Aminoacizi- compuşii organici cu funcţiune mixtă ce conţin în moleculă grupele carboxil (COOH) şi amino (NH2).

Criterii de clasificare a aminoacizilor:

1. După natura radicalilor organici prezenţi în structura acestora:• aminoacizi alifatici – în care grupele amino şi carboxil sunt direct legate de o catenă alifatică,

indiferent dacă în moleculă mai există sau nu şi alte grupe aromatice sau heterociclice;• aminoacizi aromatici – în care ambele grupe amino şi carboxil sunt legate de un nucleu sau un sistem

aromatic. COOHNH2

COOH

NH2

COOH

NH2acid o-aminobenzoic

acid antranilicacid m-aminobenzoic acid p-aminobenzoic .

2. După poziţia reciprocă a grupelor funcţionale: -aminoacizi - în care grupa amino este legată de atomul de carbon învecinat (poziţia 2 sau ) cu

grupa carboxil. În chimia peptidelor poziţiile 2, 3, 4, 5, 6, etc. se notează în ordine cu literele alfabetului grec: , , , , , etc.

-aminoacizi - în care grupa amino este legată de atomul de carbon din poziţia 3 sau faţă de grupa carboxil.

R CHNH2

COOH

C C C C C COOH

-aminoacid alifatic

-aminoacid alifatic

R CHNH2

CH2 COOH

acid antranilic

COOHNH2

-aminoacid aromatic .

3. Din punct de vedere al alimentaţiei pentru organismul animal:• aminoacizi esenţiali (marcaţi cu * în tabel) – ce nu pot fi sintetizaţi de organismul animal, şi aportul

lor în alimentaţie este adus din proteinele animale şi vegetale; doar forma enantiomeră L este acceptată şi utilă organismului animal;

• aminoacizi neesenţiali - ce pot fi sintetizaţi de organismul animal.

Tabelul 1. Clasificarea generală a -aminoacizilor

Structură Nomenclatură Notaţie prescurtată

-Aminoacizi monoamino-monocarboxilici

glicocol sau glicină(acid aminoacetic)

Gli

alanină(acid -aminopropanoic sau propionic)

Ala

valină (acid valerianic = acid pentanoic)(acid -aminoizovalerianic sau acid -metil--aminobutanoic sau butiric)

Val*

leucină (acid capronic = acid hexanoic)(acid -aminoizocapronic sauacid -metil--aminopentanoic)

Leu*

izoleucină(acid -metil--aminopentanoic sau valerianic)

Ile*

fenilalanină(acid -fenil--aminopropanoic sau propionic)

Fen*

-Aminoacizi monoamino-dicarboxilici

acid asparagic sau acid aspartic(acid aminosuccinic)

Asp

asparagină(monoamida acidului aminosuccinic)

Asn

acid glutamic(acid -aminoglutaric)

Glu

glutamină(monoamida acidului -aminoglutaric)

Gln

H2N CH2 C OH

O

H3C CH

NH2

C

O

OH

H3C CH CH

NH2

C

O

OH

CH3

CH CH2 CH

NH2

C

O

OHH3C

CH3

CH2 CH CH

NH2

C

O

OH

CH3

H3C

CH2 CH

NH2

C

O

OH

C CH2 CH

NH2

C

O

OH

O

HO

C CH2 CH

NH2

C

O

OH

O

H2N

C CH2 CH

NH2

C

O

OH

O

HO CH2

C CH2 CH

NH2

C

O

OH

O

H2N CH2

Structură NomenclaturăNotaţie

prescurtată

Hidroxi--aminoacizi

serină(acid -hidroxi--aminopropanoic sau propionic)

Ser

treonină(acid -hidroxi--aminobutanoic sau butiric)

Tre*

Tirosină(p-hidroxifenilalanină)

Tir*

Tio--aminoacizi

cisteină(tiolalanină)

Cis*

cistină Cis-S-S-Cis

metionină(acid -metiltio--aminobutanoic sau butiricsau acid -amino--S-metiltiobutanoic sau butiric)

Met*

HO CH2 CH

NH2

C

O

OH

H3C CH CH

NH2

C

O

OH

OH

CH2 CH

NH2

C

O

OHHO

CHCH2HS

NH2

C

O

OH

S CH2 CH

NH2

C

O

OHSCH2CH

NH2

C

O

HO

CHCH2CH2S

NH2

C

O

OHH3C

Structură Nomenclatură Notaţie prescurtată

-Diaminoacizi

ornitină(acid 2,5-diaminopentanoic sau valerianic)

Or

lisină(acid 2,6-diaminohexanoic)

Lis*

arginină(acid 2-amino-5-guanidinopentanoic)

Arg

-Aminoacizi heterociclici

prolină(acid pirolidin--carboxilic)

Pro

hidroxiprolină(acid 4-hidroxipirolidin-2-carboxilic)

Hip

histidină(-imidazolilalanină)

His*

triptofan(-indolilalanină)

Trip*

CHCH2CH2CH2H2N C OH

NH2

O

CHCH2CH2CH2CH2 C OH

NH2

O

H2N

CHCH2CH2CH2NHCH2N

NH NH2

C

O

OH

NH

C

OH

O

NH

C

OH

O

HO

CH CCH2 OH

O

N

HN

NH2

CH CCH2 OHO

HN

NH2

Structura -aminoacizilor

- prezintă o structură amfionică dipolară(cele două grupe: amino, bazică şi carboxil, acidă, se neutralizează reciproc intramolecular)

H2N R COOHamfion

H3N R COO

- au caracter amfoter, iar în soluţii apoase formează soluţii tampon.

