Aminokyseliny (AMK, AK)

Aminokyseliny jsou karboxylové kyseliny, které mají v uhlovodíkovém řetězci nahrazen jeden nebo více vodíků aminoskupinou.

                                                                    Obecná struktura aminokyseliny

Nejvýznamnější jsou α-aminokyseliny. Tyto kyseliny tvoří bílkoviny a označují se jako proteinogenní AMK. Bílkoviny obsahují 20 proteinogenních kyselin. Kromě glycinu mají opticky aktivní uhlík. V přírodě se vyskytují  α-L-aminokyseliny, α-D-AMK se v přírodě prakticky nevyskytují. Esenciální AMK jsou aminokyseliny, které živočišný organismus nedokáže syntetizovat a musí být do organismu dodávány s potravou.

Kromě karboxylové skupiny a aminoskupiny obsahují některé AMK ve své molekule i další skupiny.

Názvosloví

U proteinogenních aminokyselin se používají téměř výhradně triviální názvy, případně jejich zkratky.

Přehled základních aminokyselin (vzorce, rozdělení) (1, 2)

Vlastnosti

Aminokyseliny jsou převážně krystalické látky s iontovým charakterem, jsou rozpustné ve vodě, poměrně špatně v ethanolu a nerozpustné v nepolárních rozpouštědlech. Mají vyšší body tání než hydroxysloučeniny. Karboxylová skupina odštěpuje proton - aminokyseliny se chovají  jako kyseliny, ale vzhledem k přítomnosti aminoskupiny - NH₂, na které je volný elektronový pár, mohou kyseliny proton i  přijmout.

Podle počtu karboxylových, amino, případně dalších skupin, reagují aminokyseliny kysele nebo zásaditě (viz tabulka výše):

kyselé – monoaminodikarboxylové kyseliny ( pH 2,7 - 3,2)

neutrální –monoaminokarboxylové kyseliny (pH 4,8 - 6,3

alkalické –diaminokarboxylové kyseliny ( pH 7,6 - 10,8).

Mají amfoterní charakter, v silně kyselém prostředí tvoří kationty, je potlačena disociace karboxylových kyselin; v silně alkalickém prostředí se chovají jako kyseliny a tvoří anionty. Chovají se jako tlumivé roztoky - pufry. AMK poskytují všechny typické reakce pro karboxylovou skupinu i aminoskupinu a zároveň reakce, kdy se skupiny vzájemně ovlivňují. Reagují za vzniku solí, poskytují esterifikační reakce, acetylace, dekarboxylace, deaminace. Nejdůležitější reakcí je vznik peptidové vazby.

Příklady reakcí

 Zahřívání aminokyselin

Produkt závisí na umístění - NH₂ skupiny:

• z α - aminokyselin vznikají odštěpením vody 2,5 - dioxopiperaziny, což je obdoba laktidů:

• zahříváním β - aminokyselin dochází k eliminaci amoniaku a vznikají nenasycené karboxylové kyseliny:

• zahříváním γ a  δ- hydroxykyselin vznikají obdoby laktonů, tzv. laktamy:   

• aminokyseliny s větší vzdáleností aminoskupiny tvoří při zahřívání lineární složité polymerní látky. Významný polymerní produkt lze získat zahříváním ε - kaprolaktamu, vzniká polyamid Silon:     

           příprava ε - kaprolaktamu  

           polymerace  ε - kaprolaktamu     n (CH₂)₅C(O)NH → [(CH₂)₅C(O)NH]_n                               

          Vznik peptidové vazby

Peptidová vazba –CO–NH– je typická pro proteiny a polypeptidy; α-karboxylová skupina jedné aminokyseliny reaguje s α-amino skupinou druhé za odštěpení molekuly vody.

Vazba se tvoří při kondenzaci jednotlivých aminokyselin, ale je obsažena i v syntetických polyamidech.

Příprava aminokyselin

Amonolýza vodným roztokem amoniaku (nadbytkem) s halogenkyselinami vznikají   aminokyseliny:

           R-CHX-COOH + 2 NH₃ ⇆ R-CHNH₂-COOH + NH₄Br

β- aminokyseliny se připravují adicí amoniaku naα,β-  nenasycené kyseliny. Z výchozích látek vzniká amonná sůl, z které se aminokyselina uvolní.

            R-CH=CH–COOH + NH₃ → R-CH(NH₂)–CH₂–COOH

Streckerova syntéza je obdobou kyanhydrinové syntézy, na kyanhydrin aldehydu nebo ketonu se působí amoniakem, vzniklý nitril α-kyseliny hydrolyzuje varem se zředěnou minerální kyselinou (3):

    Aromatické aminokyseliny se připravují redukcí nitrosloučenin v kyselém prostředí:

      Pro získání kyselin s aminoskupinou v poloze 2- (o-) a 4- (p-) se používají speciální postupy:

 Hoffmannovo odbourávání – příprava kyseliny anthranilové:

     Zástupci

Proteinogenní (bílkovinotvorné) aminokyseliny - z uvedených 20 (viz tabulka) si organismus dokáže vytvořit 12; 8 musí získat hotové, jsou  tzv. esenciální aminokyseliny.

Kyselina 4-aminobenzoová (kyselina para-aminobenzoová, PABA) - meziprodukt pro bakteriální syntézu kyseliny listové, esenciální kyselina pro některé bakterie. Její estery se používají jako lokální anestetika benzokain a prokain.

Kyselina p-aminosalicylová (PAS) -  lék proti tuberlulóze (staršího typu) a Crohnově chorobě.

Kyselina anthranilová (kyselina o-aminobenzoová) - produkt katobolismu tryptofanu, výchozí látka pro syntézu barviv a dalších látek.

Kyselina ethylendiamintetraoctová = EDTA [CH₂N(CH₂CO₂H)₂]₂ - má schopnost vytvářet komplexní sloučeniny s kationty kovů, používá se při odstraňování tvrdosti vody. Slouží i jako protisrážlivá látka v klinické biochemii a jako antidotum při otravách olovem. V analytice se nejčastěji používá její disodná sůl pod označením Chelaton III.