AMINOACIZIICURSUL 1

Definiția și clasificarea aminoacizilor

• Definiție: Aminoacizii sunt compuși organici cu funcțiune mixtă; conținând o grupare carboxilică (-COOH) și o grupare amino (-NH2) legate la același atom de carbon, numit Cα.

• Numărul de aminoacizi din natură este mare, dintre aceștia numai 20 sunt codificați genetic și astfel pot fi prezenți în structura proteinelor din organismul uman.

Definiția și clasificarea aminoacizilor• Clasificare: Sunt mai multe criterii de clasificare a

aminoacizilor, cea mai uzuală clasificare fiind în funcție de natura radicalilor atașați de atomul de carbon α - Cα.

1. Aminoacizii codificați genetic

1.2. Aminoacizii cu radicali polari

1.2.2. Aminoacizii neîncărcați

electriv

1.2.1. Aminoacizii

încărcați electric pozitiv și negativ

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari

Noțiuni generale

AMINOACID NEESENȚIAL aminoacidul care este sintetizat de

către organism în cantitate suficientă necesităților biologice

AMINOACID ESENȚIAL aminoacidul nu poate fi sintetizat de

către organism, și astfel aportul alimentar este esențial pentru organism

AMINOACID SEMIESENȚIAL aminoacidul este sintetizat de către

organism dar nu în cantitate suficientă

Noțiuni generale

ACTIVITATEA OPTICĂ este proprietatea unei substanțe de a

rotii planul luminii plan polarizate atunci când este străbătută de către aceasta

Noțiuni generale

activitate optică prezintă toți compușii capabili să existe în 2 forme (enantiomeri) care nu sunt suprapozabile cu imaginea lor în oglindă, compuși chiralici

compușii chirali nu au în structură nici un element de simetrie

AMINOACIZII CODIFICAȚI GENETIC1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi

1.1.1. GLICINA, Gly• este un aminoacid

neesențial, optic inactiv, având cel mai mic radical (un atom de hidrogen)

• este un neurotransmițător inhibitor

• participă la sinteza bazelor purinice (adenina, guanina) și a componentei prostetice a cromoproteinelor (hemul)

• este tot al 3-lea aminoacid din structura colagenului

• participă la detoxifierea hepatică prin conjugarea acizilor biliari primari

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.2. ALANINA, Ala

• este un aminoacid neesențial, optic activ

• este substrat pentru ALT/GPT (alanin aminotransferaza/ glutamic-piruvic-transaminaza) – enzime participante în etapa ințială a catabolismului proteic

• astfel, poate face legătura dintre metabolismul proteic și metabolismul glucidic

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.3. VALINA, Val

• este un aminoacid esențial, optic activ

• este prezent în cantitate mai mare în ovalalbumine, cazeină, globuline serice

• deficiența de metabolizare determină afecțiunea numită „ boala urinii cu miros de arțar„

• înlocuirea restului de Glu din poziția 8 a lanțului β al Hb, lanțul α fiind normal, cu un rest de Val conduce la apariția HbS

• HbS polimerizează formând polideoxi-HbS, ce are ca rezultat apariția eritrocitelor în formă de seceră – anemia falciformă

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.4. LEUCINA, Leu

• este un aminoacid esențial, optic activ

• este un aminoacid cetoformator; degradarea scheletului hidrocarbonat al Leu conduce la formarea acetil-CoA, substrat în sinteza corpilor cetonici

• este aditiv alimentar (E 641)

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.5. IZOLEUCINA, Ile

• este un aminoacid esențial, prezintă 2 centre chirale

• deficitul genetic în metabolismul Leu și a Ile determină boala urinii cu miros de arțar

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.6. METIONINA, Met

• este un aminoacid esențial, optic activ

• este donorul grupării metil în cadrul reacțiilor de transaminare ( exp.: noradrenalinei primind o grupare metil de la SAM se transformă în adrenalină)

• SAM este un derivat al AMP, având caracter macroergic ceea ce îi conferă capacitatea de metilare a unor compuși

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.7. PROLINA,Pro

• este un aminoacid neesențial

• este singurul aminoacid cu gruparea amino secundară

• aminele sunt clasificate în funcție de gradul de substituire a NH3 în primare, secundare, terțiare și cuaternare

• are o structură rigidă ceea ce limitează rotirea liberă a nucleului în jurul legăturilor peptidice la care participă și astfel influențând plierea catenei

• formula chimică:

H2

H2

H2

HC

CCC

N

-OOC

H

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.8. FENILALANINA, Phe

• este un aminoacid esențial

• este precursorul tirozinei, aceasta putând fi convertită în dopamină, noradrenalină și adrenalină

• formula chimică:

1.1. Aminoacizii cu radicali nepolari sau hidrofobi1.1.9. TRIPTOFAN, Trp

• este un aminoacid esențial, optic activ

• este precursorul serotoninei și al melatoninei

• formula chimică:

AMINOACIZII CODIFICAȚI GENETIC1.2. Aminoacizii cu radicali polari1.2.1. Aminoacizii încărcați electric pozitiv și negativ1.2.2. Aminoacizii neîncărcați electriv

1.2.1. Aminoacizii cu radicali polari încărcați electric 1.2.1.1. ACIDUL ASPARTIC,• este un aminoacid

neesențial încărcat electric negativ, optic activ

• este substrat pentru AST/GOT (aspartat aminotransferaza/ glutamic-oxalacetic transaminaza)

• este un neurotransmițător excitator

Asp• participă la sinteza

bazelor purinice (adenina) și pirimidinice (citozina, timina și uracil)

• este donorul uneia dintre cele 2 grupări amino ale ureei

• formula chimică:

1.2.1. Aminoacizii cu radicali polari încărcați electric 1.2.1.2. ACIDUL GLUTAMIC,

• este un aminoacid neesențial încărcat electric negativ

• este colectorul grupărilor amino din aminoacizi, facilitând astfel inițierea catabolismului acestora

• este un neurotransmițător excitator

Glu

• formula chimică:

1.2.1. Aminoacizii cu radicali polari încărcați electric 1.2.1.3. LIZINA, Lys

• este un aminoacid esențial încărcat pozitiv

• oxidarea Lys, alături de HO-Lys, presupune transformarea grupării amino în grupare carbonilică, astfel existând posibilitatea condensării lor cu formarea de legături intercatenare cu importanță în stabilitatea colagenului

• unele resturile de Lys din structura enzimelor poate lega coenzima acestora, facilitând desfășurarea reacțiilor chimice

• formula chimică:

1.2.1. Aminoacizii cu radicali polari încărcați electric 1.2.1.4. HISTIDINA, His

• este un aminoacid semiesențial, încărcat pozitiv

• proteinele ce conțin cantități mari de resturi de His, prin prezența gruparilor imidazol, constituie sisteme tampon la pH fiziologic

• prin decarboxilare conduce la formarea histaminei, implicată în procesele alergice

• 2 dintre resturile de His din structura Hb îi conferindu-i acestea funcția de transport al O2

• formula chimică:

1.2.1. Aminoacizii cu radicali polari încărcați electric 1.2.1.5. ARGININA, Arg

• este un aminoacid semiesențial, încărcat pozitiv

• este intermediar al metabolismul azotului, prin hidroliza sa obținându-se ornitina și ureea

• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.1. SERINA, Ser

• este un aminoacid neesențial

• aparține centrului activ al serin-enzimelor (proteazele digestive, tripsina, chimotripsina, elastaza, au în comun triada catalitică: His57-Asp102-Ser195)

• participă la reglarea activității enzimatice prin

defosforilare/fosforilare (în această situație Ser nu aparține centrului activ)• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.2. TREONINA, Thr

• este un aminoacid esențial, prezintă 2 atomi de C asimetrici

• este omologul superior al serinei

• apare la nivelul centrului activ al treonin enzimelor

• prin intermediul Thr se poate atașa componenta prostetică (oligozaharid) a glicoproteinelor O-legate

• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.3. TIROZINA, Tyr

• este un aminoacid neesențial, optic activ

• este precursorul catecolaminelor, hormonilor tiroidieni și melaninelor

• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.4. CISTEINA, Cys

• este un aminoacid neesențial, optic activ

• prin oxidarea blândă a resturilor de cisteină catenă polipeptidică conduce la formarea legăturilor bisulfurice, acestea având rolul de a o stabiliza

• intră în structura unui peptid cu funcție biologică deosebită, glutationul

• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.5. ASPARAGINA, Asn

• este un aminoacid neesențial

• este amida acidului aspartic

• prin intermediul Asn se poate atașa componenta prostetică (oligozaharid) a glicoproteinelor N-legate

• formula chimică:

1.2.2. Aminoacizii cu radicali polari neîncărcați electric 1.2.2.6. GLUTAMINA,Gln

• este un aminoacid neesențial

• este forma netoxică de transport a NH3 de la celulele care folosesc aminoacizii ca sursă de energie, la ficat – sediul ureogenezei