H3N R COO H2N R COOH3N R COOHHOH

cation (in mediu acid) amfion (in mediu neutru) anion (in mediu bazic) .H2O

Stereochimia -aminoacizilor

-Aminoacizii naturali prezintă în moleculă un atom de carbon asimetric (chiral). Cu excepţia glicinei, toţi aminoacizii naturali sunt optic activi, iar atomul de carbon chiral (C*) are configuraţia S (sinister). Prioritatea celor patru substituenţi de la atomul de carbon chiral : NH2 > COOH > R > H.În clasa aminoacizilor se utilizează prin tradiţie nomenclatura bazată pe înrudirea configurativă cu L-glicerinaldehida, care prezintă la atomul de carbon chiral tot o configuraţie S (cu prioritatea substituenţilor la C*: OH > CH=O > CH2OH > H), ceea ce determină apartenenţa -aminoacizilor naturali la seria configurativă L.

S S (sinister)120°

formula perspectivica

C

CHO

HO HCH2OH

C

CHO

HOCH2 OH

configuratia C* este S (sinister)

COOH

C

R

HH2N

COOH

C

R

H NH2

(R)--aminoacidsau (S)--aminoacidconfiguratia C* este R (rectus) .

CHO

C

CH2OH

H OH

D(+) glicerinaldehida

4

3

2

1

CHO

C

CH2OH

HHO

L(-) glicerinaldehida

Sproiectiedirectia de

C

CHO

HOCH2 OHH

1

2

3

CHO

C

CH2OH

HHO

L(-) glicerinaldehida

formula proiectivade tip Fisher

nenaturalD--aminoacidL--aminoacid

natural

Separarea enantiomerilor -aminoacizilor

Prin sinteza chimică nestereospecifică sau achirală se obţin amestecuri racemice: 50% forma L şi 50% forma D (sau 50% (+)) şi 50% (-)) - se impune separarea formei enantiomere L utile.Metoda chimică - tratarea amestecului racemic cu clorură de benzoil

H3N R COO

amestec racemic (D,L)

-aminoacid desinteza nestereospecifica

+ L-BrucinaC6H5 C

O

Cl

clorura de benzoil Brucina, notata cu Bprezinta caracter bazic .(D,L)--aminoacizi-N-benzoilati

amestec racemic

NH R COOHCO

C6H5

NH R COOCO

C6H5 BH NH R COOCO

C6H5 BH+(D) (L) (L) (L)

saruri diastereoizomere separabile prin recristalizari fractionate succesive

H3N R COO H3N R COOD--aminoacid

nenaturalL--aminoacididentic natural

Brucina - alcaloid policiclic cu nucleu indolic cu structură asemănătoare stricninei

N

O

N

O

H3C-O

H3C-O

brucina

N

O

N

Ostricnina

Dezavantaj metodă: a) forma diastereoizomerului D--aminoacidului nenatural este de regulă mai greu solubilă şi deci mai uşor de obţinut în stare pură; b) după separarea sărurilor, se hidrolizează grupa benzoil în mediu acid când sunt posibile racemizări.

Pe cale biologică enzimatică - forma D (nenaturală) a -aminoacidului se poate obţine prin tratarea racemicului aminoacidului cu o enzimă (aminoacid-oxidază) ce degradează oxidativ doar forma L a -aminoacidului natural. Reacţiile enzimatice fiind perfect stereospecifice, se va obţine enantiomerul D al -aminoacidului cu randament practic cantitativ.

Proprietăţi fizice ale aminoacizilor-sunt substanţe cristalizate, solubile în apă, insolubile în solvenţi nepolari, cu puncte de topire mai mari de 250C, cu descompunere. Nu pot fi distilaţi nici măcar în vid, deoarece formează săruri interne cu structură amfionică. Comportarea acestora se aseamănă cu cea a electroliţilor (sărurilor).- cu excepţia glicinei, toţi -aminoacizii naturali sunt optic activi (aparţin seriei configurative L), ei putând fi însă dextrogiri (+) sau levogiri (-).

Proprietăţi chimice ale aminoacizilor

Reacţii cu acizi şi baze. Amfioni. Punct izoelectric.În stare solidă aminoacizii se prezintă sub formă amfionică. Cationul unui aminoacid se comportă ca un acid bibazic ce prezintă două trepte de ionizare.

(I)

(II)

+ H2Ocation

H3N R COOHamfion

H3N R COO H3O+

H2O+amfion

H3N R COO H3O+anion

H2N R COO

treapta a I-a de ionizare

treapta a II-a de ionizare .

