Ամինաթթու

Ամինաթթուները հետերոֆունկցիոնալ միացություններ են,որոնց կազմի մեջ մտնում են մեկ կամ մի քանի ամինա և կարբօքսիլ խմբեր:Ամինաթթուները ունեն կարևոր նշանակություն բոլոր կենսաբանական համակարգերի համար:Նրանցից շատերն ունեն կարգավորիչ ֆունկցիա զանազան հյուսվածքներում:Արոմատիկ ամինաթթուների ներկայացուցիչները (բենզոլի ածանցյալները) մտնում են մի շարք կյանքի համար անհրաժեշտ միացությունների կազմի մեջ և կիրառվում են որպես դեղանյութեր:Օրինակ ,պարաամինաբենզոաթթուն (ՊԱԲԹ) որոշ բակտերիաներ օգտագործում են տետրահիդրաֆոլաթթվի (վիտամին) սինթեզի համար:

Սուլֆանիլամիդ

Պարաամինաբենզոաթթու

Սուլֆա-դեղանյութերը (սուլֆանիլամիդները) նման են ՊԱԲԹ-ին և գործում են շնորհիվ այդ նմանությանը:Սուլֆանիլամիդների կիրառման պայմաններում մանրէները ՊԱԲԹ-ի փոխարեն սկսում են օգտագործել սուլֆամիացությունները և մահանում են ֆոլաթթվի անբավարարության զարգացման հետևանքով:Որոշ արոմատիկ ամինաթթուների էսթերներ առաջացնում են տեղային անզգայացում.այդ հատկությունը առավել արտահայտված է պարա-ածանցյալների մոտ:Բժշկության մեջ լայն կիրառում ունեն անեսթեզինը (պ-ամինաբենզոաթթվի էթիլ էսթեր) և նովոկաինը (ՊԱԲԹ-ի դիէթիլամինաէթիլ էսթեր):

Անեսթեզին

Նովոկաին

Ամինաթթուների առավել կարևոր դերը կայանում է նրանում,որ սպիտակուցները,որոնք կենդանի օրգանիզմներում,կատարում են բազմաթիվ ֆունկցիաներ (կարգավորիչ,կատալիտիկ,պաշտպանողական,տրանսպորտային,ռեցեպտոր,կառուցվածքային և այլն),կազմված են ամինաթթուներից:Մի շարք անտիբիոտիկներ,հորմոններ և տոքսիններ նույնպես ունեն պեպտիդ-սպիտակուցային կաուցվածք:Պեպտիդները և սպիտակուցները α-ամինաթթուներից կառուցված բարձրամոլեկուլյար միացություններ են:Սպիտակուցների կազմի մեջ մտնող ամինաթթուները բոլորը Լ-շարքի α-ամինաթթուներ են,այսինքն ամին և կարբօքսիլ խմբերը գտնվում են նույն ածխածնի մոտ և ամինաթթուները տարբերվում են միայն ռադիկալների կառուցվածքով:

Այժմ գոյություն ունեն ամինաթթուների մի շարք դասակարգումներ՝ ըստ ածխածնաին շղթայի կառուցվածքի,ամինախմբի դիրքի,կարբօքսիլ- և ամինախմբերի քանակի,ստերեոիզոմերների,կենսաբանական դերի և այլն:Օրինակ,ըստ ամինախմբի դիրքի տարբերում են α,β,γ և այլն ամինաթթուներ:

α-ալանին (Ալա),α-ամինապրոպիոնաթթու,2-ամինապրոպանաթթու

β-ալանին

ըստ կարբօքսիլ և ամինախմբերի քանակի՝ թթվային,հիմնային և չեզոք:

Պատկեր:Amminoacido glicina formula.png

Գլիցին (չեզոք)

Լիզին (հիմնային,Լիզ),2,6-դիամինհեքսանաթթու

Գլուտամինաթթու (թթվային)

Ըստ կենսաբանական դերի ամինաթթուները բաժանվում են երկու խմբի՝ փոխարինելի և անփոխարինելի (ոչ էսենցիալ և էսենցիալ):Կենդանի օրգանիզմի ամինաթթվային պահանջը բավարարվում է երկու ճանապարհով.

