidic al

membranelor transportându-l prin

membrană.

Ocitocina este un nanopeptid care conţine o legătură

disulfurică intracatenară, între doi radicali Cys pe care îi conţine.

Stimulează contracţia musculaturii netede uterine şi nu numai.

Vasopresina are efect hipertensiv este tot un nanopeptid

diferă de ocitocină prin două resturi de aminoacid.

Insulina este formată din două catene: A 21 de resturi şi B

30 de resturi legate prin intermediul a două punţi disulfurice.

Glucagon, care este un polipeptid format din 29 de resturi,

alături de insulină participă la homeostazia glicemiei.

14

Cys

Tyr

Phe

Gln

Pro

Arg

Gly

NH2

Asn

Cys

S

SS

S

Cys

Asn

NH2

Gly

Pro

Gln

Tyr

Cys

Ile

Leu

Ocitocina Vasopresina

Fig.2.1. Valinomicina

Hormonul adrenocorticotrop (ACTH) este un lanţ de 39 resturi de aminoacizi, este

secretat de hipofiza anterioară şi intensifică sinteza hormo-nilor steroizi în corticosuprarenale.

Angiotensina II

Asp−Arg−Val−Tyr−Ile−His−Pro−Phe,

are un puternic efect hipertensiv. Ea se

sintetizează prin clivajul

angiotensinogenului, care este o

globulină produsă de ficat.

Encefalinele sunt peptide

sintetizate de sistemul nervos central.

Induc analgezia când se cuplează cu

receptorii specifici de pe membrana

celulelor nervoase (Tyr−Gly−Gly−

Phe−Met).

Somatostatina, polipeptid format

din 14 resturi de aminoacid, este sintetizat de hipotalamus şi pancreas, inhibă hormonul de

creştere, somatotropina.

3.2 Proprietăţile peptidelor

Peptidele scurte au activitate optică aditivă. În ceea ce priveşte valoarea constantelor

de aciditate diferă de constatele grupărilor funcţionale ale aminoacizilor liberi având în vedere

distanţa dintre grupările NH2 şi COOH, deci nu vor interacţiona. Curba de titrare a peptidelor

fără radicali acido-bazici arată ca şi curba de titrare a unui aminoacid.

Proprietăţile chimice sunt aceleaşi cu ale aminoacizilor. Reacţia cu ninhidrină duce la

formarea de compuşi fotometrabili. O reacţie specifică peptidelor şi proteinelor este reacţia

biuretului. Biuretul (H2N−CO−NH−CO−NH2) formează cu ionii de Cu2+ un complex de

culoare violetă. Ionii de Cu2+ formează cu peptidele dar şi cu proteinele complecşi de acelaşi

tip, fotometrabili. Gruparea peptidică are capacitatea de a absorbi radiaţia UV < 210 nm,

proprietate ce stă la baza dozării spectrofotometrice a peptidelor şi proteinelor.

15

Fig.2.2. Transformarea preproinsulinei în insulină