Constanta de aciditate se obţine din constanta de echilibru a reacţiei (I).

pH = – log [H+] şi pKa = – log K

pH-ul izoelectric sau punctul izoelectric (notat cu pHi sau pI) al unui aminoacid reprezintă acea concentraţie a ionilor de hidrogen la care soluţia sa conţine speciile anionice şi cationice în proporţii egale ([cation] = [anion]).

O][cation][H

]O[amfion][HK

2

3

[cation]

][amfion][HK1

[amfion]

][anion][HK 2

conjugat] [acid

[baza] log ][H logK log

[cation]

[amfion]logpHpK1

[amfion]

[anion]logpHpK 2

)pK(pK2

1pHKK][HKK][H

][H

[amfion]K[anion]

K

][amfion][H[cation] 21i2121

22

1

Curba de titrare a unui -aminoacid monoamino-monocarboxilic: pentru alanină pK1 = 2,3 şi pK2 = 9,7 pH

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

0 0,5 1,0 1,5 2,0

9,7

2,3

echivalenti HO

amfion

anion

cation

pK2 = 9,7

pK1 = 2,3

pK i = 6,0

6,02

9,72,3pH i

HOOC-CH2-CH-COOHNH3

acidul asparagic lisina arginina

pKa = 3,87 2,09

9,82

H3N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOHNH3

H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-COOHNH3NH210,5

8,95

2,18

12,5 9,04

2,02

pHi = 3,0

punctul izoelectric (pI) sau pH-ul izoelectric (pH i) pentru acizi aminodicarboxilici si diaminocarboxilici

pHi = 9,7 pHi = 10,8

Aminoacizii dicarboxilici (asparagic, glutamic) sau diaminoacizii (ornitina, lisina, arginina) au câte trei constante de ionizare datorită grupelor carboxil, amino, respectiv guanidino suplimentare. Din acest motiv punctele lor izoelectrice vor fi situate în domeniul acid (pHi 3), respectiv în cel bazic (pHi 7 9 sau chiar peste 10 în cazul argininei).

Comportarea aminoacizilor în câmp electric. Electroforeza

În soluţii alcaline anionii aminoacizilor migrează spre anod (+), iar în soluţii acide cationii aminoacizilor migrează spre catod (-). La punctul sau pH-ul izoelectric încetează migrarea ionilor spre electrozi. Solubilitatea aminoacizilor, respectiv proteinelor este minimă la punctul izoelectric (pH i), astfel că electroforeza reprezintă un procedeu de separare şi identificare a aminoacizilor şi proteinelor în funcţie de comportarea acestora în câmpul electric. Electroforeza se bazează pe principiul migraţiei diferite în câmp electrostatic a aminoacizilor şi proteinelor, în funcţie de sarcina electrică şi de greutatea moleculară a acestora.

Săruri ale aminoacizilor

• Formează săruri atât cu acizii tari cât şi cu bazele tari: cu HCl clorhidraţi, iar cu acizi tari organici ca acizii benzensulfonici şi acidul picric (2,4,6-trinitrofenolul), săruri greu solubile în apă, dar solubile în solvenţi organici.• Datorită caracterului aminoacizilor de a forma soluţii tampon, la titrarea obişnuită a acestora cu acizi şi baze nu poate fi determinat corect punctul de echivalenţă. Dacă însă la soluţia apoasă a unui aminoacid se adaugă formaldehidă în exces, titrarea în mediu alcalin decurge fără probleme în prezenţa indicatorilor uzuali, fapt explicat prin reacţia dintre formaldehidă şi grupa amino cu formarea unei baze Schiff (H2C=O + H2N–R–COOH → H2C=N–R–COOH + H2O), reacţie care conduce la scăderea sensibilă a bazicităţii grupei aminice.• -Aminoacizii formează săruri complexe interne (chelaţi) greu solubile cu metale grele ca: Mg, Cu, Co, Ca, Pb, Hg, etc.Stabilitatea deosebită a acestora indică o structură ciclică lipsită de tensiuni în care aminoacidul formează două legături coordinative cu metalul, una prin perechea de electroni neparticipanţi ai atomului de azot şi cealaltă prin atomul de oxigen al grupei carboxil. -Aminoacizii formează şi ei săruri interne, însă mai puţin stabile, iar - şi -aminoacizii nu formează astfel de combinaţii complexe.

Cuprul, care are numărul de coordinaţie patru, formează cu glicocolul un complex stabil colorat în albastru (nu este descompus de NaOH, ci doar de H2S).

Cobaltul, care are numărul de coordinaţie şase, formează un complex chelat cu trei molecule de glicocol.

