Амин қышқылдары

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аминдер туралы түсінік

2. Аминдердің изомериясы

3. Физикалық қасиеттері

4. Химиялық қасиеттері

5. Амин қышқылдары

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

 

1) «Кожарева М.Е. «Химиядан анықтамалық материалдар» Жоғары оқу орнына түсуші талапкерлерге; Алматы «Өнер» 2004 ж.»

2) Қ.Н. Сақариянова, М.Б. Усманова, Б.Н. Сахариева, Р.С  Рақышева.«Химия», оқыту әдістемесі; Алматы «Атамұра»

2005 жыл.

3) «Химия» (қоғамдық-гуманитарлық бағыт) Алматы «Мектеп» 2007 жыл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Амин  қышқылдары құрамында амин топтары  – NH₂ мен карбоксил топтары – СООН бар органикалық қосылыстар.

Аминқышқылдарын көмірсутекті бөлігіндегі (көмірсутек радикалындағы) сутек атомы амин тобына( -  NH₂ ) алмасқан карбон қышқылдарының туындылары ретінде де  қарастыруға болады.

Сірке қышқылының СН₃СООН көмірсутек бөлігіндегі бір сутек атомы амин тобына алмасқанда аминсірке қышқылы түзіледі:

          

                                   О

Н₂N  -  СН₂ – С

                  ОН

 

Аминсірке қышқылы (глицерин деп те аталады) аминқышқылдарының ең қарапайым өкілі. Аминқышқылдарының белоктардың құрамында кездесуі тіршілік үшін өте маңызды. Олар тірі организмдегі белок синтезіне қажет және медицинада дәрі-дәрмек, ал ауыл шаруашылығында мал азығына  үстеме қорек ретінде пайдаланылады. Өнеркәсіпте синтетикалық  талшық (капрон, нейлон)  алу үшін де аминқышқылдары қолданылады.

Амин қышқылдары өсімдікте  кетон қышқылдарын тікелей аминдеу  немесе қайта аминдеу деп аталатын екі негізгі реакция арқылы синтезделеді. Олардың құрамында карбоксил тобынан басқа, амин тобы да болады. Амин қышқылдарының тірі организмдер үшін физиологиялық маңызы бар екі қасиетіне назар аударайық. Оның бірі амфолиттік, екіншісі оптикалық активтік. Сулы ерітінділерде амин қышқылдарының СООН және NH2 тобы ортадағы реакцияға қарай диссоциацияланады. Мысалы, сілтілі ортада амин қышқылының карбоксил тобы диссоциацияланғанда минус заряд, қышқыл ортада NH2 тобы диссоциацияланғанда плюс заряд пайда болады. 
Сөйтіп, амин қышқылы ортадағы реакцияға байланысты бірде қышқыл, бірде сілті ретінде қызмет атқарып, амфолиттік қасиет

көрсетеді. Бейтарап ортада олар қос зарядты цвиттерион түрінде болады. Амин қышқылдарына оптикалық активтік тән. Олардың ерітіндісі арқылы полярланған сәулені өткізгенде сәуленің поляризация бағыты өзгереді. Оптикалық активтік кеңістіктік изомерияға, яғни

хиралды көміртегі жағдайында атомдар тобының әркелкі орналасуына  байланысты. Мысалы аланин амин қышқылы  екі түрлі болып кездесуі мүмкін. 
Өсімдік клеткасынан 150-ден астам амин қышқылдары табылған. Олардың көбі фотосинтез кезінде немесе топырақтан азотты қабылдау кезінде, жалпы метаболизм процесінде түзіледі. Адам организміне қажетті амин кышқылдары азықпен бірге қабылданады. Олардың ішінде валин, лейцин, изолейцин, метионии, треонин, фенилаланин, лизин, аргинин, гистидин және триптофан ерекше қажет. Азық-түліктің құрамында осы амин қышқылдарының болуы азық-түліктің қоректік құндылығын арттыра түседі. Олар міндетті түрде қабылданатын амин қышқылдары деп аталады. 
Бүйірлік радикалдарының құрылысына байланысты барлық амин қышқылдары 4 класқа бөлінеді. I класка гидрофобты амин қышқылдары аланин, лейцин, изолейцин, валин, пролин, фенилаланин, триптофан, метионин жатады. II класқа поляризацияланған, электр заряды жоқ амин қышқылдары серин, треонин, тирозин, цистеин жатады. Бұл амин қышқылдары сумен Н-байланыс түзуге қабілетті. III класқа плюс зарядты лизин, аргинин, гистидин амин кышқылдары жатады. IV класс минус зарядты аспарагин және глутамин амин қышқылдарын біріктіреді. Олар рһ бейтарап аймақта тұрғанда теріс зарядқа ие болады. 
Өсімдіктерде амин қышқылдары кең таралған. Ал белоктардың құрамына 20—22 амин қышқылы кіреді. Белок молекуласының конформациясы амин қышқылдарының бүйірлік радикалдарына байланысты.

