Роль амінокислот у будові та властивостях рослинних білків

Пептидний зв’язок та основа структури α-амінокислот

Усі рослинні білки будуються з амінокислот — універсальних структурних одиниць, здатних полімеризуватися і формувати стійкі молекулярні ланцюги. В основі цього процесу лежить реакція між аміногрупою (–NH2) та карбоксильною групою (–СООН) з відщепленням молекули води. У результаті утворюється міцний пептидний (амідний) зв’язок, що формує каркас білкового полімера.

Молекула будь-якої амінокислоти будується навколо центрального атома вуглецю, з яким пов’язані чотири елементи: атом водню (–Н), карбоксильна група (–СООН), аміногрупа (–NH2) та бічний ланцюг (радикал R). Саме радикал R визначає індивідуальні хімічні властивості сполуки. Залежно від ступеня віддаленості аміногрупи від карбоксильної виділяють кілька типів структур:

• α-амінокислоти — аміногрупа знаходиться біля найближчого (α) атома вуглецю (наприклад, аланін з метильною групою –СН3 або гліцин з атомом водню –Н);
• β-амінокислоти — аміногрупа розташована біля другого (β) атома вуглецю (β-амінопропіонова кислота);
• γ-амінокислоти — аміногрупа біля третього (γ) атома вуглецю (γ-аміномасляна кислота);
• δ-амінокислоти — аміногрупа біля четвертого (δ) атома вуглецю (δ-аміновалеріанова кислота).

Хіральність та просторова ізомерія амінокислот

За винятком гліцину, всі α-амінокислоти мають властивість хіральності (дисиметрії). Їхні молекули містять асиметричний атом (хіральний центр), з’єднаний з чотирма різними функціональними групами. У ролі такого центру найчастіше виступає вуглець, але ним також можуть бути атоми кремнію, азоту, фосфору або магнію. Це явище було відкрито в 1848 році.

Хіральні сполуки існують у вигляді двох дзеркальних форм (енантіомерів) — D і L. Якщо на проєкційному зображенні аміногрупа розташована праворуч від осі СООН–R, сполуку відносять до D-форми, якщо ліворуч — до L-форми. Енантіомери мають однакові хімічні та фізичні властивості, але розрізняються за оптичною активністю — напрямком обертання площини поляризованого світла.

• Стандартна концентрація речовини — 1 г/мл
• Товщина вимірювального шару — 1 дм
• Довжина хвилі світла (D-лінія натрію) — 546 нм

Форма, що обертає площину поляризації за годинниковою стрілкою, позначається знаком «+» (правої обертальності), а проти годинникової стрілки — знаком «–» (лівої обертальності). Належність до D- або L-ряду вказує виключно на просторове розташування атомів навколо α-вуглецю і може не збігатися з напрямком обертання променя. Тому існують ізомери L(+), L(–), D(+) і D(–), при цьому саме напрямок обертання залежить від розчинника та pH середовища.

Суміш рівних кількостей правих і лівих енантіомерів утворює рацемат, який оптичною активністю не володіє. У рослинному організмі біохімічні процеси суворо вибіркові: у побудові функціональних білків беруть участь тільки L-амінокислоти, що необхідно враховувати при оцінці біологічної активності агрохімікатів.

Рослини по-різному ставляться до D- і L-форм амінокислот, і якщо L-форми легко включаються в різні процеси обміну речовин, то D-форми рослинами не асимілюються, а іноді навіть інгібують процеси обміну. Це пояснюється тим, що ферментативні системи організмів специфічно пристосовані до L-амінокислот. Більшість амінокислот D-ряду має солодкий смак, а природні L-форми – гіркі або безсмачні. Для розділення амінокислот на оптичні антиподи користуються хімічними, мікробіологічними та ферментативними методами. Синтетичні амінокислоти є рацематами, тобто сумішами D- і L-форм.

За зовнішнім виглядом амінокислоти – білі кристалічні порошки, більшість з яких добре розчинні у воді при звичайній температурі. Водні розчини амінокислот стабільні, і їх можна автоклавувати при температурі 100–120°С.

Як було вже зазначено, амінокислоти містять одночасно основну амінну і кислу карбоксильну групи. Тому вони, як і інші амфотерні сполуки, можуть дисоціювати з утворенням Н+– і ОН––іонів.

Всі α-амінокислоти існують у водному середовищі живих клітин переважно у вигляді біполярних іонів або цвітер-іонів* з дисоційованою карбоксильною групою і протонованою аміногрупою:

NH3 2 NH2 + H+

Тому більшість амінокислот, будучи моноаміномонокарбоновими, не мають поблизу нейтральних значень рН скільки-небудь вираженого заряду.

Біполярність структур молекул амінокислот зумовлює цілий ряд їхніх властивостей, зокрема, хорошу розчинність більшості амінокислот у воді і порівняно низьку – в органічних розчинниках, великі дипольні моменти їхніх молекул, високі значення діелектричних сталих і температури плавлення. Залежно від рН середовища амінокислоти можуть бути у формі аніонів, катіонів, електронейтральних біполярних іонів або у вигляді суміші цих форм з домінуванням однієї з них. У сильнокислих розчинах амінокис-

Цвіттер-іон – нейтральні молекули, у яких одночасно присутні просторово розділені протилежні заряди.

лоти присутні у вигляді позитивних іонів, а в лужних – у вигляді негативних іонів, тобто амінокислоти є амфотерними електролітами:

R –– С ОН  R –– С 2O

|  Н |

R –– С С