Acidul etilendiaminotetraacetic sau sarea sa de sodiu, etilendiaminotetraacetatul de sodiu, cunoscut sub denumirea de EDTA, precum şi alţi compuşi cu structuri asemănătoare acestora formează complecşi chelaţi stabili cu Ca, Mg, Cu şi alte metale tranziţionale. EDTA joacă rolul de ligand bidentat în formarea acestor chelaţi cu metalele bivalente. Este utilizat în chimia analitică la titrările complexonometrice, în îndustria textilă, a detergenţilor, în tehnica fotografică, având rolul general de a lega complex ionii de calciu şi magneziu.

complecsii chelati ai glicocolului cu cuprul si cobaltul complex al EDTA cu magneziul

H2H2

CH2 CH2

O

C

CO

N

O

N

OC

CMg

CH2 COOH2COOC NaNaC

CO

N

O

Cu

O O

NC

C

H2

H2

H2

H23

CoC

CN

OO

H2H2

Reacţii chimice de formare a derivaţilor funcţionali ai aminoacizilorA. Reacţii chimice de formare a derivaţilor funcţionali la grupa amino din aminoacizi

1. Acilarea cu cloruri acide (CH3-CO-Cl; C6H5-CO-Cl) - protejarea grupei amino care pierde caracterul bazic.

C6H5 CO

Cl+ H2N CH2 COO

- Na

+ NaOHC6H5 C

O

NH CH2 COOH + NaCl

glicina sare de sodiusau glicinat de sodiu benzoilglicina sau acid hipuric

clorura de benzoil

R' CO

Cl+ H2N R COOH

NaOH sau baze organicede tipul aminelor tertiare R' C

O

NH R COOH

R' = CH3; C6H5 aminoacid acilatR = catena de rest hidrocarbonat

Dezavantaj: hidroliza grupei acilamino (la cald în prezenţa acizilor sau bazelor) este însoţită de racemizarea atomului de carbon chiral.

2. Acilarea cu cloroformiat de benzil (Cbz-Cl) sau metoda benziloxicarbonilării - utilizată frecvent în sintezele de peptide pentru protejarea grupei amino din aminoacizi.

benziloxicarbonilaminoacid sauN-hidroxicarbonilalchil-O-benzilcarbamat

+C6H5 CH2 O CO

Cl H2N R COO- Na

+ + NaClC6H5 CH2 O CO

NH R COOH

C6H5 CH2 OH + Cl CO

Cl C6H5 CH2 O CO

Cl + HCl

alcool benzilic fosgen cloroformiat de benzil (Cbz)sau clorocarbonat de benzil

C6H5 CH2 O CO

NH R COOH H2N R COOH + C6H5 CH2 Br + CO2

acidul carbamic, instabil, elimina dioxidul de carbon

+ H2 / cat. de Ni, Pt sau Pd

C6H5 CH3 + HO CO

NH R COOH +C6H5 CH3 H2N R COOH CO2+

+ HBr / CH3-COOHla rece

Deşi metodele de deprotejare au loc în condiţii blânde de reacţie, sunt posibile racemizări ale centrului optic activ.

3. Acilarea cu terţ-butoxicarbonilazidă (Boc-N3)

(CH3)3C OH + +- HClCl C

OCl O C

OCl(CH3)3C

tert-butanol cloroformiat de tert-butil

NaN3

azida de sodiu

fosgen

O CO

N3(CH3)3C NaCl

tert-butoxicarbonilazida

O CO

N3(CH3)3C H2N R COO- Na

++ - NaN3 O CO

NH(CH3)3C R COOH

tert-butoxicarbonilaminoacid

tert-butoxicarbonilaminoacid

O CO

NH(CH3)3C R COOH

(Boc-aminoacid)

+H2N R COOHaminoaciddeprotejat

F3C-COOH / CH3-COOHac. trifluoroacetic sau CH2Cl2 +CO2 H2C=C

CH3

CH3 dioxidde carbon izobutena

produsi gazosi

B. Reacţii chimice de formare a derivaţilor funcţionali lagrupa carboxil din aminoacizi

1. Formarea clorurilor acide ale aminoacizilor - metodă de activare a grupei carboxil.

++H3N R COO-+

PCl5 H3N R CO

Cl

+POCl3

solvent CH3COClclorura de acetil

Cl-

clorura acida a aminoaciduluisub forma de clorhidrat

2. Formarea esterilor aminoacizilor - metodă de protejare a grupei carboxil.

H3N R CO

OR'

+Cl-

esteri ai aminoaciduluisub forma de clorhidratiNaCl + H2SO4 conc.

obtinut din1 mol1 molR'OH + HCl (gazos)+H3N R COO

-+

H3N R COO-++

aminoacid alcool

aminoacidSOCl2 + R'OHclorurade tionil

alcoolinferior

sub forma de clorhidratiesteri ai aminoacidului

Cl-

SO2 + HClH3N R CO

OR'

++

gaze

R' = CH3 sau un rest alchil inferior

Esterii liberi ai aminoacizilor nu sunt stabili, ei pot da reacţii de condensare intermoleculare formând compuşi heterociclici din clasa dicetopiperazinelor.