Амин қышқылдары түссіз, суда жақсы еритін, көбіне тәтті дәмі бар кристалды зат. Балқу t 220—3150С. Ол негіздік те, қышқылдық та қасиет көрсетеді. Молекуласындағы амин тобының карбоксил тобына тіркелу ретіне байланысты А. қ. з, т.б. түрлері бар. Ол өсімдіктердің, жануарлардың, микроорганизмдер клеткаларының, барлық белоктардың, сондай-ақ ферменттердің, гормондардың, антибиотиктердің және түрлі пептидтердің құрамына кіреді. Бос күйінде А.қ. барлық тіндерде, дененің сұйық заттарында болады және клетканың метабол процесіне қатысады. Белок құрамындағы ең маңызды 20 г А.қ-ның жалпы формуласы: RCH (NH2) COOH. Бұлардан басқа өсімдік организмінде бос түрінде кездесетін 100-ден астам А. қ.

 

                             

                                       

  

Н₂N 3

5

1

6         2 ОН

                                            4

 

                    О

                                       ОН

                                

                                 1

                                 2

 

 

  НN 3

 

 

           5  4

                                                ОН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

белгілі. Организмде белок түзілгенде, оның молекуласына қандай А. қ. кіретіні, олардың орналасу тәртібі ДНК-ның хим. құрылымындағы генетикалық код арқылы анықталады. Көптеген өсімдіктер мен бактериялар өздеріне қажет А. қ-н қарапайым органик. емес қосылыстардан синтездеп алады. Адам мен жануарлар денесінде де бірқатар А.қ. синтезделінеді. Бірақ организм 8 А. қ-н (валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин) тек қоректен дайын күйінде алады. Осы аталған А.қ-ның біреуі жетіспесе, белоктың және организмге өте қажетті гормон, пигмент т.б. заттардың синтезі жүрмейді. Сөйтіп адам да, жануарлар да түрлі кеселге шалдығады. Сондықтан тағамның, мал жемінің құнарлылығын арттыру үшін пайдаланылатын бірқатар А. қ-н хим. және микробиол. жолмен өндірістік синтездеу тәсілі игерілген. Физ.-хим. қасиеттерінің алуан түрлілігіне байланысты А.қ. көптеген салаларда (мыс., метионин және аминомай қышқылдары — медицинада, лизин — мал шаруашылығында, капрон қышқылы — полиамид өндірісінде, ароматтық А.қ. — бояу және дәрілік заттар өндірісінде) қолданылады.

Жеке  амин қышқылдары алмасуының ерекшеліктері

Жоғарыда өзіміз қарастырған  қайта аминдену, декарбок-сильдену және дезаминдену реакциялары барлық амин қышқылдарына тең. Амин қышқылдарындағы бүйірлік топтар құрылымына байланысты басқа да әр түрлі өзгерістерге ұшырайды. Солардың нәтижесінде алуан түрлі заттар түзіледі, ол заттар глюкоза синтезі үшін жене лимон кышқылы циклынде тотықтыру үшін жумсалада. 
Тканьдерде амин қышқылдары бірнеше түрлі өзгерістерге үшырайда. 
Амин қышқылдарындағы бүйірлік топтардың құрылымдық және ыдырау нәтижесінде түзілетін өнімдерге сәйкес, олардың ыдырауын топқа бөліп, жіктеп қарастырамыз. 
Глицин. аланин, серин, цистеин және треонин сияқты бес амин қышқылдық ең алдымен пирожүзім кышқылына /пируват/ дейін ыдырайда. Бұдан кейін А ацетил-коферментін береді. Ол лимон қышқылының СО2 және Н2О дейін тотығу циклына кіреді.