• 1.օրգանիզմում որոշ ամինաթթուներ սինթեզվում են համապատասխան կետոթթուներից (այդ պրոցեսը կոչվում է սինթեզ de novo),
• 2.ամինաթթուները առաջանում են սննդամթերքի սպիտակուցների հիդրոլիզից:Այն ամինաթթուները,որոնք կարող են սինթեզվել կենդանի օրգանիզմում,կոչվում են փոխարի նելի,մնացած ամինաթթուները կոչվում են անփոխարինելի և օրգանիզմում չեն սինթեզվում:Անփոխարինելի ամինաթթուների խմբին են պատկանում վալինը,լեյցինը,իզոլեյցինը,տրեոնինը,մեթիոնինը,ֆենիլալանինը,տրիպտոֆանը:Բնության մեջ հայտնաբերված մոտ 300 ամինաթթուներից միայն 20 (22) են մտնում սպիտակուցների կազմի մեջ:Պինդ վիճակում և ջրային լուծույթներում չեզոքին մոտ pH-ի պայմաններում α-ամինաթթուները գտնվում են ներքին աղերի ձևով:

Երկբևեռ (բիպոլյար) իոն

Սպիտակուցների կազմի մեջ մտնող α-ամինաթթուները ջրում լավ լուծվող,բարձր հալման ջերմաստիճան ունեցող բյուրեղային նյութեր են:Որոշ ներկայացուցիչները քաղցրահամ են (գլիցինը),մի մասը անհամ,իսկ,օրինակ L-գլուտամինաթթուն պայմանավորում է մսի յուրահատուկ համը:Կարևոր նշանակություն ունի այն փաստը,որ բավականին հաճախ սպիտակուցների սինթեզը ավարտելուց հետո սպիտակուցի կազմում որոշ ամինաթթուներ ենթարկվում են մոդիֆիկացիայի:Դրանով է պայմանավորված սպիտակուցների հիդրոլիզատներում քսանից ավելի ամինաթթուների առկայությունը:

Ամինաթթուների ստերեոիզոմերիա

Քանի որ α-ածխածինը ասիմետրիկ է (խիրալ կենտրոն է),α-ամինաթթուները (գլիցինի բացառությամբ) գոյություն ունեն տարբեր կոնֆիգուրացիոն ստերեոիզոմերների ձևով՝ L և D α-ամինաթթուների ձևով:α-ամինաթթուների,ինչպես և օքսիթթուների կոնֆիգուրացիան,որոշվում է կոնֆիգուրացիոն ստանդարտների օգնությամբ:Ամինաթթուների բանաձը նույնպես ընդունված է գրել Ֆիշերի կառուցվածքային բանաձևերով:

L-D-Ալանին

Մի շարք ամինաթթուներ ունեն մեկից ավելի խիրալ կենտրոն.օրինակ իզոլեյցինը,տրեոնինը,4-հիդրօքսիպրոլինը նույնպես ունեն երկու խիրալ կենտրոն և համապատասխանաբար չորս դիաստերեոմերներ:

Կենդական օրգանիզմներում սպիտակուցների կազմի մեջ մտնում են միայն L-շարքի ամինաթթուներ,մանրէների մոտ հանդիպում են նաև D-շարքի ներկայացուցիչներ:

Ամինաթթուների անվանակարգը

Ամինաթթուները անվանվում են համաձայն սիստեմատիկ անվանակարգի կանոնների,սակայն սովորաբար օգտագործում են ամինաթթուների կիրառական,այսպես կոչված,տրիվիալ կամ գործածական անունները և հապավումները:

Ասպարագինաթթու (Ասպ),ամինասաթաթթու,2-ամինբութանդիթթու

Սպիտակուցների կազմի մեջ մտնող ամինաթթուների ռադիկալները և անվանակարգը:

Ամինաթթուներ

R-ի կառուցվածքը	Անվանումը	Ամինաթթվային ռադիկալների կրճատ անվանումը
Ալիֆատիկ
H-	Գլիցին	Գլի,Gly
CH3-	Ալանին	Ալա,Ala
(CH3)2CH-	Վալին	Վալ,Val
(CH3)2-CH-CH2-	Լեյցին	Լեյ,Leu
HO2CCH(NH2)CH(CH3)CH2CH3	Իզոլեյցին	Իլե,Ile
OH խումբ պարունակող
-OH-CH2	Սերին	Սեր,Ser
CH3-CHOH-	Տրեոնին	Տրե,Thr
COOH խումբ պարունակող
HOOC-CH2-	Ասպարագինաթթու	Ասպ,Asp
HOOC-CH2-CH2-	Գլուտամինաթթու	Գլու,Glu
NH2CO խումբ պարունակող
NH2CO-CH2	Ասպարագին	Асн,Asn
NH2CO-CH2-CH2-	Գլուտամին	Гли,Gln
NO2 խումբ պարունակող
NH2-(CH2)3	Լիզին	Լիզ,Lys
(NH-C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)-COOH)	Արգինին	Արգ,Arg
Ծծումբ պարունակող
HS-CH2-	Ցիստեին	Ցիս,Cys
CH3-S-CH2-CH2-	Մեթիոնին	Մեթ,Met
Արոմատիկ
C6H5CH2CH(NH2)COOH	Ֆենիլալանին	Ֆեն,Phe
Թիրոզին	Թիրոզին	Թիր,Tyr
Հետերոցիկլիկ
Տրիպտոֆան	Տրիպտոֆան	Տրի,Trp
Հիստիդին	Հիստիդին	Գիս,His
Իմինաթթու
Պրոլին	Պրոլին	Պրո,Pro

Սպիտակուցի սինթեզին մասնակցող ամինաթթուների ժամանակակից դասակարգումը հիմնված է ամինաթթուների ռադիկալների հատկությունների վրա:Ըստ ռադիկալների կառուցվածքային յուրահատկությունների սպիտակուցների կազմի մեջ մտնող ամինաթթուները բաժանվում են երկու հիմնական խմբերի՝ հիդրոֆիլ և հիդոֆոբ:Հիդրոֆիլ ամինաթթուները իրենց հերթին բաժանվում են երկու խմբի՝ լիցքավորված (դրական և բացասական) և բևեռացված չլիցքավորված ամինաթթուների:Դրական լիցքավորված ամինաթթուների խմբին են պատկանում արգինինը,լիզինը և հիստիդինը,բացասական լիցքավորվածների՝ ասպարագինաթթուն և գլուտամինաթթուն:Բևեռացված չլիցքավորված ամինաթթուների խմբին են պատկանում սերինը,ցիստեինը,թիրոզինը,տրեոնինը,գլուտամինը,ասպարագինը:Հիդրոֆոբ ամինաթթուներն են ալանինը,մեթիոնինը,վալինը,լեյցինը,իզոլեյցինը,տրիպտոֆանը,ֆենիլալանինը:

Սպիտակուցների հիդրոլիզատներում հաճախ հայտնաբերվում են մի շարք այլ ամինաթթուներ:Դա պայմանավորված է նրանով,որ բավականին հաճախ սպիտակուցների սինթեզը ավարտելուց հետո սպիտակուցի կազմում որոշ ամինաթթուներ ենթարկվում են մոդիֆիկացիաների,առաջացնելով մի շարք նոր,տվյալ սպիտակուցների ֆունկցիաները կատարելու համար կարևոր ամինաթթուներ:Օրինակ՝ կոլագեն սպիտակուցում պրոլինի հիդրօքսիլացման հետևանքով առաջանում է 4-հիդրօքսիպրոլին,բոլոր սպիտակուցների երրորդային կառուցվածքի ձևավորման ժամանակ ցիստեինի օքսիդացման շնորհիվ առաջանում է ցիստին,մակարդելիությանը մասնակից պրոտրոմբին սպիտակուցի կազմում գլուտամինաթթուն ենթակվումէ կարբօքսիլացման γ-կարբօքսիգլուտամինաթթվի առաջացումով և այլն:

Ամինաթթուների թթվահիմնային հատկությունները

Ջրային լուծույթներում ամինաթթուները գտնվում են բիպոլյար,կատիոնային և անիոնային ձևերի հավասարակշիռ խառնուրդի ձևով:Հավասարակշիռ վիճակը կախված է միջավայրի pH-ից:

NH₃⁺-CH(R)-COOH(Կատիոնային ձև)+H⁺→NH₃⁺-CH(R)-COO^-(Երկբևեռ իոն)→NH₂-CH(R)-COO^-(Անիոնային ձև)

Լրիվ պրոտոնացված α-ամինաթթուն (կատիոնային ձևը) ըստ Բրենստեդի,երկհիմն թթու է,ենթարկվում է աստիճանական դիսոցման և ունի դիսոցման հաստատունի երկու արժեք՝ pK_a1 և pK_a2:pK_a1,որի մեծությունը տատանվում է 1-3 սահմաններում,բնութագրում է կարբօքսիլ խմբի թթվային հատկություններ:pK_a2 բնութագրում է ամոնիումային խմբի թթվայնությունը և գտնվում է 9-ից մինչև 10 տիրույթում:

pH-ի այն արժեքը,որի դեպքում բիպոլյար իոնների կոնցենտրացիան առավելագույնն է,իսկ կատիոնային և անիոնային ձևերի մինիմալ կոնցենտրացիաները հավասարվում են,կոչվում են իզոէլեկտրիկ կետ (pl):

pl=1/2(pK_a1+pK_a2)

Իզոէլեկտրիկ կետում α-ամինաթթուների մոլեկուլների գումարային լիցքը հավասար է զրոյի:Բիպոլյար իոնները չեն տեղաշարժվում էլեկտրական դաշտում:Եթե միջավայրի pH-ը ցածր է ամինաթթվի pl-ից,ամինաթթուն գտնվում է կատիոնային ձևով և շարժվում է դեպի կատոդ,եթե բարձր է՝ ապա անիոնային ձևով և շարժվում է դեպի անոդ:Այս հատկության վրա է հիմնված ամինաթթուների բաժանումը էլեկտրաֆորեզի եղանակով:

Ամինաթթուների առաջացման եղանակները

Օրգանիզմում ամինաթթուները հիմնականում առաջանում են պեպտիդների և սպիտակուցների հիդրոլիզի արդյունքում:Սպիտակուցների մարսողությունը աղեստամոքսային տրակտում և քայքայումը հյուսվածքներում կատարվում են մի շարք ֆերմենտների (պեպսին,տրիպսին,խիմոտրիպսին,կատեպսիններ և այլն) մասնակցությամբ:

Հիդրոլիզի կարող է կատարվել ինչպես ֆերմենտների,այնպես էլ թթուների և հիմքերի ազդեցության պայմաններում:Լաբորատոր պայմաններում լայն կիրառում ունի թթվային հիդրոլիզը:

H₂N-CH(R₁)-CO-NH-CH(R₂)-CO-NH-CH(R₃)-CO-NH-CH(R₄)-CO-→H₂N-CH(R₁)-CO-OH+H₂N-CH(R₂)-CO-OH+H₂N-CH(R₃)-CO-OH+....