CHC OR

NH2

O

R

CCHRO

NH2

O

R

- 2 R-OH C

NC

C

NCO

O

H

HH

H

R

R

dicetopiperazina

Benzil esterii aminoacizilor sunt utilizaţi la protejarea grupei carboxil în sinteze de peptide datorită faptului că reacţia de deprotejare a grupei esterice are loc prin hidrogenare catalitică în condiţii blânde fără a afecta centrul chiral optic activ al aminoacidului.

alcool benzilicC6H5 CH2 OHH3N R COO

-++ + H3C SO3H

aminoacid acid p-toluensulfonic

H3C SO3-

H3N R CO CH2 C6H5

O+

TsO- esterul benzilic al aminoacidului

esterul benzilic al aminoacidului

H3N R CO CH2 C6H5

O+H3C SO3

-

deprotejare+ H2 / cat.

acid p-toluensulfonicaminoacidH3C SO3H++H3N R COO

-+C6H5 CH3

toluen

3. Formarea de anhidride mixte ale aminoacizilor N-acilaţi - metodă de activare a grupei carboxil

Acil NH R COOH

Acil = benzoil; Cbz; Boc

+ Cl C OR'O

R' = CH3; C2H5

C OR'O

OCO

RNHAcil

anhidrida mixta acilata

Radicalul O-COOR’ din grupa carboxil activată a aminoacidului este o grupă uşor deplasabilă (nucleofugă) de către o grupă aminică. Această proprietate a anhidridelor mixte ale aminoacizilor N-acilaţi este exploatată în sintezele de peptide.

C OR'O

OCO

RNHAcil H2N R COOR"+dipeptida legatura amidica

+ CO2 + R'OHRNHAcil COOR"RO

NHC

4. Formarea de hidrazide şi azide ale aminoacizilor N-acilaţi - metodă de activare a grupei carboxil.

+ H2N NH2- R'OH

OR'CO

RNHAcil NHCO

RNHAcil NH2

ester al aminoacidului N-acilat

hidrazina hidrazida acil-azidaN=N=NC

ORNHAcil

+ -

clorura acida aaminoacidului N-acilat

ClCO

RNHAcil + NaN3azida de sodiu

- NaClN=N=NC

ORNHAcil

+ -

acil-azida

+ HNO2

acid azotos

- 2 H2O

Grupa azido din acilazida aminoacidului N-acilat creşte reactivitatea grupei carboxil funcţionalizate fiind totodată şi o grupă nucleofugă uşor deplasabilă de către o grupă amino dintr-un alt aminoacid, fapt ce îi conferă utilitate la formarea legăturii amidice în sintele de peptide.

amida legatura amidicaRNHAcil R'

ONHC + NaN3 + H2O

NaOHbaza

aminaacil-azida+ H2N R'N3C

ORNHAcil

N3CO

RNHAcil H2N R COOR'+acil-azida ester al unui alt aminoacid

NaOHbaza

+ NaN3 + H2ORNHAcil COOR'RO

NHClegatura amidicadipeptida

sau

5. Formarea de amide ale aminoacizilor N-acilaţi.

Formarea legăturilor amidice este de o importanţă deosebită în chimia aminoacizilor, ea fiind reacţia fundamentală de formare a peptidelor şi proteinelor. Aceste metode implică într-o primă etapă activarea grupei carboxil, urmată de reacţia derivatului funcţional reactiv cu grupa aminică dintr-un alt aminoacid, în final formându-se legătura amidică (-CO-NH-), numită şi legătură peptidică.

a) Metoda cu diciclohexilcarbodiimidă DCC (H11C6N=C=NC6H11)

diciclohexil-uree

OHCO

RNHAcilester al unuialt aminoacid

+ H2N R' COOR"

sau H2N R'amina

+ H11C6 N=C=N C6H11 RNHAcil COOR"R'O

NHCdipeptida legatura amidica

sau RNHAcil R'O

NHClegatura amidicaamida

+ H11C6 NH C NH C6H11

O

diciclohexil-carbodiimida(DCC)

1

H11C6 N=C=N C6H11

R CO

OH

activaregrupa

carboxil

grupa carboxil dinaminoacidul N-acilat

(R = Acil-NH-R-)

H11C6 N=C NHO

CO

C6H11

R1

2

H2N R2 2

H11C6 N=C NH C6H11

O

C O-

R

N R

1

H2 +

H11C6 NH C NH C6H11

O

2

1R C O

N RH

+formarealegaturiiamidicegrupa amino

R = -R'-COOR" pentru aminoacid sau -R' pentru amina

b) Metoda cu carbonildiimidazol

OHCO

RNHAcil +N

N C NN

O

carbonil-diimidazol

CO

RNHAcil NN N-acil-imidazol

(amina foarte reactiva)

+ CO2 +N

N H

NN

H

imidazol

CO

RNHAcil NN

H2N R' COOR"+ester al unui alt aminoacid

legatura amidicadipeptidaRNHAcil COOR"R'

ONHC +

C. Dezaminarea cu acid azotos H3C CHNH2

COOH H3C CHOH

COOH

L-alanina ( -aminoacid)

+ HNO2 / H2Ot ~ 0°C

acid L-lactic ( -hidroxiacid)

ca intermediar se formeazasarea de diazoniu instabila

H3C CHN

COO-

N+

D. Comportarea la încălzire a aminoacizilor

dicetopiperazina

C

NC

C

NCO

O

H

HH

H

R

R

CCHHO

NH2

O

R

CHC OH

NH2

O

Rt °C

+ 2H2O

H3N CH2 CH2 COO-+

-alanina

t °CH2C CH COOH + NH3

acid acrilic

acid -aminovalerianicsau acid -aminopentanoic

+ H2Ot °C

NH2COOH

NH

O

-valerolactama (-lactama)

