Аминокислоты. Глицин (аминоуксусная кислота, гликокол, Gly, G) Натриевая соль аминокислоты

Cвойства аминокислот можно разделить на две группы: химические и физические.

Химические свойства аминокислот

В зависимости от соединений, аминокислоты могут проявлять различные свойства.

Взаимодействие аминокислот:

Аминокислоты как амфотерные соединения образуют соли и с кислотами, и со щелочами.

Как карбоновые кислоты аминокислоты образуют функциональные производные: соли, сложные эфиры, амиды.

Взаимодействие и свойства аминокислот с основаниями :
Образуются соли :

NH 2 -CH 2 -COOH + NaOH NH 2 -CH 2 -COONa + H2O

Натриевая соль + 2-аминоуксусной кислоты Натриевая соль аминоуксусной кислоты (глицина) + вода

Взаимодействие со спиртами :

Аминокислоты могут реагировать со спиртами при наличии газообразного хлороводорода, превращаясь в сложный эфир . Сложные эфиры аминокислот не имеют биполярной структуры и являются летучими соединениями.

NH 2 -CH 2 -COOH + CH 3 OH NH 2 -CH 2 -COOCH 3 + H 2 O.

Метиловый эфир / 2-аминоуксусной кислоты /

Взаимодействие с аммиаком :

Образуются амиды :

NH 2 -CH(R)-COOH + H-NH 2 = NH 2 -CH(R)-CONH 2 + H 2 O

Взаимодействие аминокислот с сильными кислотами:

Получаем соли:

HOOC-CH 2 -NH 2 + HCl → Cl (или HOOC-CH 2 -NH 2 *HCl)

Таковы основные химические свойства аминокислот.

Физические свойства аминокислот

Перечислим физические свойства аминокислот :

• Бесцветные
• Имеют кристаллическую форму
• Большинство аминокислот со сладким привкусом, но в зависимости от радикала (R) могут быть горькими или безвкусными
• Хорошо растворяются в воде, но плохо растворяются во многих органических растворителях
• Аминокислоты имеют свойство оптической активности
• Плавятся с разложением при температуре выше 200°C
• Нелетучие
• Водные растворы аминокислот в кислой и щелочной среде проводят электрический ток

Белки – это полипептиды достаточно большой молекулярной массы, имеющие определенную пространственную структуру, которая зависит от последовательности входящих в белковую цепь аминокислот. Эта структура может быть компактной (глобулярные белки) или вытянутой (фибриллярные белки). Все ферменты – глобулярные белки, к фибриллярным же относятся коллаген, кератин – белки кожи, волос, очень прочные и хорошо растяжимые.
По составу белки делят на простые, состоящие только из аминокислот, и сложные – комплексы или ковалентные соединения полипептидов с молекулами других классов:

нуклеиновыми кислотами – нуклеопротеиды;
полисахаридами – гликопротеины;
липидами – липопротеиды;
пигментами – хромопротеиды;
остатками фосфорной кислоты – фосфопротеиды.

Белковую часть сложного белка называют апобелком , небелковую – простетической группой . Почти все простые и сложные глобулярные белки являются ферментами – биологическими катализаторами биохимических реакций в живых организмах.

Задачи

Задача 1. Какой объем газа (в нормальных условиях) выделится при реакции с азотистой кислотой 0,001 моля аминокислоты: а) лейцина; б) лизина; в) пролина?

Решение

Запишем уравнения реакций перечисленных аминокислот с азотистой кислотой. В случае лейцина и лизина происходит дезаминирование по Ван-Слайку, причем у лизина – по двум аминогруппам, содержащимся в молекуле. В пролине нет первичной аминогруппы, поэтому процесс останавливается на стадии N-нитрозирования.

В реакции (а) количество молей лейцина n(Лей) равно количеству молей выделевшегося азота n(N 2), поэтому выделяется 0,001 моля, или 22,4 мл азота. В реакции (б) образуется удвоенное количество газа 2n(N 2) по сравнению с n(лиз), так как в исходной аминокислоте две первичные аминогруппы; объем выделившегося азота составит 44,8 мл. В реакции (в) азот не выделяется: пролин – единственная из 20 важнейших аминокислот, у которой в a-положении находится вторичный атом азота. При его нитрозировании образуется N-нитрозо- (а не диазо-) соединение.