 

 

 

 

 

Аминқышқылдарының аттары

Аминқышқылдарының тарихи аттары, көбіне олардың алғашқы бөлініп алынған көздеріне байланысты берілген. Мысалы, аспаригинді 1806 жылы аспарагустың (қысқыржем) шырынынан, ал глутамин қышқылын (лат. gluten - желім) бидай желімтегінен алды. Цистеин (грек. цистис – қуық ) алғаш рет 1810 жылы қуық тасынан  бөлініп алынды. Сүт белогы казеинді зерттегенде, тирозин (грек. тирос – ірімшік ) ашылды. Аргинин  (лат. аrgentum - күміс) алғаш рет күміс тұзы күйінде алынды. Тәтті дәміне байланысты глицерин деп аталды (грек. гликис – тәтті ). «Лейцин» деген аталу гректің «лейкос» - «ақ» деген сөзінен шықты, жұмыртқа белогындағы ең көп  тараған  аминқышқылдарының бірі. Лизин  гректің «лизис» - «еру», «бұзылу» деген сөзінен алынды,  өйткені ол суда өте жақсы ериді. Кейбір аминқышқылдары, мысалы, гистидин (грек. гистон – мата және серин (лат. sericus  - жібек) жібек талшықтарының белоктарынан  алынды.  Құрамында екі карбоксил тобы ( аспарагин қышқылы), екі амин тобы (орнитин), күкірті (цистеин), фенил сақинасы (фенилаланин) бар аминқышқылдары болады. Кейбір аминқышқылдарының (триптофон, гистидин) қаңқасында гетероциклдер болады.

 

Аминқышқылы – адам жасының көрсеткіші

 

Аминқышқылының D – және L – формалары өте баяу болса да бір-біріне айнала алады. Белгілі бір (өте ұзақ) уақыттан кейін  D – немесе L –формасы екі форманың бірдей мөлшердегі қоспасы болып шығады. Мұндай қоспа – рацемат, ал процестің өзі рацемациялану деп аталады. Рацемациялану жылдамдығы температураға және аминқышқылының типіне тәуелді болады. Бұл қасиетті қазылып алынған организм  қалдықтарының, қажет болса, тірі организмдердің жастарын анықтауға пайдалануға болады. Мысалы, дентин (дентин – тістің сүйек ұлпасы ) белогындағы L-аспарагиндік қышқылы жылына 0,1 % жылдамдықпен өздігінен рецемацияланды. Жас балалардың тістерінің  қалыптасуы кезінде дентинде тек аспарагин қышқылы ғана болады. Дентинді тістен бөліп алып, ондағы D-форманың  мөлшерін анықтайды. Тест мәліметтері өте дәл. Мысалы, құжаты бойынша 97 жастағы әйелдің тест нәтижесі 99 жылды көрсеткен. Жануарлардың (пілдер, дельфиндер, аюлардың) – тарихи қазба қалдықтарын зерттеу мәліметтері радионуклид әдісі бойынша алынған мәліметтермен сәйкес келеді.

1902 жылы Э. Фишер және  Ф.Гофмейстр: «Белоктарда аминқышқылдары бір қышқылдың амин тобы екінші қышқылдың карбонил тобымен байланыста болады,» -  деген пікірді айтты. Осындай амидтік байланыс түзілгенде, су молекуласы бөлініп  шығады. Реакция өнімі пептид – екі аминқышқылынан тұруы мүмкін:

 

            R                                 R¹         

 

Н₂N – СН – СООН + Н – NН – СН – СООН 

          аминқышқылы                                   аминқышқылы

 

 

 

 

                              R                            R¹

 

          Н₂N – СН – СО – NН – СН – СООН

                           дипептид

 

 

Алайда мұндай дипептидте де бос амин тобы мен бос карбоксил тобы болады. Ендеше, олар да өздеріне жаңа аминқышқылдарын қосып алады.

Аминқышқылдық тізбек қанша болады?

 

Бұл сұраққа математикалық есептеу жауап береді. Екі түрлі А және В аминқышқылынан тұратын пептидте аминқышқылдарының өзара орналасу тәртібіне байланысты мүмкін болатын изомер саны – 2, АВ және ВА. Үш түрлі аминқышқылдан (А,В, С) тұратын пептидтің алты изомерлік формасы (АВС, АСВ, ВАС, ВСА, САВ, СВА) болады, ал төрт түрлі аминқышқылдан тұратын пептидтің 24 изомері болады. Егер пептидтің құрамында әр түрлі 20 аминқышқылы болса, оның мүмкін болатын изомерлерінің саны, шамамен, 2 * 10¹⁸.

   Аминқышқылдарын екі түрлі жолмен алуға болады. Бірінші жол – кәдімгі органикалық жартылай өнімдерден, мысалы, нитрометаннан синтездеу. Бұл кезде әрбір аминқышқылынан екі стереоизомердің

қоспасы алынады, ал организм болса, оның бір антиподын ғана сіңіреді. Ендеше, алынған оптикалық изомерлердің (рацематтың) синтетикалық бөлінбейтін қоспасының жартысы балластан  тұратын болады. Ол аз болғандай, кейбір  аминқышқылдарының D-изомерлері организмнің өмірлік маңызды функцияларын бұзатын жағымсыз кірмелер болуы мүмкін.

