Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961

Природные аминокислоты
Общие свойства аминокислот
Физико-химические свойства аминокислот

Хотя детальное изложение химии аминокислот не входит в задачу этой книги, уместно рассмотреть те их свойства, которые представляют интерес с биохимической точки зрения.

Все обычные аминокислоты, входящие в состав белков, представляют собой белые кристаллические вещества, устойчивые в твердом состоянии при обычной температуре (около 25°). При нагревании до относительно высокой температуры (обычно в интервале, охватывающем несколько градусов) они разлагаются (табл. 2). Аминокислоты не имеют резких точек плавления или разложения, поэтому определение этих точек имеет ограниченную ценность для характеристики аминокислот. Как правило, аминокислоты устойчивы в водных растворах; автоклавирование таких растворов при температуре 100—200° в течение короткого времени (0,5—2 час.) не вызывает заметного разложения. Глутамин составляет исключение из этого правила; автоклавирование при нейтральном pH приводит к полной его циклизации в аммонийную соль пирролидонкарбоновой кислоты. Глутаминовая кислота также циклизуется при нагревании в водных растворах, но гораздо медленнее, чем глутамин. Устойчивость аминокислот во время гидролиза белков кислотами и щелочами обсуждалась выше (стр. 24).

¹ Оптические свойства аминокислот рассмотрены на стр. 79—96.

Таблица 2 Некоторые свойства аминокислот, обычно встречающихся в белках *

* Данные относятся к L-аминокислотам (если в таблице не указана другая форма). Растворимо рК и pI измерены при 25° (если в таблице нет других указаний).

Интересно отметить, что чистый триптофан в кислом растворе относительно устойчив, тогда как триптофан, входящий в состав белка, окисляется при кислотном гидролизе последнего.

Растворимость аминокислот в воде сильно варьирует (см. табл. 2) [109]. Наименьшей растворимостью обладают цистин и тирозин, наибольшей — пролин и оксипролин. Пролин является единственной аминокислотой, хорошо растворимой в спирте (около 1,6 г в 100 мл при 20°). Растворимость большинства аминокислот в абсолютном спирте очень незначительна [110]; однако даже в этих низких концентрациях (0,0003—0,002 М) некоторые аминокислоты можно обнаружить в спиртовом растворе при помощи высокочувствительной реакции с нингидрином.

Фиг. 3. Кривая диссоциации глицина [113].

Как правило, хлоргидраты нейтральных и дихлоргидраты основных аминокислот более растворимы в воде, чем соответствующие свободные аминокислоты; большинство хлоргидратов аминокислот хорошо растворяется в спирте. Натриевые соли аминокислот (и динатриевые соли дикарбоновых аминокислот) также гораздо легче растворяются в воде и в спирте, чем свободные аминокислоты. Известно, что тирозин и цистин очень плохо растворяются в воде в интервале pH от 2,5 до 9, однако при более низких или более высоких значениях pH растворимость этих аминокислот повышается. На растворимость аминокислот в водных средах влияет присутствие солей. Некоторые аминокислоты аналогично белкам лучше растворяются при добавлении солей. Так, например, растворимость цистина увеличивается в присутствии сульфата аммония; при дальнейшем повышении ионной силы раствора цистин «высаливается» из раствора [111]. Более подробно вопрос о растворимости аминокислот рассматривается в обзорах Эдсолла и Скетчерда [112], а также Кона и Эдсолла [110].

В водных растворах аминокислоты находятся в виде диполярных ионов (цвиттерионов); например, молекула глицина может быть представлена следующим образом:

Согласно Брёнстеду, кислотой называется соединение, способное отдавать протон, а основанием — вещество, которое может присоединять протон. Кривая титрования глицина соляной кислотой и натронной щелочью имеет 2 точки перегиба (фиг. 3) [113]. Таким образом глицин может реагировать и как кислота и как основание, иначе говоря, он является амфолитом:

Для глицина рК'₁ = 2,34 и рК'₂ = 9,60 (обычно принято указывать величины рК' аминокислот в порядке уменьшения кислотности). Так как рК' для уксусной кислоты равно 4,8, то ясно, что наличие NH⁺₃-группы в молекуле глицина повышает кислотность карбоксильной группы глицина. Последнее обстоятельство можно объяснить тем, что NH⁺₃-группа способствует отталкиванию иона водорода от карбоксильной группы. Ацилирование аминогруппы глицина уменьшает степень диссоциации карбоксильной группы; так, величины pK'₁ для ацетилглицина и хлорацетилглицина равны 3,60 и 3,37 соответственно. У глицинамида рК'₂ = 7,93, тогда как у глицина рК'₂ = 9,60.

Диссоциационные кривые тех аминокислот, молекулы которых содержат более двух диссоциирующих групп, имеют дополнительные точки перегиба. Так, величины рК' для гистидина составляют 1,82 (карбоксил), 6,00 (имидазол) и 9,17 (NH⁺₃).

Изоэлектрической точкой (pI) аминокислоты считается то значение pH, при котором молекула аминокислоты электронейтральна; при этом pH не происходит передвижения аминокислоты в электрическом поле. Величина pI для глицина равна 5,97; однако из его титрационной кривой (см. фиг. 3) видно, что глицин находится в изоэлектрическом состоянии в довольно широком интервале pH. Изоэлектрическую точку для монокарбоновой аминокислоты можно найти путем деления суммы pK'₁ и рК'₂ на 2. Для аминокислот с тремя диссоциирующими группами pI с достаточной точностью может быть определена как среднее из двух преобладающих величин рК'. Величины рК' для диссоциации гуанидиновой группы аргинина, фенольной группы тирозина и сульфгидрильной группы цистеина составляют соответственно 12,48, 10,07 и 10,78. Для более детального ознакомления с этим вопросом читателя можно отослать к обзору Эдсолла [114]. Величины рК' для аминокислот, обычно встречающихся в белках, приведены в табл. 2.