Ответ: а) 22,4 мл N 2 ; б) 44,8 мл N 2 ; в) нет выделения N 2 .

Задача 2. В результате обработки раствора, содержащего 9,36 мг неизвестной аминокислоты, избытком азотистой кислоты при 748 мм рт.ст. и 20 °С получено 2,01 мл азота. Какова минимальная молярная масса этой аминокислоты?

Решение

Реакция аминокислоты с азотистой кислотой:

Используя объединенный газовый закон PV/T = const , рассчитаем объем азота при нормальных условиях (при температуре 0 °С, или 273 °К, и давлении 760 мм рт.ст.): V 0 (N 2) (н.у.) = (Р 1 ·V 1 ·T 0)/(P 0 ·T 1) = (748·2,01·273)/(760·293) = 1,84 мл.

Поскольку количества молей вещества аминокислоты и выделяющегося газа N2 одинаковы, составим пропорцию:
9,36 мг аминокислоты дает 1,84 мл N 2 ;
M (молекулярная масса аминокислоты) даст = 22,4 N 2 .
М = (9,36·22,4)/1,84 = 114.
Это может быть валин:

Задача 3. Гемоглобин животного содержит 0,335% железа (по массе). Какова минимальная молярная масса этого белка? Сколько атомов железа входит в состав молекулы, если определенная методом измерения осмотического давления молекулярная масса белка равна 67000?

Решение

Массовая доля железа в гемоглобине: С%(Fe) = /M(белка), где n – число атомов Fe в молекуле белка. Пусть n = 1, тогда М(белка)1 = M(Fe)·100%/C%(Fe) = 56·100/0,335 = 16700. Поскольку истинное значение (по условию) М(белка) ист. = 67000, n = М ист./М 1 = 67000/16700 = 4.

Задача 4. При щелочном гидролизе 48 г дипептида, состоящего из остатков одной и той же аминокислоты, образовалось только одно вещество – натриевая соль аминокислоты. Масса этой соли равна 66,6 г. Установите строение дипептида.

Решение

Уравнение реакции щелочного гидролиза дипептида:

Обозначим количество дипептида в молях (дипептида) = х. Тогда в реакции гидролиза расходуется удвоенное количество щелочи (NaOH) = 2х и образуется (аминокислоты) = 2х и (H2O) = х. Составим уравнение материального баланса, используя формулу m = ·M;

m(дипептида) + m(NaOH) = m(соли аминокислоты) + m(H 2 O); 48 + 2х·40 = 66,6 + х·18; 62х = 18,6; х = 0,3 моля. M(дипептида) = m/ = 48/0,3 = 160. M(аминокислоты) = [М(дипептида) + M(H 2 O)]/2 = 178/2 = 89 г/моль. Аминокислота – аланин. Строение дипептида:.

Которая выполняет важные биологические функции в живых организмах, участвует в биосинтезе белка, отвечает за нормальную деятельность нервной системы и регулирует обменные процессы. Аминоуксусную кислоту, выведенную искусственным путем, используют в фармацевтике, медицине и пищевой промышленности.

Пищевая добавка Е640 объединяет под одним маркировочным номером аминоуксусную кислоту (глицин) и его натриевую соль – соединения, которые применяют для оптимизации вкуса и аромата продуктов. Добавка безопасна и официально разрешена в большинстве стран мира.

Глицин и его натриевая соль: общая информация

Глицин, известный также как аминоуксусная или аминоэтановая кислота, относится к ряду заменимых аминокислот – простейших органических структур, которые входят в состав белков и их соединений. Вещество, полученное искусственным путем, представляет собой бесцветный порошок без запаха и отличается сладковатым вкусом.

В промышленных масштабах глицин добывают путем соединения хлоруксусной кислоты и аммиака. Аминоуксусная кислота, в свою очередь, обладает свойством образовывать сложные соли (глицинаты) с ионами металлов.

