Номенклатура, молекулярная масса и значения рK аминокислот

Название аминокислоты	Обозначение	Молеку-лярная масса	рK1 (-СООН)	рK2 (-NH3+)	рKR (R-группы)
Глицин	Gly G	75	2,34	9,60	−
Аланин	Ala A	89	2,34	9,69	−
Валин	Val V	117	2,32	9,62	−
Лейцин	Leu L	131	2,36	9,60	−
Изолейцин	Ile I	131	2,36	9,68	−
Пролин	Pro P	115	1,99	10,96	−
Фенилаланин	Phe F	165	1,83	9,13	−
Тирозин	Tyr Y	181	2,20	9,11	10,07
Триптофан	Trp W	204	2,38	9,39	−
Серин	Ser S	105	2,21	9,15	13,60
Треонин	Thr T	119	2,11	9,62	13,60
Цистеин	Cys C	121	1,96	10,78	10,28
Метионин	Met M	149	2,28	9,21	−
Аспарагин	Asn N	132	2,02	8,80	−
Глутамин	Gln Q	146	2,17	9,13	−
Аспартат	Asp D	133	1,88	9,60	3,65
Глутамат	Glu E	147	2,19	9,67	4,25
Лизин	Lys K	146	2,18	8,95	10,53
Аргинин	Arg R	174	2,17	9,04	12,48
Гистидин	His H	155	1,82	9,17	6,00

В зависимости от полярности R-групп выделяют четыре класса аминокислот: неполярные, полярные незаряженные, отрицательно заряженные и положительно заряженные.

К неполярным аминокислотам относятся: глицин; аминокислоты с алкильными и арильными боковыми цепями – аланин, валин, лейцин, изолейцин; тирозин, триптофан, фенилаланин; иминокислота – пролин. Они стремятся попасть в гидрофобное окружение «внутри» молекулы белка.

В число полярных заряженных аминокислот входят: положительно заряженные аминокислоты – гистидин, лизин, аргинин; отрицательно заряженные аминокислоты – аспарагиновая и глутаминовая кислота. Они обычно выступают наружу, в водное окружение белка.

Остальные аминокислоты образуют категорию полярных незаряженных: серин и треонин (аминокислоты-спирты); аспарагин и глутамин (амиды аспарагиновой и глутаминовой кислот); цистеин и метионин (серосодержащие аминокислоты).

Поскольку при нейтральном значении рН СООН-группы глутаминовой и аспарагиновой кислот полностью диссоциированы, их принято называть глутаматом и аспартатом независимо от природы присутствующих в среде катионов.

В ряде белков содержатся особые аминокислоты, образующиеся путем модификации обычных аминокислот после их включения в полипептидную цепь, например 4-гидроксипролин, фосфосерин, -карбоксиглутаминовая кислота и др.

Все аминокислоты, образующиеся при гидролизе белков в достаточно мягких условиях, обнаруживают оптическую активность, т. е. способность вращать плоскость поляризованного света (за исключением глицина). Оптической активностью обладают все соединения, способные существовать в двух стереоизомерных формах (L- и D-изомеры). В состав белков входят только L-аминокислоты.

Глицин не имеет асимметрического атома углерода, а треонин и изолейцин содержат по два асимметрических атома углерода. Все остальные аминокислоты содержат один асимметрический атом углерода.

Оптически неактивная форма аминокислоты называется рацематом, представляющим собой эквимолярную смесь D- и L-изомеров, и обозначается символом DL-.

Мономеры аминокислот, входящих в состав полипептидов, называются аминокислотными остатками. Остатки аминокислот соединяются друг с другом пептидной связью (рис. 2.1), в формировании которой принимает участие -карбоксильная группа одной аминокислоты и α-аминогруппа другой.

Равновесие этой реакции сдвинуто в сторону образования свободных аминокислот, а не пептида. Поэтому биосинтез полипептидов требует катализа и затрат энергии.

Рис. 2.1. Планарное расположение атомов пептидной связи:

а – таутомерные превращения пептидной связи; б – обозначение атомов и связей пептидной группы; в – фрагмент полипептидной цепи

Поскольку дипептид содержит реакционноспособные карбоксильную и аминогруппу, то к нему с помощью новых пептидных связей могут присоединяться другие аминокислотные остатки, в результате чего образуется полипептид – белок.

Полипептидная цепь состоит из регулярно повторяющихся участков – групп NHCHRCO, образующих основную цепь (скелет или остов молекулы), и вариабельной части, включающей характерные боковые цепи. R-группы аминокислотных остатков выступают из пептидного остова и формируют в значительной степени поверхность полимера, определяя многие физические и химические свойства белков. Свободное вращение в пептидном остове возможно между атомом азота пептидной группы и соседним -углеродным атомом, а также между -углеродным атомом и углеродом карбонильной группы. Благодаря этому линейная структура может приобретать более сложную пространственную конформацию.

Аминокислотный остаток, имеющий свободную -аминогруппу, называется N-концевым, а имеющий свободную -карбоксильную группу – С-концевым (рис. 2.1).

Структуру пептидов принято изображать с N-конца.

Иногда концевые -аминогруппа и -карбоксильная группа связываются одна с другой, образуя циклические пептиды.

Пептиды различаются количеством аминокислот, аминокислотным составом и порядком соединения аминокислот.

Пептидные связи очень прочные, и для их химического гидролиза требуются жесткие условия: высокие температура и давление, кислая среда и длительное время.

В живой клетке пептидные связи могут разрываться с помощью протеолитических ферментов, называемых протеазами, или пептидгидролазами.

Так же, как и аминокислоты, белки являются амфотерными соединениями и в водных растворах заряжены. Для каждого белка существует своя изоэлектрическая точка. При значениях рН выше изоэлектрической точки белок несет отрицательный заряд, а при значениях рН ниже изоэлектрической точки – положительный.

Аминокислотные остатки в пептидной цепи белков чередуются не случайным образом, а расположены в определенном порядке. Линейная последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой белка. Она определяет другие уровни организации белков – вторичную, третичную и четвертичную структуры (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Уровни структурной организации белков

Среди известных белков самые короткие цепи встречаются в некоторых пептидных гормонах, имеющих в своем составе от 25 до 100 аминокислот. Более типичны полипептидные цепи, содержащие от 100 до 500 аминокислотных остатков. Наибольшая из известных полипептидных цепей состоит более чем из 3000 остатков, что характерно для фибриллярных белков.

Последовательность аминокислот в первичной структуре белка является специфической для данного белка, отличающей его от любого другого индивидуального белка. Замена даже одной аминокислоты на другую может привести к полной утрате биологической активности белка.

Первичная структура белка генетически детерминирована и воспроизводится в ходе транскрипции и трансляции.