GinaMed
Cursuri - Chimie - 18. Aminoacizi

18. Aminoacizi

Cuprins:

18.1. Introducere
18.2. Denumirea aminoacizilor
18.3. Izomeria aminoacizilor
18.4. Proprietăți fizice
18.5. Proprietăți chimice

18.1. Introducere

Componentele fundamentale ale celulelor vii, animale și vegetale, sunt:

  • proteinele;
  • zaharidele;
  • grăsimile.

Componenții principali din protoplasma acestor celule sunt proteinele. Acestea sunt compuși naturali macromoleculari obținuți din aminoacizi.

Aminoacizii sunt compuși organici cu funcțiuni mixte (polifuncționali) care conțin în molecula lor grupa carboxil, –COOH cu caracter acid și grupa amino, –NH2 cu caracter bazic, ambele legate de un radical hidrocarbonat.
Formula generală a aminoacizilor:
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
sau H2N–R–COOH

R – radical hidrocarbonat, care poate fi rest hidrocarbonat sau poate conține și alte grupe funcționale, inclusiv grupe carboxil sau amino.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.1 Datorită grupelor carboxil, –COOH și amino, –NH2 care se neutralizează reciproc, aminoacidul apare ca amfion (H3N+–CH(R)–COO-). Amfionii sunt ioni care conțin ambele tipuri de sarcini electrice

În molecula unui aminoacid, poziția vecină grupei carboxil se numește poziția α. Astfel că în funcție de poziția ocupată de grupa amino raportat la grupa carboxil, se întâlnesc ɑ, β, γ, δ, ε aminoacizi.

ɑ - aminoacid  β - aminoacid
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Aminoacizii naturali sunt în mare parte ɑ - aminoacizi. În alcătuirea proteinelor intră constant aproximativ 20 de ɑ - aminoacizi.

18.2. Denumirea aminoacizilor

Aminoacizii conțin două grupe funcționale: amino si carboxil. Dintre acestea, în stabilirea denumiri, grupa carboxil este prioritară. Astfel, denumirea unui aminoacid se obține prin adăugarea prefixului amino la numele acidului. Se indică și poziția grupei amino în catena acidului, în cazul în care sunt aminoacizi cu mai mult de 3 atomi de carbon în moleculă. Cele două moduri în care se poate face denumirea acestor aminoacizi, sunt:

  • să se numeroteze atomii de carbon începând cu cel din grupa carboxil sau
  • să se noteze cu litere din alfabetul grecesc (ɑ, β, γ, etc.) atomii de carbon începând cu cel vecin grupei carboxil.

De exemplu:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Pe de altă parte, denumirile aminoacizilor preluate din Biochimie sunt mult mai folosite.

Aminoacizii se pot clasifica în funcție de:

  • numărul grupelor amino sau carboxil din moleculă;
  • prezența altor grupe funcționale în moleculă.

Încadrarea, denumirile și formulele plane ale unora dintre cei mai răspândiți aminoacizi:

Tipul aminoacizilor Denumire Denumire uzuală Denumirea prescurtată Formula plană
acizi monoaminocarboxilici acid aminoacetic glicocol sau glicină Gli, Gly
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminocarboxilici acid-2-aminopropanoic alanină Ala
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminocarboxilici acid-3-aminopropanoic β-alanină Ala
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminocarboxilici acid-2-amino-3-metilbutanoic valină Val
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminocarboxilici acid 2-amino-4-metil-pentanoic leucină Leu
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminocarboxilici acid 2-amino-3-metil-pentanoic izoleucină Ile
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi monoaminodicarboxilici acid-2-aminopentandioic acid glutamic Glu
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
acizi diaminomonocarboxilici acid-2,6-diaminohexanoic lisină Lis, Lys
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
hidroxiaminoacizi acid 2-amino-3-hidroxipropanoic serină Ser
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
hidroxiaminoacizi acid 2-amino-3-hidroxibutanoic treonină Thr
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
tioaminoacizi acid-2-amino-3-tiopropanoic cisteină Cis, Cys
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
aminoacid heterociclic hidroxiprolină Hyp
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

18.3. Izomeria aminoacizilor

Dependent de complexitatea moleculei, aminoacizii pot să prezinte izomerie:

  • de catenă;
  • de poziție;
  • enantiomerie.