Глицинат натрия – соль натрия и аминоуксусной кислоты, которая также является веществом синтетического происхождения. Несмотря на то, что глицин и его соль – разные химические соединения, в пищевой промышленности они выполняют идентичные функции модификаторов вкуса и аромата, объединены под одним маркировочным номером и рассматриваются как добавка Е640.

Общие сведения о глицине как химическом соединении и пищевой добавке

Наименование	Глицин (Glycine)
Синонимы	Аминоуксусная (аминоэтановая) кислота, гликокол (устар.)
Группа	Заменимые аминокислоты
Химическая формула	NH 2 – CH 2 – COOH
Структура	Мелкие моноклинные кристаллы (кристаллообразный порошок)
Цвет	Белый (бесцветный)
Запах	Отсутствует
Вкус	Сладкий
Растворимость	Полностью растворим в , частично – в . Не растворяется в эфире
Код добавки	Е640 (включая натриевую соль)
Происхождение	Синтетическое
Токсичность	Безопасен при употреблении в пределах нормы
Области применения	Пищевая промышленность, фармацевтика, медицина, косметология

Биологическая роль глицина и его источники

Глицин встречается в составе белковых молекул гораздо чаще остальных аминокислот и выполняет важнейшие биологические функции. В организме человека эта аминокислота синтезируется путем переаминирования (обратимого перенесения аминогруппы) глиоксилата или ферментативного расщепления холина и серина.

Аминоуксусная кислота является предшественницей порфиринов и пуринов, биосинтез которых происходит в живых клетках, однако биологическая роль этого соединения не ограничивается этими функциями. Глицин также является нейромедиатором, который участвует в передаче нервных импульсов, регулирует выработку других аминокислот и оказывает «тормозящее» воздействие на нейроны и мотонейроны.

Организм здорового человека самостоятельно синтезирует аминокислоты в необходимых количествах, поэтому необходимость в их употреблении в составе лекарственных средств и биологически активных добавок, как правило, отсутствует. Пищевыми источниками аминоуксусной кислоты являются продукты животного происхождения (говяжья печень и ), орехи и некоторые фрукты.

Влияние глицина и его натриевой соли на организм человека

Аминоуксусная кислота как нейромедиатор выполняет регуляторные функции и влияет в первую очередь на центральную и периферийную нервную систему. Глицин обладает ноотропными свойствами, нормализует обмен веществ, активизирует защитные функции ЦНС и оказывает мягкое успокаивающее действие.

Положительное влияние глицина на организм человека:

• снижение эмоционального напряжения, тревожности, стресса, агрессивности;
• улучшение настроения и нормализация сна;
• расслабление мышц и снятие судорог;
• повышение работоспособности;
• ослабление побочных эффектов приема психотропных препаратов;
• уменьшение выраженности вегетососудистых расстройств;
• снижение тяги к алкоголю и сладкому.

В составе добавки Е640 глицин и его соль не обладают вышеуказанными свойствами и не оказывают ни положительного, ни отрицательного воздействия на организм человека при употреблении в пределах нормы. Пищевая добавка не представляет угрозы здоровью, но в случае индивидуальной непереносимости может спровоцировать аллергическую реакцию.

Потенциальную опасность могут представлять примеси в составе добавки и некачественные продукты питания, при изготовлении которых применяются оптимизаторы вкуса и аромата.

Применение глицина и его натриевой соли

Области применения глицина и глицината натрия ограничиваются в основном пищевой промышленностью, медициной и фармацевтикой. Тем не менее, аминоуксусная кислота нашла применение и в косметической отрасли благодаря гипоаллергенности и антиоксидантному действию.

Косметические средства, содержащие добавку Е640:

• лечебные шампуни для ослабленных волос и средства против облысения;
• антивозрастная косметика, увлажняющие кремы и маски для всех типов кожи;
• очищающие сыворотки и тоники;
• губные помады и бальзамы.

Измельченные таблетки глицина можно использовать при изготовлении домашних средств для ухода за кожей, добавлять в увлажняющие маски и кремы. Аминоуксусная кислота способствует проникновению ценных питательных компонентов в глубокие слои дермы и усиливает эффект лечебной косметики.