CC

C OH

OH

O

O

+ R CH COOHNH2

- NH3;- CO2

ninhidrina -aminoacidC

CHCO

O

OH R CH=O+

+ NH3

CCH

CO

O

NH2 CC

CO

O

O=+

CCH

CO

O

N=C

CC

O

O

+ NH3

+

CC

CO

- NH4

O

N=C

CC

O

Onuanta culorii compusului nu depinde

de natura aminoacidului

reducerea

la aldehidaaminoacidului

E. Reacţia de culoare cu ninhidrina (coloraţii caracteristice de la albastru până la violet, max = 570 nm)

F. Reacţii biochimice ale aminoacizilor Organismul animal sintetizează proteinele proprii necesare creşterii, refacerii de ţesuturi sau pentru

sinteze de enzime, din aminoacizii proveniţi prin hidroliza proteinelor din hrană. Anumiţi aminoacizi sunt sintetizaţi de organism din acizi cetonici proveniţi din metabolizarea zaharurilor (numite şi hidraţi de carbon). În acest proces un rol esenţial îl are acidul L-glutamic în reacţia de transaminare.

a) Reacţia de transaminare - reacţie biochimică catalizată de o enzimă de transfer a grupei amino, numită transaminază.

HOOC-CH2-CH2-C-COOH + R-CH-COO-

O NH3+

HOOC-CH2-CH2-CH-COO- + R-C-COOH

NH3 O+acid L-glutamic -cetoacid sau

cataliza enzimatica asigurata detransaminaza

acid cetonicacid -cetoglutaric L--aminoacid

Ca şi enzimă, transaminaza are o coenzimă numită cotransaminază care catalizează biochimic reacţia inversă. Cotransaminaza are la bază vitamina B6 legată sub formă de fosfaţi de piridoxal-piridoxamină.

N

CH2-OH

CH2-OHHO

H3Cpiridoxina

(vitamina B6)

oxidare

N

CH=O

CH2-OHHO

H3Cpiridoxal

N

CH2-O-CH3

CH2-OHHO

H3C

+ NH3

N

CH2-NH2

CH2-OHHO

H3Cpiridoxamina

acid -cetoglutaric

HOOC-CH2-CH2-C-COOH + NH3

O amoniac dindezaminareaaminoacizilor

+ NADH; + H+

- NAD+

acid L-glutamic

HOOC-CH2-CH2-CH-COO- + H2O

NH3+

b) Reacţia de dezaminare este o reacţie de degradare oxidativă a aminoacizlor în exces la acizii cetonici, utilizaţi în organism pentru sinteze de acizi din grăsimi sau din hidraţi de carbon.

L--aminoacid

R-CH-COO-

NH3+

cataliza enzimatica asigurata deaminoacid-oxidaza

R-C-COOH + NH3

O

acid cetonic-cetoacid sau

Eliminarea amoniacului prin conversia biochimică la uree în ciclul ornitină - citrulină - arginină, care prin hidroliza catalizată de arginază eliberează ureea şi reface ornitina.

+ CO2; + NH3

citrulina

+ NH3

- H2Oamoniaculprovine dindezaminareaaminoacizilor

CH2 NH

CH2

CH2

CH

COO-

C NH2

NH

NH2

+

CH2 NH

CH2

CH2

CH

COO-

C NH2

O

NH3

+

arginina

+ H2O

hidrolizacatalizatade arginaza

ornitina

+

uree

H2N C NH2

O

ornitina

CH2 NH2

CH2

CH2

CH

COO-

NH3

+

c) Reacţia de decarboxilare este o reacţie biochimică catalizată de enzime specifice pentru fiecare α-aminoacid, denumite aminoacid-decarboxilaze. Coenzima acestor enzime este în multe cazuri codecarboxilaza: fosfatul piridoxalului.

L--aminoacid

R-CH-COO-

NH3+

R-CH2-NH2 + CO2

cataliza enzimatica asigurata deaminoacid-decarboxilaza

amina biogena

Decarboxilarea aminoacizilor este mecanismul principal de obţinere a aminelor biogene ce prezintă o puternică activitate fiziologică sau a unor amine biogene cu miros specific formate în procesul de putrefacţie a cărnii, din ornitină şi lisină.

HO CH2 CH2 NH2

N

NH

CH2 CH2 NH2

N

CH2 CH2 NH2

Htiramina histamina triptamina

H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2 H2N-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-NH2

putresceina(1,4-diaminobutan)

cadaverina(1,5-diaminopentan)

d) Reacţia de dezaminare şi decarboxilare. Sub acţiunea enzimelor din drojdia de bere, unii aminoacizi suferă reacţii de dezaminare şi decarboxilare transformându-se în alcooli primari.