• participă la sinteza bazelor azotate purinice

• formula chimică:

AMINOACIZII NECODIFICAȚI GENETIC2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor 2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor

2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor• numeroase proteine sunt sintetizate sub formă de molecule

inactive din punct de vedere funcțional

• proteinele, atât cele cu funcție enzimatică, cât și cele cu funcție structurală, pot fi activate sau inactivate prin atașarea covalentă a unei grupări funcționale:

hidroxilarea resturilor de prolină și lizină din structura colagenului

cofactor pentru hidroxilaze este vitamina cîn deficiența de vitamină C poate să apară mobilizarea

dinților în alveolele dentare, sângerări ale gingiilor, iar ca formă severă - scorbutul

2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor2.1.1. HIDROXIPROLINA

• conferă stabilitate termică colagenului

• prezența unui număr mare de resturi de hidroxiprolină în structura colagenului face ca temperatura la care ½ din structura acestuia este denaturată să fie de 57°C

• formula chimică:

2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor2.1.2. HIDROXILIZINA

• influențează rezistență mecanică colagenului prin legăturile încrucișate intercatenare

• unele resturi de Lys se transformă sub acțiunea lizil oxidazei în allizină, acestea se pot condensa crotonic rezultând legături intercatenare

• 5-HO-Lys poate constitui locul de legare a unor fragmente glucidice de structuri proteice, rezultând glicoproteine (exp.: colagenul)

• formula chimică:

2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor

• proteinele pot fi activate prin atașarea covalentă a unei grupări funcționale carboxilice:

carboxilarea: grupările carboxil atașate resturilor de glutamat, printr-o carboxilare dependentă de vitamina K, determină formarea de δ-carboxi-glutamat

resturile Gla sunt esențiale pentru activitatea multor proteine implicate în coagularea sângelui.

2.1. Aminoacizii necodificați genetic dar care intră în structura proteinelor2.1.3. ACID γ-CARBOXI GLUTAMIC, Gla

2.1.4. N-FORMILMETIONINA

• constituie capătul N-terminal al proteinelor la procariote

• formula chimică:

• formula chimică:

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor 2.2.1. β ALANINA

• intră în structura acidului pantotenic, coenzimei A – transportori de grupări acil în diferite căi metabolice

• formula chimică:

Coenzima A

CH2 NH3+H C

COO-

H

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor

2.2.2. ACID γ AMINO BUTIRIC,

• este un neurotransmițător inhibitor

• se obține prin decarboxilarea Glu

• din punct de vedere medical deficitul de GABA este uneori asociat cu crizele de epilepsie

GABA

• formula chimică:

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor 2.2.3. HOMOCISTEINA

• este un marker de risc pentru ateroscleroză

• este omologul superior al cisteinei

• poate constitui un intermediar al metabolismului aminoacizilor cu sulf

• formula chimică:

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor 2.2.4. HOMOSERINA

• este omologul superior al serinei

• este un intermediar al biosintezei a trei aminoacizi esențiali: metionină, treonină și izoleucină

• formula chimică:

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor

2.2.5. ORNITINA

• este omologul inferior al lizinei

• este intermediar al biosintezei ureei, condensarea sa cu carbamoil fosfatul inițiind desfășurarea ciclul ureogenetic

• formula chimică:

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor

2.2.6. ACID PARA AMINO BENZOIC, PABA sau VITAMINA B9

• intră în structura acidului folic

• formula chimică:

Inel pteridinic PABA Acid

glutamic

Acid folic

2.2. Aminoacizii necodificați genetic și care nu intră în structura proteinelor

2.2.7. 3,5,3‘,5‘-TETRAIODTIRONINA, TIROXINA

• este hormonul tiroidian T4

• formula chimică:

• câteva dintre efecte biologice:1. asigură un echilibru între

carabolismul și anabolismul proteic

2. crește concentrația glucozei prin creșterea absorbției intestinale, intensificarea GNG

3. intensifică lipoliza4. are rol major în intensificarea

metabolismului având ca rezultat activarea oxidării biologice

PROPRITĂȚILE AMINOACIZILOR1. Proprietăți optice2. Proprietăți acido-bazice3. Proprietăți chimice

3.1. proprietățile chimice ale grupării carboxil3.2. proprietățile chimice ale grupării amino3.3. proprietățile chimice ale radicalilor