Ամինաթթուների կենսասինթեզը կետոթթուներից ընթանում է երկու հիմնական եղանակներով՝

ա)տրանսամինացման,որը հիմնական բիոսինթետիկ ուղին է:Տրանսամինացման ընթացքում կետոթթուն (α-կետոգլուտարաթթուն) ընդունում է ամինախումբ որևէ ամինաթթվից,վերածվելով համապատասխան ամինաթթվի:

Տրանսամինացման ռեակցիա

Պրոցեսը կատարվում է տրանսամինազ ֆերմենտների մասնակցությամբ:Որպես կոնֆերմենտ մասնակցում է պիրիդօքսալֆոսֆատը:

Պիրիդօքսալֆոսֆատ

Այս պրոցեսում պիրիդօքսալֆոսֆատը ծառայում է որպես ամինախմբի պահեստարան,որպեսզի հետագայում փոխանցի այն որևէ կետոթթվի:Ռեակցիան ընթանում է երկու փուլով:Առաջին փուլում տեղի է ունենում որևէ ամինաթթվի փոխազդեցություն ֆերմենտի հետ և ամինախմբի տեղափոխում կոնֆերմենտի վրա:

Երկրորդ փուլում պիրիդօքսալֆոսֆատը փոխազդում է որևէ կետոթթվի հետ,փոխանցելով ամինախումբը նրա վրա:

Փաստորեն տեղի է ունենում վերամինացում,կամ երկու ֆունկցիոնալ խմբերի՝ կետոթթվի կարբոնիլ և ամինաթթվի ամինախմբի փոխանակում:

բ)չհագեցած թթվի և ամիոնիակի փոխազդեցության արդյունքում (β-ամինաթթուների առաջացնում α,β-չհագեցած կարբոնաթթուներից):

R-CH=CH-COOH+NH₃→R-CH(NH₂)-CH₂-COOH

գ)α-կետոթթուների վերականգնիչ ամինացում,որը կատարվում է ֆերմենտատիվ եղանակով,որպես կոնֆերմենտ հանդես է գալիս NADH+H⁺:

HOOC-CH₂-CH₂-CO-COOH→HOOC-CH₂-CH₂-CH(NH₂)-COOH

2.Կարբոնաթթուներից հալոգենացման և հետագա ամոնոլիզի ճանապարհով:

R-CH(Br)-COOH+NH₃→R-CH(NH₂)-COOH

3.Ցիանհիդրինային սինթեզի եղանակով:

Ցիանհիդրինային սինթեզ

Ամինաթթուների քիմիական հատկությունները

Ամինաթթուներին բնորոշ են բոլոր այն քիմիական հատկությունները,որոնք պայմանավորված են ամինա և կարբօքսիլ խմբերով:Շնորհիվ իրենց կազմի մեջ մտնող ամինա- և կարբօքսիլ խմբերի ամինաթթուները հանդիսանում են ամֆոտեր միացություններ,հետևաբար,առաջացնում են աղեր և՜ թթուների,և՜ հիմքերի հետ փոխազդելիս:

α-հետերոֆունկցիոնալ միացությունները,այդ թվում և ամինաթթուները հակված են խելատային կոմպլեքս միացությունների առաջացման և մեղմ պայմաններում առաջացնում են լավ բյուրեղացվող պղնձի՝ Cu(II) ներկոմպլեքսային աղեր:Դա պայմանավորված է երկու գործոններով՝ ա)կայուն հինգ և վեց անդամանի ցիկլերի առաջացման ձգտումով և բ)ֆունկցիոնալ խմբերի փոխադարձ ազդեցության շնորհիվ յուրաքանչյուր խմբի ռեակցիոնունակության բարձրացումով:

Սպիրտների հետ փոխազդելիս ամինաթթուները առաջացնում են բարդ էսթերներ,որոնք,ի տարբերություն ամինաթթուների,չունեն երկբևեռ կառուցվածք:Ամինաթթուների էսթերները լուծվում են օրգանական լուծիչներում,ցնդող են և այդ հատկության վրա է հիմնված ամինաթթուների բաժանման (առաջին անգամ առաջարկվել է Ֆիշերի կողմից 1901թ) էսթերային եղանակը:Ժամանակակից գազհեղուկային քրոմատոգրաֆիկ եղանակները նույնպես հիմնված են այդ հատկության վրա:

1.Ամինաթթուների կարևորագույն հատկություններից է պեպտիդների առաջացումը:

2.միջմոլեկուլային դեհիդրատացում α-ամինաթթուների միջև,ցիկլիկ դիպեպտիդների (դիկետո)