Добавка Е640 в пищевой промышленности

Глицин и глицинат натрия активно используются в технологических процессах изготовления ликероводочных напитков. Добавка Е640 в частности входит в состав элитной водки, что позволяет нейтрализовать неприятный запах и смягчить резкий вкус. Существует также мнение, что присутствие глицина в спиртных напитках помогает снизить токсическое действие алкоголя на нервную систему и предотвращает похмелье.

Продукты питания, в составе которых можно встретить добавку Е640:

• крепкие алкогольные напитки;
• джемы, варенья, желе, ;
• пакетированные соки с мякотью;
• обогащенная поваренная ;
• спортивные витаминизированные напитки;
• соусы, приправы и пряности.

Аминоуксусная кислота применяется не только для оптимизации вкусовых качеств и транспортировки биологически активных веществ, но и в качестве антибактериального средства. В частности, ею обрабатывают мясо, рыбу и морепродукты для обезвреживания опасной кишечной палочки.

Использование в медицинских целях

Глицин активно применяется для лечения и профилактики заболеваний, связанных с центральной и периферийной нервной системой. Это вещество входит в состав фармацевтических препаратов ноотропного, седативного, противосудорожного и снотворного действия, обладает слабо выраженным антидепрессивным и транквилизирующим эффектом.

Медицинские показания к применению аминоуксусной кислоты как лекарственного средства:

• сниженная умственная работоспособность, нарушения сна и памяти;
• эмоциональное напряжение, стрессовые ситуации, неврозы;
• эмоциональная нестабильность и повышенная возбудимость;
• последствия ишемического инсульта, черепно-мозговых травм и нейроинфекций;
• вегетососудистая дистония, ишемия;
• повышенный мышечный тонус, мышечные судороги;
• алкогольная и наркотическая зависимость, токсическое действие препаратов, угнетающих ЦНС.

Доказано, что употребление 3 г глицина в сутки положительно влияет на умственные способности и общее эмоциональное состояние человека, снимает сонливость в дневное время и нормализует ночной сон. Препарат также назначают беременным для снижения тревожности, детям и подросткам, которые испытывают трудности с социальной адаптацией и концентрацией внимания.

Добавка Е640 и законодательство

Оптимизатор вкуса и запаха Е640 применяют при производстве продуктов питания в большинстве стран мира, однако информация о добавке в Кодекс Алиментариус отсутствует. Случаев отравления глицином и глицинатом натрия при употреблении в пищу зарегистрировано не было, поэтому модификатор Е640 считается безопасным.

Добавка входит в список официально разрешенных к использованию в пищевой промышленности на территории Евросоюза, США и Канады. Законодательство Российской Федерации и Беларуси также допускает наличие Е640 в продуктах в пределах допустимых норм, установленных СанПиН. Данных об использовании Е640 как усилителя вкуса и ароматизатора на территории Украины нет.

Несмотря на то, что глицин и его соль не оказывают токсического влияния на организм человека и разрешены к использованию, продукты, в составе которых присутствует Е640, сложно назвать полезными. Большинство вкусовых добавок и ароматизаторов используется для привлечения внимания покупателя к продукции низкого качества, употребление которой следует свести к минимуму.

Аминокислоты содержат амино - и карбоксильную группы и проявляют все свойства, характерные для соединений с такими функциональными группами. При написании реакций аминокислот пользуются формулами с неионизированными амино- и карбоксигруппами.

1)реакции по аминогруппе. Аминогруппа в аминокислотах проявляет обычные свойства аминов: амины являются основаниями, а в реакциях выступают в роли нуклеофилов.

1. Реакция аминокислот как основания. При взаимодействии аминокислоты с кислотами образуются аммонийные соли:

хлоргидрат глицина, хлороводородная соль глицина

2. Действие азотистой кислоты. При действии азотистой кислоты образуются гидроксикислоты и выделяется азот и вода:

Эту реакцию используют для количественного определения свободных аминных групп в аминокислотах, а также и в белках.

3.Образование N - ацильных производных, реакция ацилирования.