1. Proprietățile optice ale aminoacizilor ENANTIOMERIA• este tipul de stereoizomerie caracteristic substanțelor care

prezintă activitate optică, și anume aceea de de a roti planul luminii plan polarizate (radiației electromagnetice)

1. Proprietățile optice ale aminoacizilor ENANTIOMERIA• radiația electromagnetică nepolarizată are o infinitate de

plane de oscilație a vectorului electric E

• lumina plan polarizată are proprietatea de a se propaga în spațiu prin oscilații ale vectorului câmp electric într-un singur plan numit planul de polarizare

1. Proprietățile optice ale aminoacizilor ENANTIOMERIA• substanțele în stare de agregare lichidă sau soluțiile

substanțelor solid, care rotesc în sens orar planul luminii plan polarizate se numesc dextrogire (notate "+„)

• substanțele în stare de agregare lichidă sau soluțiile substanțelor solid, care rotesc în sens antiorar planul luminii plan polarizate se numesc levogire (notate "−„)

• rotire în sens orar/+α

• rotire în sens antiorar/

−α

2. Proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor

• aminoacizii se găsesc în soluțiile apoase neutre și cristalizează din aceste soluții ca ioni dipolari sau amfiioni

H2N–CH(R)–COOH H3N+–CH(R)–COO-

• amfionii pot acționa atât ca baze (acceptor de proton) cât și ca acizi (donor de proton)

H3N+–CH(R)–COO- H3N+–CH(R)–COOH

H3N+–CH(R)–COO- H2N–CH(R)–COO- + H+

H+amfiion cation

amfiion anion

2. Proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor

• în soluția unui acid monoamino-monocarboxilic, în funcție de pH pot exista 3 specii ionice, nici una neionică:

H3N+–CH(R)–COOH - cation

H3N+–CH(R)–COO- - amfiion

H2N–CH(R)–COO- - anion

2. Proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor Curba de titrare a unui litru de soluție de Gly 1M cu NaOH

• pH-ul soluției de glicină 1M este adus la pH = 1 prin adăugarea unui acid tare (HCl)

• la pH acid, un α aminoacid monoamino-monocarboxilic este în formă complet protonată (cation), acid bifazic, care poate ceda 2 protoni în timpul titrării sale cu o bază:

1. H3N+–CH2–COOH ↔ H3N+–CH2–COO- + H+

2. H3N+–CH2–COO- ↔ H2N–CH2–COO- + H+

Curba de titrare a unui litru de soluție de Gly 1M cu NaOH

1. H3N+–CH2–COOH↔ H3N+–CH2–COO- + H+

2. H3N+–CH2–COO-↔ H2N–CH2–COO- + H+

2. Proprietățile acido-bazice ale aminoacizilor Curba de titrare a unui litru de soluție de Gly 1M cu NaOH

• la pH = 6,02 există un punct de inflexiune între cele 2 trepte ale curbei de titrare a soluției de glicină, unde molecula de Gly nu prezintă sarcină electrică netă și nu migrează în câmp electric (proprietate folosită pentru separarea aminoacizilor)

• pH = 6,02 este pH izoelectric reprezentând media aritmetică a pKC

1 și pKN2

• soluția de glicină are capacități maxime de tamponare la pH = 2,34 și la pH = 9,69

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării carboxil

• grupările carboxil ale aminoacizilor participă la reacții chimice ce au ca rezultat formarea de derivați ai acizilor organici: amide, esteri, halogenuri acide, anhidride

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării carboxil

• Reacția de decarboxilare a aminoacizilor are ca rezultat obținerea unor substanțe, amine biogene, care în majoritatea cazurilor are importante proprietăți biologice:

H2N–CH(R)–COOH → R–CH2–NH2 + CO2

• exemple de amine biogene: GABA – acidul γ aminobutiric se obține prin

decarboxilarea Glu HISTAMINA – rezultă prin decarboxilarea histidinei ETANOL AMINA – este obținută prin decarboxilarea

serinei, având importanță la sinteza glicerofosfolipidelor

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

• Reacția de condensare a aminoacizilor cu formaldehida

stă la baza METODEI SORENSEN de dozare a grupărilor carboxil prin titrare cu NaOH

are ca rezultat formarea de baze Schiff, compuși având caracter acid

reacția chimică:H2N-CH(R)-COOH + CH2O →CH2 = N-CH(R)-COOH + H2O

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

• Reacția de alchilare se folosesc ca agenți de metilare iodura sau sulfatul de

metil

• exemple: monometilarea glicinei are ca rezultat obținerea de

SARCOZINĂ metilarea până la săruri cuaternare de amoniu produce

BETAINE

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

• Reacția de acilare

se folosesc ca agenți de acilare clorurile acide, anhidridele sau clorocarbonații de alchil

urmărește protejarea grupării amino din structura aminoacizilor de acțiunea unor reactanți, produșii de reacție rezultați ar avea ca urmare modificarea proprităților chimice ale acestora

