Ионные формы аминокислот в растворе.

Преимущественная ионная форма аминокислоты в растворе зависит от pH раствора и природы аминокислоты.

Например, гистидин в сильнокислом растворе (pH 0) находится в виде двузарядного катиона, который имеет три разных по силе кислотных центра (ем. табл. 14.2). При повышении pH до 1,8 (значение рК_а дикатионной формы - piC_rtl) половина катионной формы с зарядом +2 превращается в монозарядный катион за счет отщепления протона от карбоксильной группы гистидина, что можно определить по уравнению Гсндерсона — Гасссльбаха:

где [соль] — концентрация соли; [кислота] — концентрация кислоты.

Если кислота нейтрализована наполовину, то т.е. pH = рК_а.

При повышении pH от 1,8 до 6,0 преимущественной формой в растворе является монозарядный катион. При pH 6,0 (значение рК_а монокатионной формы — рК_а2) за счет отщепления протона от имидазольного остатка половина монозарядных катионов превращается в биполярные ионы. Максимальная концентрация биполярных ионов наблюдается при pH = pi = 7,6 (pi = 0,5(рК_а2 + + р7С_а3) = 0,5(6,0 + 9,2) = 7,6). Следовательно, биполярные ионы преобладают в растворе при 9,2 < pH > 6,0.

Биполярный ион является также потенциальной кислотой и при повышении pH до 9,2 (рК_а биполярного иона — р/С_а3) половина биполярных ионов превращается в анионную форму. При дальнейшем повышении pH до 14 преимущественной формой в растворе становится анионная форма (рис. 14.4).

В зависимости от значений pi аминокислоты классифицируют на нейтральные, кислые и основные.

Нейтральные а-аминокислоты не имеют в боковом радикале дополнительных ионогенных групп. Их изоэлектричсская точка находится при pH, близком к нейтральному (несколько меньше 7). Это связано с более сильной ионизацией

Рис. 14.4. Ионные формы гистидина при различных значениях pH раствора

Рис. 14.5. Ионные формы аланина при разных значениях pH раствора

карбоксильной группы. Так, для аланина (рис. 14.5) согласно формуле (14.1) и данным табл. 14.2

В крови (pH 7,3-7,5) нейтральные аминокислоты присутствуют преимущественно в виде биполярных ионов.

Кислые а-аминокислоты имеют в радикале дополнительную карбоксильную группу. У кислых аминокислот pi < 7, например у глутаминовой кислоты (рис. 14.6; см. табл. 14.2)

В организме при физиологических значениях pH (например, pH крови 7,3-7,5) эти кислоты находятся преимущественно в моноанионной форме, т.е. обе карбоксильные группы у них ионизированы по кислотному типу, аминогруппа — по основному типу.

Основные а-аминокислоты имеют в радикале дополнительную аминогруппу (лизин) или пиридиновый атом азота (гистидин, аргинин). Для них изоэлектри- ческая точка находится при pH > 7.

Например, у аргинина (рис. 14.7) согласно формуле (14.1) и данным табл. 14.2

Рис. 14.6. Ионные формы глутаминовой кислоты при разных значения pH раствора

Рис. 14.7. Ионные формы аргинина при различных значениях pH раствора

В крови человека основные аминокислоты находятся преимущественно в виде мопокатиопов, так как при pH 7,3-7,5 у них ионизированы обе аминогруппы по основному типу, а карбоксильная группа — по кислотному типу

Образование хелатов.

С ионами тяжелых металлов а-аминокислоты образуют впутрикомплексные соли — хелаты:

Реакция комплексообразования может быть использована как качественная реакция для идентификации аминокислот.

Качественные реакции аминокислот.

Особенностью химии аминокислот является многочисленность качественных (цветных) реакций, которые необходимы при исследовании их физико-химическими методами (хроматография, электрофорез). Рассмотрим важнейшие реакции, используемые в качественном анализе.

Нингидриновая реакция используется для спектрофотометрического определения аминокислот в аминокислотных анализаторах

По нуклеофильному центру аминокислот протекает также реакция Адг со специфическим реагентом фенилизотиоцианатом — реакция Эдмана:

Эта реакция широко используется в тонкослойной хроматографии для установления первичной структуры пептидов и белков.

Биуретовая реакция применяется для обнаружения пептидных связей в пептидах и белках. В основе ее лежит способность пептидных связей образовывать с ионами меди хелаты, окрашенные в сине-фиолетовый цвет.

Ксантопротеиновая реакция используется для обнаружения а-аминокис- лот, содержащих в радикале ароматический цикл, например тирозина

При действии концентрированной азотной кислоты на раствор белка образуется нитросоединение, окрашенное в желтый цвет. При добавлении к нему щелочи окраска становится оранжевой в связи с ионизацией фенольной гидроксильной группы.

Существует ряд качественных реакций на отдельные аминокислоты. Например, цистеин (серосодержащая аминокислота) обнаруживают по реакции с ацетатом свинца при нагревании. В щелочной среде образуется осадок сульфида свинца PbS черного цвета.

По реакционным центрам аминокислот протекают многие реакции, характерные для соответствующих монофункциональных соединений.