Аминокислоты реагируют с ангидридами и галогенангидридами кислот, образуя N - ацильные производные аминокислот:

Бензиловый эфир натриевая соль N карбобензоксиглицин - хлормуравьиной глицина

Ацилирование - один из способов защиты аминогруппы. N-ацильные производные имеют большое значение при синтезе пептидов, так как N-ацилпроизводные легко гидролизуются с образованием свободной аминогруппы.

4.Образование оснований Шиффа. При взаимодействии a - аминокислот с альдегидами образуются замещенные имины (основания Шиффа) через стадию образования карбиноламинов:

аланин формальдегид N-метилольное производное аланина

5.Реакция алкилирования. Амииногруппа в a -аминокислоте алкилируется с образованием N – алкилпроизводных:

Наибольшее значение имеет реакция с 2,4 - динитрофторбензолом. Получаемые динитрофенильные производные (ДНФ-производные) используются при установлении аминокислотной последовательности в пептидах и белках. Взаимодействие a- аминокислот с 2,4-динитрофторбензолом является примером реакции нуклеофильного замещения в бензольном ядре. За счет наличия в бензольном кольце двух сильных электроноакцепторных групп галоген становится подвижным и вступает в реакцию замещения:

2,4 – динитро -

фторбензол N - 2,4 - динитрофенил - a - аминокислота

(ДНФБ) ДНФ - производные a - аминокислот

6.Реакция с фенилизотиоцианатом. Эта реакция широко используется при установлении строения пептидов. Фенилизотиоцианат является производным изотиоциановой кислоты H-N=C=S. Взаимодействие a - аминокислот с фенилизотиоцианатом протекает по механизму реакции нуклеофильного присоединения. В образовавшемся продукте далее осуществляется внутримолекулярная реакция замещения, приводящая к образованию циклического замещенного амида: фенилтиогидантоин.

Циклические соединения получаются с количественным выходом и представляют собой фенильные производные тиогидантоина (ФТГ - производные) - аминокислот. ФТГ - производные различаются строением радикала R.

Кроме обычных солей a- аминокислоты могут образовывать в определенных условиях внутрикомплексные соли с катионами тяжелых металлов. Для всех a - аминокислот очень характерны красиво кристаллизующиеся, интенсивно окрашенные в синий цвет внутрикомплексные (хелатные) соли меди):
Этиловый эфир аланина

Образование сложных эфиров - один из методов защиты карбоксильной группы в синтезе пептидов.

3.Образование галогенангидридов. При действии на a- аминокислоты с защищенной аминогруппой оксидихлоридом серы (тионилхлоридом) или оксид-трихлоридом фосфора (хлорокисью фосфора) образуются хлорангидриды:

Получение галогенангидридов - один из способов активации карбоксильной группы в пептидном синтезе.

4.Получение ангидридов a - аминокислот. Галогенангидриды обладают очень высокой реакционной способностью, что снижает селективность реакции при их использовании. Поэтому более часто используемый способ активации карбоксильной группы в синтезе пептидов - это превращение ее в ангидридную. Ангидриды по сравнению с галогенангидридами кислот обладают меньшей активностью. При взаимодействии a- аминокислоты, имеющей защищенную аминогруппу, с этиловым эфиром хлормуравьиной кислоты(этилхлорформиатом) образуется ангидридная связь:

5. Декарбоксилирование. a - Аминокислоты, имеющие две электроноакцепторные группы при одном и том же атоме углерода, легко декарбоксилируются. В лабораторных условиях это осуществляется при нагревании аминокислот с гидроксидом бария.Эта реакция протекает в организме при участии ферментов декарбоксилаз с образованием биогенных аминов:

нингидрин

Отношение аминокислот к нагреванию. При нагревании a- аминокислот образуются циклические амиды, называемые дикетопиперазинами:

Дикетопиперазин

g - и d - Аминокислоты легко отщепляют воду и циклизуются с образованием внутренних амидов, лактамов:

g - лактам (бутиролактам)

В тех случаях, когда амино - и карбоксильная группы разделены пятью и более углеродными атомами, при нагревании происходит поликонденсация с образованием полимерных полиамидных цепей с отщеплением молекулы воды.