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

• Reacția cu ninhidrina

este utilizată pentru dozarea unor cantități mici de aminoacizi

la cald, un α aminoacid reacționează cu 2 molecule de ninhidrină și rezultă un compus intens colorat

aminoacizii și peptidele cu grupări amino libere, în urma interacțiunii cu ninhidrina, conduce la apariția unei colorații albastru-violet, excepție făcând Pro și HO-Pro

este folosită în criminalistică pentru identificarea amprentelor digitale

Reacția aminoacizilor cu ninhidrină

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

• Reacțiile de derivatizare

Reacția cu 2,4 dinitro-fluor benzen (Reactivul Sanger) a fost folosit pentru prima determinare a ordinei de legare a

aminoacizilor din structura insulineireacția chimică:C6H3(NO2)2F + H2N-CH(R)-COOH → C6H3 (NO2)2NH-CH(R)COOH + HF

Reacția cu clorula de dabsyl clorura de dabsyl a înlocuit reactivul Sanger în cadrul analizei

polipeptidelor și aminoacizilor deoarece rerivații prezintă o intensă fluorescență

3. Propritățile chimice3.1. Proprietățile chimice ale grupării amino

Reacția cu fenilizotiocianat (Reactivul Edman)

este cel mai folosit reactiv pentru determinarea structurii primare a proteinelor

SEPARAREA AMINOACIZILOR1. Cromatografie pe hârtie => cromatografie pe hârtie bidimensională 2. Cromatografie de schimb ioni3. Cromatografie de afinitate4. Electroforeza5. Cromatografie lichidă de mare presiune (HPLC)

Separarea aminoacizilor1. Cromatografie pe hârtie - definiție

• este o cromatografie de reparție, în care coloana conținând silicagel sau amidon este înlocuită cu o hârtie de filtru

• este o tehnică de laborator de separare a unui amestec de aminoacizi, și nu numai, folosind afinitatea specifică a componentele pentru faza mobilă și faza staționară

Separarea aminoacizilor1. Cromatografie pe hârtie

Cromatografie pe hârtie bidimensională

Separarea aminoacizilor2. Cromatografie de schimb ionic - definiție

• este o metodă de separare a unui amestec de aminoacizi pe baza proprităților acido-bazice ale acestora

• pentru această tehinică de separare este nevoie de o coloană umplută cu granulele unei rășini sintetice având atașate grupări încărcate electric pozitiv sau negativ:

schimbători de ioni cationici (CATIONIT) conține grupări –COO- , -SO3

-

schimbători de ioni anionici (ANIONIT) conține grupări –NH3

+

Separarea aminoacizilor2. Cromatografie de schimb ionic

Separarea aminoacizilor3. Cromatografie de afinitate – definiție

• este o metodă de separare a unui amestec de aminoacizii având la bază mărimea acestora

• folosește o coloană umplută cu granule ce prezintă anumite situsiri de fixare pentru aminoacizii având anumită dimensiune, astfel ei pot fi reținuți pe coloană iar ceilalți vor străbate coloana

Separarea aminoacizilor3. Cromatografie de afinitate

Separarea aminoacizilor4. Electroforeza – definiție

• este o metodă de separare a amestecurilor de aminoacizi având la bază proprietatea acestora de a migra într-un câmp electric

• datorită pK-urilor diferite, aminoacizii migrează în direcții diferite și cu viteze diferite, în funcție de pH-ul sistemului tampon și de tensiunea aplicată

Separarea aminoacizilor4. Electroforeza

Separarea aminoacizilor 5. HPLC – definiție

• HPLC este prescurtarea de la High Performance Liquid Chromatography ( Cromatografia lichidă de înaltă performanță)

• HPLC folosește o coloană încărcată cu un material inert, iar la suprafața acestuia se gasește adsorbit un lichid care sete faza staționară, o pompă ce asigură fluxul fazei mobile prin coloană și un detector care precizează factorii de retenție ai aminoacizilor

Separarea aminoacizilor 5. HPLC