   Александр Николаевич Несмеянов (1899-1980)  химик, академик: сынап-органикалық қосылыстарды алу реакциясын ашты (Несмеянов диазоәдісі, 1929); мталлотропия құбылысын ашты (1960); синтездік тамақ өнімдерін жасады және зерттеудің жаңа бағытының негіздерін қалады (1962).

Микроорганизмдер адамға керекті  аминқышқылдардың стериоизомерлерінен белок өндіреді. Ондай тамақты таза синтездік жолмен алмайтындықтан, жасанды тамақ деп атайды.

  Қазір барлық жерде дәмді жасанды тамақ жасау туралы қарқынды жұмыстар жүргізілуде. Мұндай жұмыстар барысында әр түрлі қиыншылықтар кездесуі мүмкін. Алайда негізгі проблемаларды тұжырымдауға болады: аминқышқылының құрамы, сыртқы түрі, дәмі және иісі бойынша жасанды өнім табиғи өнімге максималды түрде ұқсауы керек.

Таза аминқышқылдарын қосымша ретінде кәдімгі тамаққа қосуға болады. Мысалы, жасанды түрде алынған лизинді, метионин мен триптофанды қосып, нан өнімдерінің қоректік бағалылығын айтарлықтай арттыруға болады. Кейбір аурулардан болатын кризистік жағдайларда адам өмірін сақтап қалу үшін, оның организміне аминқышқылдар, көмірсулар, витаминдер мен тұздар қоспасын енгізеді.

 

 

АРОМАТТЫ АМИНДЕР

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Жасанды синтездегі сияқты тірі организм барлық қажетті белоктарды аминқышқылдарынан синтездейді. Кейбір аминқышқылдары адам организмінде құрамына белок кірмейтін басқа өнімдерден де синтезделеді. Ондай аминқышқылдарды алмастырылатын аминқышқылдары деп атайды. Алайда алмастырылмайтын аминқышқылдары да болады, олар адам организмінде синтезделмейді. Олар – валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Белок молекуласының құрылымы.

Белок химиясының тарихы, бәлкім 1745 ж. “Белок ғылым және өнер институтының комментарийларында (хабарла-маларында)” итальяндық Я. Беккаридің жарияланған жұмысымен басталған болар. Бидай ұнынан бұрын белгісіз зат алғанын ғалым осы еңбегінде хабарлаған. Бидайдан алынған клейковина ұқсас болған. Осылайша алғашқы белок препараты дайындалған. Сөйтіп, белоктық заттарды зерттеудің ұзын да және өте қиын тарихы басталды. Ғалымдар ең қарапайым белок – инсулиннің молекуласының құрылысын ашқанша 200 жылдан артық уақыт өтеді. Осы мезгіл бойы белок құрамы, оның ұйымдасу жөнінде ондаған болжамдар ұсынылып және олар бекерге шығарылған. Барлық болжамдар ғылыми мұрағаттарда жайлы орын тапқан. Әйтеуір, 1945 ж. көптеген зерттеушілердің күшімен белок молекулаларының бір ұзын тізбекке жалғанған амин кышқылдарынан тұратыны анықталды. Белок молекуласын түзетін амин қышқылдары көп емес – барлығы 20. Ал қараңыздар, белоктар молекуласы амин қышқылдарының кезектесіп орналасу бір ізділігімен ерекшеленеді. Мысалы, бір белокта валиннен кейін триптофан келеді. Олардың орнын ауыстыру арқылы басқа қасиеті бар жаңа молекула алуға болады. Айталық, егер біріншісі организмде маңызды қызмет атқарса, екіншісі мүлде қажетсіз болуы мүмкін.Ал енді математикаға оралайық. Егер біз белок молекуласын әрдайым жаңадан 20 амин қышқылынан құрастырсақ, төрт амин қышқылынан тұратын пептид 20-20-20-20= 160000 әртүрлі тізбек, ал амин қышқылының п санынан – 20″ тізбек береді. Сөйтіп, орташа ұзындығы 300-ге таяу амин қышқылынан тұратын 10390 әртүрлі белок болуы мүмкін. Ал жиырма амин қышқылынан тұратын молекула “нағыз” белок молекулаларымен салыстырғанда өте кұртымдай құрылым. Осыдан бар жоғы 20 амин қышқылынан ғана құрылған белоктардың шексіз түрлерінің пайда болатынына көз жеткізуге болады. Белоктар – биологиялық макромо-лекулалардың негізгі кластарының бірі.