ɑ-aminoacizii naturali conțin în moleculă cel puțin un atom de carbon asimetric și sunt optic activi. Excepție face glicina. În ɑ-aminoacizii naturali, cu excepția unui număr mic dintre aceștia, atomul de carbon asimetric din poziția ɑ are configurație S. În formulele de proiecție, grupa amino se află în stânga, iar atomul de hidrogen este în dreapta. Astfel, prin convenție, acești ɑ-aminoacizi au fost încadrați în seria sterică L și enantiomerii lor în seria D. Notarea seriilor cu D și L nu prezintă nicio legătură cu denumirile dextrogir și levogir, deoarece nu este o legătură între configurația atomului de carbon asimetric și sensul în care este rotit planul luminii polarizate. De exemplu, cisteina naturală este levogiră, iar alanina naturala este dextrogiră și ambele fac parte din seria L.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.2 Seriile L și D ale aminoacizilor reprezentate schematic. Din seria L fac parte aminoacizii care în formulele de proiecție prezintă grupa amino în stânga și atomul de hidrogen în dreapta. Din seria D fac parte aminoacizii care în formulele de proiecție prezintă grupa amino în dreapta și atomul de hidrogen în stânga.  

18.4. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale aminoacizilor sunt:

  • sunt substanțe cristaline care se topesc la temperaturi ridicate de peste 250°C, cu descompunere;
  • sunt solubili în apă;
  • sunt insolubili în solvenți organici;
  • numeroși aminoacizi prezintă gust dulce;
  • prezintă puncte de topire mai ridicate decât ale acizilor corespunzători – p.t. acid acetic = +16,6°C și p.t. glicocol = +232°C; acest lucru este justificat de atracțiile electrostatice puternice care se stabilesc între sarcinile de semn contrar ale amfionilor.

18.5. Proprietăți chimice

Prezența celor două grupe funcționale în molecula unui aminoacid, dictează comportamentul chimic al acestuia.

Reacția de ionizare și caracterul amfoter

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.3 Schema generală a reacției de ionizare a unui aminoacid.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.4 Reacția de ionizare a unui aminoacid în detaliu. 
În reacția de ionizare, grupa carboxil (–COOH) prezintă caracter acid și astfel cedează un proton (H+) grupei amino (–NH2) cu caracter bazic. Grupa amino fixează protonul pe dubletul de electroni neparticipanți de la atomul de azot printr-o legătură covalent coordinativă.
Prin acest schimb de protoni, grupa carboxil devine ionul carboxilat (–COO-), iar grupa amino devine ionul amoniu substituit (–N+H3). Astfel, în urma ionizării intramoleculare a unui aminoacid se obține un ion ce prezintă ambele tipuri de sarcini, care poartă numele de amfion sau formă dipolară. Echilibrul este deplasat aproape în totalitate spre dreapta.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.5 Ionizarea intramoleculară a glicinei conduce la amfionul glicină.

În structura unui amfion se întâlnește:

  • o grupă cu caracter bazic, –COO-;
  • o grupă cu caracter acid, –N+H3.

Din acest motiv aminoacizii pot să funcționeze atât ca acizi, cât și ca baze. Deci, prezintă caracter amfoter.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.6 Schema generală de reacție a unui amfion în mediu bazic, când se obține un anion și în mediu acid, când se obține un cation. 

Prin tratarea soluției apoase a unui aminoacid cu o cantitate mică dintr-un acid tare sau bază tare, soluția aminoacidului nu își modifică semnificativ pH-ul. Astfel de soluții care prezintă această proprietate, poartă numele de soluții tampon. 

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.7 Reacția glicinei prin introducerea ei în mediu bazic (NaOH), conduce la sarea de sodiu a glicinei.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.8 Reacția glicinei prin introducerea ei în mediu acid (HCl), conduce la sarea de amoniu a glicinei.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.9 Schema de reacție detaliată care are loc prin introducerea glicinei în mediu bazic (NaOH). 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.10 Schema de reacție detaliată care are loc prin introducerea glicinei în mediu acid (HCl).

În soluții bazice, aminoacizii sunt sub formă de anioni, iar în soluții acide sunt sub formă de cationi.