H3C-CH-CH2-CH-COO-

CH3 NH3

leucina+

- CO2; - NH3 H3C-CH-CH2-CH2-OHCH3

alcool izoamilic

H3C-CH2-CH-CH-COO-

C NH3

L-izoleucina+

H3C-CH2-CH-CH2-OHCH3H3

alcool L-izoamilic

- CO2; - NH3

H3C-CH-CH-COO-

C NH3H3

valina+

H3C-CH-CH2-OHCH3

alcool izobutilic

- CO2; - NH3

+

- CO2; - NH3HO CH2 CH COO-

NH3

HO CH2 CH2 OH

tirosina tirosol

NH

CH2 CH COO-

NH3+- CO2; - NH3

NH

CH2 CH2 OH

triptofan triptofol

În mod similar prin reacţie biochimică de dezaminare şi decarboxilare a tirosinei şi triptofanului se obţin alcoolii primari: tirosolul şi triptofolul.

G. Aminoacizi cu funcţiuni fiziologice specificePe lângă formarea de proteine, anumiţi aminoacizi sunt precursori ai unor compuşi cu rol esenţial în fiziologia organismului. De exemplu, glicocolul sau glicina este precursor al sarcosinei (N-metilglicocol) şi al creatininei (guanidinosarcosina), care sub forma fosfatului, fosfocreatinina (sau acidul creatininfosforic), constituie rezerve de energie ale organismului.

H3C-NH-CH2-COOHsarcosina

H2N-C-N-CH2-COOH

NH

CH3

creatina

- H2O fosfocreatinina

HN=C-N-CH2-COOH

N

CH3

PO

OHOHH

+ ADP

ATP + creatinina (eliminata prin urina)

NC

N C

CH2

H3C

HN

OH

creatinina

Ornitina şi arginina, prin intermediul citrulinei, au un rol important în eliminarea sub formă de uree a amoniacului provenit prin dezaminarea aminoacizilor.

ornitina

- H2O

+ NH3

+ CO2

-OOC-CH-CH2-CH2-CH2

NH-C-NH2NH3

O+

-OOC-CH-CH2-CH2-CH2

NH2NH3+

citrulina

+ NH3

- H2O-OOC-CH-CH2-CH2-CH2

NH-C-NH2NH2

NH2+arginina

+ H2O catalizata de arginaza

- H2N-C-NH2

Ouree

Tirosina este precursorul tiroxinei. Tiroxina, tetraiododerivatul eterului p-hidroxifenilic al tirosinei, este un hormon secretat de glanda tiroidă alături de diiodotirosină.

HO O CH2 CH COO-

NH3

I

I

I

I +tiroxina

Aminele biologice sunt produşi de decarboxilare ai aminoacizilor naturali, mulţi neuro-transmiţători importanţi fiind amine primare. Astfel, tirosina este materia primă în sinteza catecolaminelor (esenţiale în modificarea tensiunii arteriale) ce includ: dopamina, norepinefrina (sau noradrenalina) şi epinefrina (sau adrenalina). Deficitul neurologic cunoscut sub numele de boala Parkinson este asociat cu deficitul de dopamină, acesta fiind în mod tradiţional tratat prin administrare de L-DOPA. Excedentul de dopamină în creier poate fi asociat cu deficitul neurologic de tipul schizofreniei. Decarboxilarea acidului glutamic conduce la acidul -aminobutiric, cunoscut sub denumirea de GABA, un inhibitor al neurotransmiţătorilor. Deficitul acesteia este asociat cu crizele de epilepsie.

-OOC-CH2-CH2-CH-COO

-NH3

+

acid glutamic glutamat-decarboxilaza

PLPCO2

acid -aminobutiric sau GABA

-OOC-CH2-CH2-CH2-NH3

+

+

HO CH2 CH COO-

NH3HO

HO CH2 CH COO-

NH3

+

tirozina L-dopatirozinhidroxilaza

tetrahidrobiopterin dihidrobiopterinO2 H2O

aromatic-aminoacid decarboxilaza

PLPCO2

HO CH2 CH2

HO

NH3+

dopamina dopamin--hidroxilaza

O2 H2Oascorbat dehidroascorbat

HO CH CH2

HO

NH3

OH+

norepinefrina sau noradrenalina

epinefrina sau adrenalina

HO CH CH2

HO

NH2

OH

CH3+

feniletanolamin-N-metiltransferaza

adoMet adoHcy

Compuşi analogi cu acidul -aminobutiric, GABA sunt utilizaţi în tratamentul epilepsiei şi a hipertensiunii arteriale. Concentraţia de GABA poate fi crescută prin administrarea inhibitorilor enzimei acesteia, şi anume a GABA-aminotransferazei. Un alt neurotransmiţător important este serotonina care se poate forma din triptofan în două etape. Prin decarboxilarea histidinei se obţine histamina, un alt compus cu efect vasodilatator în ţesutul animal. Histamina este cunoscută ca un compus implicat în răspunsurile alergice ale organismului, dar şi ca un stimulator al secreţiei acidului gastric în stomac.