Ionii care pot exista în soluția apoasă a unui aminoacid monoaminocarboxilic, sunt:

cation amfion anion
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

Forma amfionică este în exces, iar moleculele neionizate sunt în concentrație foarte mică.

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Caracterul amfoter al aminoacizilor

Reactivi și ustensile: soluție apoasă de aminoacid (glicină, alanină, etc.), soluție de HCl 10%, soluție de NaOH 10%, turnesol, hârtie indicatoare de pH, baghete de sticlă, 4 pahare Berzelius.

Mod de lucru: Se notează cele 4 pachere Berzelius de la 1 la 4. Se toarnă câte 10-20 mL de soluție de aminoacid în cele 4 pahare Berzelius. În cele notate cu 1 și 2 se adaugă câteva picături de turnesol și se observă culoarea indicatorului. În paharele notate cu 3 și 4 se determină valoarea pH-ului folosind o hârtie indicatoare de pH.

În paharele 1 și 3 se adaugă în picături 2-3 mL de soluție de HCl și se amestecă. Se observă culoarea turnesolului în paharul 1 și se determină valoarea pH-ului în paharul 3.

În paharele 2 și 4 se adaugă în picături 2-3 mL de soluție de NaOH și se amestecă. Se observă culoarea turnesolului din paharul 2 și se determină valoarea pH-ului în paharul 4.

Observații: Se remarcă faptul că prin adăugarea de cantități limitate de acizi sau baze, pH-ul soluțiilor de aminoacizi rămâne practic neschimbat.

Punctul izoelectric constituie valoarea pH-ului la care anionul și cationul unui aminoacid prezintă aceeași concentrație. La punctul izoelectric predomină forma amfionică. La electroliză, un aminoacid migrează spre catod în soluție acidă și spre anod în soluție bazică.

Valoarea punctului izoelectric pentru unii compuși:

Compus Punct izoelectric
Glicocol 6,1
Lisină 9,7
Acid asparagic 3,0

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Identificarea aminoacizilor

Reactivi și ustensile: soluția apoasă a unui aminoacid sau soluția apoasă de albumină hidrolizată; soluție de CuSO4; soluție de FeCl3; soluție de HCl; eprubete.

Mod de lucru: Un amestec de gălbenuș de ou și apă se filtrează și se obține o soluție de albumină (6 mL). Peste aceasta se adaugă 4 mL de soluție de NaOH de concentrație 40% și se încălzește la fierbere timp de 10 minute. Tulburarea care apare la început dispare pe măsură ce albumina hidrolizează.

Într-o eprubetă se adaugă 2 mL de soluție de aminoacizi și 1 mL de soluție de CuSO4 și se observă culoarea apărută. În altă eprubetă se adaugă 2 mL de soluție de aminoacizi, 1 mL de soluție de HCl, 1 mL se soluție de FeCl3 și se observă colorația.
Observații: Cu soluții ce conțin ionul de Cu2+, aminoacizii dau o colorație albastru violet. Cu soluția acidă de FeCl3, aminoacizii ROȘU

Reacții de condensare și policondensare

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.11 Schema generală de obținere a unui dipeptid din 2 aminoacizi. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.12 Formarea legăturii peptidice: grupa hidroxi din grupa carboxil a unul aminoacid, împreună cu un atom de hidrogen din grupa amino a altui aminoacid, formează o moleculă de apă care se elimină și determină formarea unei noi legături. 

Astfel, aminoacizii prezintă o proprietate importantă ce favorizează reacția intermoleculară între cele două grupe funcționale din moleculă.

Astfel, în condensările biochimice se elimină apa între grupele carboxil, –COOH, din molecula unui aminoacid și grupa amino, –NH2, din molecula altui aminoacid, obținându-se astfel peptide, polipeptide și proteine. Acești compuși sunt alcătuiți din resturi de aminoacizi naturale uniți între ei prin intermediul legăturilor –CO–NH–, care poartă numele de legături amidice sau peptidice.

Peptidele prezintă în molecula un număr mai mic de aminoacizi (<10), iar polipeptidele prezintă un număr mai mare de aminoacizi (10 – 50). Macromoleculele care prezintă un număr mai mare de 50 și până peste 10.000 de aminoacizi se numesc proteine.