+N

CH2 CH COO-

NH3

HO

HN

CH2 CH COO-

NH3

H+

aromatic-aminoacid decarboxilaza

PLPCO2

N

CH2 CH2HO NH3

H

+

serotonina

histidin-decarboxilaza

PLPCO2

N N

CH2 CH2 NH3

+

N N

CH2 CH COO-

NH3H +

histaminahistidina

tirozinhidroxilaza

tetrahidrobiopterin dihidrobiopterinO2 H2O

Cimetidina (Tagamet) este un medicament cu acţiune antagonistă pentru receptorii histaminici H2, fiind utilizat cu succes în tratamentul ulcerului duodenal inhibând secreţia acidului gastric.

N N

CH2H3C S CH2 CH2 NH C NH CH3

N C NH

cimetidina (Tagamet)

Betainele sunt derivaţi cuaternari N-alchilaţi ai aminoacizilor, având structură amfionică. Betaina glicocolului, izolată din sfeclă (Beta vulgaris), poate fi sintetizată prin reacţia dintre trietilamină şi acid monocloracetic.

Unele betaine au acţiuni fiziologice specifice. De exemplu, betaina acidului -aminobutiric, ce poate fi obţinută din betaina acidului glutamic prin decarboxilare, este o otravă puternică ca şi curara, cu efect paralizant asupra muşchilor.

(CH3)3N + C l-CH2-COOH

betaina glicocoluluitrietilamina acid monocloracetic

(CH3)3N-CH2-COO- + H Cl

+

HOOC-CH2-CH2-CH-COO-

NH3+

HOOC-CH2-CH2-CH-COO-

N(CH3)3+iodura de metil

CH3I / NaOH

(CH3O)2SO2 / NaOH sau

alchilare cu dimetilsulfat

decarboxilare

- CO2 -OOC-CH2-CH2-CH2-N(CH3)3

+

betaina acidului aminobutiric

H. Aminoalcooli naturali şi derivaţi cu activitate biologică

Colamina (etanolamina) şi colina (baza cuaternară de amoniu a acesteia) se formează din serină. Agentul de metilare natural este metionina asistată de acidul adenosintrifosforic. Colamina şi colina intră în compoziţia unor compuşi naturali de mare importanţă în funcţionarea sistemului nervos.Acetilcolina este neurohormonul sistemului nervos parasimpatic. Ca mediator chimic, el transmite influxul nervos pe cale chimică de pe o faţa pe cealaltă a sinapsei. Acetilcolina se formează din colină prin acetilare în prezenţa acetilcoenzimei A.

H2N-CH2-CH2-OH (CH3)3N-CH2-CH2-OH+

colamina colina

acetilcolina(CH3)3N-CH2-CH2-OH + CoA-S-C-CH3

O+(CH3)3N-CH2-CH2-O-C-CH3 + CoA-SH

O+

aceticoenzima A

După transmiterea influxului nervos, acetilcolina este hidrolizată de o enzimă specifică, colinesteraza, astfel deblocând sinapsa. Compuşi de tipul organofosforicelor inhibă activitatea colinesterazei prin blocarea centrelor active ale acesteia şi conduc la blocarea impulsului nervos. Nervii care transmit impulsul nervos prin intermediul mediatorului chimic acetilcolină, se numesc colinergici.

În sistemul nervos simpatic, impulsul nervos este transmis în sinapsele periferice de un alt mediator chimic, simpatina. Acesta este o combinaţie de doi compuşi: adrenalina (epinefrina) şi noradreanalina (norepinefrina). Nervii ce transmit impulsul nervos prin aceşti mediatori chimici, se numesc adrenergici. OH

OH

CH-CH2-NH-CH3HO-

(-)-adrenalina

CH-CH-CH3

NH-CH3

HO-

D(-)-efedrina

Adrenalina este un neurohormon format în măduva capsulelor suprarenale şi este sintetizat în organism din tirosina prin intermediul L-DOPA, dopamina, noradrenalină. Are rol regulator al tensiunii arteriale prin îngustarea capilarelor sanguine, ceea ce conduce la creşterea tensiunii arteriale. Pe de altă parte, adrenalina reglează concentraţia glucozei în sânge acţionând antagonist cu insulina.

OHOH Cl-CH2-CO-Cl

O-C-CH2-ClOH

O

POCl3

OHOH

C-CH2-ClO=

OHOH

C-CH2-NH-CH3O=

OHOH

CH-CH2-NH-CH3HO-

+-( ) adrenalinaracemic

NaBH4

reducere

CH3-NH2

Efedrina este un aminoalcool cu structură asemănătoare adrenalinei având însă un efect vasoconstricor cu durată mai lungă decât cea a adrenalinei (Ephedra Vulgaris). D(-)Efedrina poate fi obţinută prin semisinteză din D(-)fenilacetilmetanol, izolat dintr-o soluţie de glucoză şi benzaldehidă în urma fermentaţiei, urmată de condensarea cu metilamină şi reducerea catalitică a metiliminei formată ca intermediar de reacţie.

D(-)-fenilacetilmetanol

CH3-NH2CH-C-CH3

N-CH3OHCH-C-CH3

OOH

H2 / PtCH-CH-CH3

NH-CH3OH

D(-)-efedrina