Peptidele se pot clasifica în:

  • peptide simple – în alcătuirea lor intră un singur aminoacid;
  • peptide mixte – în alcătuirea lor intră aminoacizi diferiți.

În funcție de numărul de molecule de aminoacizi care pot intra în alcătuirea peptidelor, acestea pot fi: dipeptide (2 aminoacizi), tripeptide (3 aminoacizi) și așa mai departe.

Chimistul român, Haralamb Vasiliu (1880 – 1954) și profesor al Universității din Iași a studiat metabolismul substanțelor proteice, structura proteinelor și a polizaharidelor.

În cazul în care în reacție sunt implicați 2 aminoacizi diferiți, pe lângă cele două dipeptide simple se obține și dipeptidele mixte.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.13 Reacția dintre două molecule de glicină conduce la dipeptidul glicil-glicină (Gli-Gli).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.14 Reacția dintre alanină și glicină conduce la dipeptidul alanil-glicină (Ala-Gli) și glicil – alanină (Gli-Ala).

Pentru reprezentarea unei catenei polipeptidice, se scriu următoarele:

  • la stânga catenei (capătul din stânga), se scrie aminoacidul cu grupa amino, –NH2 liberă, denumit aminoacid N-terminal;
  • la dreapta catenei (capătul din dreapta) se scrie aminoacidul cu grupa –COOH liberă, denumit aminoacid C-terminal.

Pentru a denumi peptidele, la numele acidului C-terminal se adaugă ca prefix numele radicalilor celorlalți aminoacizi. 

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.15 Tetrapeptidul alanil-seril-glicil-valină (Ala-Ser-Gli-Val). 

Prin hidroliza parțială a proteinelor, se obțin peptide. Acestea pot fi folosite pentru stabilirea structurii proteinelor. Peptidele se întâlnesc în organismele vii unde îndeplinesc anumite funcții.

Biosinteza proteinelor prin policondensarea aminoacizilor, este un proces complex. Ordinea în care aminoacizii se succed în lanțul proteic este dictată de informația genetică conținută în ADN.

Obținerea în laborator a unei peptide este un proces complicat, se desfășoară în etape și necesită blocarea grupelor între care nu trebuie să se facă condensarea.

Hidroliza proteinelor și peptidelor

Hidroliza proteinelor și peptidelor este procesul invers al condensării aminoacizilor.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 18.16 Hidroliza dipeptidului glicil-alanină în urma căreia se obțin aminoacizii componenți: glicină și alanină. 

Astfel de reacții au loc și în organismele vii, unde sunt catalizate de enzime specifice – peptidaze.

În cursul digestiei, proteinele sunt hidrolizate în etape succesive, în care fiecare etapă este catalizată de o anumită enzimă. Mai întâi se obțin peptide și ulterior aminoacizi. Organismul utilizează acești aminoacizi pentru a-și forma proteine proprii necesare creșterii, refacerii țesuturilor și sintezei de enzime și hormoni. Aminoacizii în exces introduși prin hrană sau cei care provin din metabolismul proteic, sunt dezaminați. Astfel rezultă amoniac care este eliminat sub formă de uree sau acid uric, iar restul organic este transformat în zaharide sau grăsimi, utilizate pentru producerea energiei.

Sunt două tipuri de aminoacizi necesari organismului uman:

  • aminoacizi neesențiali – cei pe care organismul uman îi poate sintetiza printr-un proces biochimic complex;
  • aminoacizi esențiali – cei pe care organismul uman nu îi sintetizează și care trebuie să fie preluați din hrană, respectiv din proteine vegetale sau animale.

Aminoacizii esențiali sunt:

  • valină;
  • leucină;
  • izoleucină;
  • fenilalanină;
  • treonină;
  • metionină;
  • lisină;
  • triptofan.

Bibliografie:

  • Chimie - manual pentru clasa a X-a; Autori: Luminița Vlădescu, Corneliu Tărăbășanu - Mihăilă, Luminița Irinel Doicin. Grup Editorial ART, București, 2005
  • Chimie C1 - manual pentru clasa a XI-a; Autori: Elena Alexandrescu, Viorica Zaharia, Mariana Nedelcu. Editura LVS Crepuscul, colecția Educațional, Ploiești, 2006
Acasă Acasă Cursuri Cursuri Grile Grile Simulări Simulări Meditații Meditații