Амины, амиды, аминокислоты, полипептиды и белки
Когда были открыты первые вещества, обладающие свойствами витаминов (от лат. vita – «жизнь» + «амин»), предполагалось, что они относятся к классу аминов. В 1912 году польский биохимик Казимир Функ (1884–1967) назвал витаминами активные вещества, выделенные им из рисовых отрубей; сейчас эти вещества известны как тиамин (витамин B1, действительно содержащий аминогруппу) и никотиновая кислота (витамин B3, к аминам не относится). Так что название «витамин» не оправдалось. Более того, большинство аминов – ядовитые вещества, а низкомолекулярные газообразные и жидкие амины обладают очень неприятным запахом. Так, диметиламин образуется при гниении рыбы. К аминам относятся также уже упоминавшийся холин и ацетилхолин – одно из самых сильных физиологически активных веществ. А три(2‑хлорэтил)амин (ClCH2CH2)3N является азотистым аналогом иприта с аналогичным кожно-нарывным действием. Сам иприт, ди(2‑хлорэтил)сульфид (ClCH2CH2)2S, был синтезирован еще в середине XIX века, а в 1917 году был применен как боевое отравляющее вещество вблизи бельгийского города Ипр, откуда и получил свое название.
Отвратительным запахом обладают ядовитые алифатические диамины H2N(CH2)n NH2 – путресцин (n = 4) и кадаверин (n = 5). Этимология названий (лат. putrescere – «гнить» и cadaver – «труп») говорит сама за себя: эти амины образуются в гниющем мясе. Такие вещества называют иногда птомаинами, от греч. ptoma – «труп, мертвец».
|
|
|
В 1894 году итальянский химик Джакомо Луиджи Чамичан (1857–1922) и его сотрудник Пауль Зильбер (1851–1932) выделили из коры корней гранатового дерева новый бициклический непредельный амин, который оказался алкалоидом. По источнику вещества его назвали гранатенином, а найденные в том же источнике родственные алкалоиды – гранатанином , гранатонином и гранатолином. Очень интересно происхождение названия стоваина, производного N,N-диметилизоамиламина с бензоильной группой. Его синтезировал в 1903 году французский химик Эрнст Фурно (1872–1949) и запатентовал препарат как местный анестетик, заменяющий кокаин. Для него следовало придумать торговое название. Оно было получено необычным способом. Фамилия французского химика (Fourneau) значит «печь». Это слово перевели на английский, получилось stove. И с окончанием слова cocaine получилось stovaine!
Непредельный амин сфингозин (2‑амино-4‑октадецен-1,3‑диол) может прочно связываться амидной связью – CO – NH– с жирными кислотами, образуя класс липидов – сфинголипиды. Отсюда и название этого амина, от греч. sphingein – «сжимать, стягивать». Амидная связь существует внутри очень интересной молекулы саншоола – производного гидроксидодекатетраенамида. Саншоол обусловливает необычные свойства так называемого сычуаньского перца: язык от него сначала покалывает, а затем он на несколько минут немеет. Название этого амида происходит от японского слова sansho и «гидроксильного» суффикса «ол» (поэтому неверна часто встречающаяся транскрипция английского названия sanshool как «саншул»). Еще один амид, N-изобутил-2,6,8‑декатриенамид, обладающий инсектицидным действием, был выделен в 1945 году из корней мексиканского растения и назван аффинином, по названию растения мелколепестника семейства Астровые – Erigeron affinis . Однако вскоре выяснилось, что ботаники ошиблись: на самом деле источником аффинина было другое растение – гелиопсис (Heliopsis longipes); тем не менее название вещества осталось прежним. Родственный аффинину амид неогеркулин с четырья двойными связями (в положении 2,6,8,10) был выделен из плодов и коры зантоксилума (Zanthoxylum clava-herculis), оно же «зубное дерево»: порошок из его коры лечит десны и зубы. Из анациклуса лекарственного (Anacyclus officinarum), травянистого растения семейства Астровые, был выделен еще один родственник аффилина – амид анациклин, молекула которого содержит две двойные и две тройные связи, но никаких циклов в ней нет.
|
|
|
Самые известные амины – это аминокислоты, из которых построены все природные полипептиды – белки. Молекулы аминокислот содержат одновременно карбоксильную и аминогруппу. Подвижный протон первой может протонировать вторую с образованием так называемого цвиттер-иона (от нем. Zwitter – «гермафродит; двойственная натура»). Самые известные цвиттер-ионы – это илиды, в которых отрицательный заряд находится на атоме углерода, а положительный – на атоме азота, фосфора, серы и других элементов. Этот термин произведен от стандартного суффикса «ид» (как в словах «сульфид», «карбид» и др.), а «ил» – от греч. hyle – «вещество, сущность» (что должно было относиться к «сущностным» радикалам типа бензоила). В этой связи интересно название нобелевской лекции, прочитанной на церемонии награждения 8 декабря 1979 года немецким химиком Георгом Виттигом (1897–1987): «От диилов к илидам и к моей идиллии» (диил – двухвалентный радикал).
|
|
|
Некоторые аминокислоты имеют в своем составе две аминогруппы (лизин, орнитин и др.). Аминокислоты, как правило, имеют тривиальные исторические названия (с суффиксом «ин»), а их номенклатурные названия практически не используются. Так, если вы скажете биохимику, что на Марсе нашли, положим, (S )-2‑амино-5‑гуанидинопентановую кислоту, это сообщение, наверное, вызовет у него умеренный интерес. Но если вы то же самое вещество назовете синонимом, аргинином, ваш собеседник будет чрезвычайно взволнован: ведь это – почти прямое свидетельство существования жизни на Марсе!
|
|
|
Тривиальные названия некоторых аминокислот связаны с источником, из которого они были выделены. Так, аспарагин обнаружили в 1806 году в соке аспарагуса (спаржи). Название этого растения (лат. asparagus, греч. asparagos ) произошло от греческого глагола spargan – «набухать». Родственны ему и «спаржа», и слово латинского происхождения «диспергировать», и англ. aspersion – «разбрызгивание». А в греческом языке это слово произошло, вероятно, от праиндоевропейского корня, означающего «всходить, быстро расти». От «аспарагуса» произошло название и первой выделенной из природного источника аминокислоты – аспарагиновой (аминоянтарной). Она была выделена (в виде ее амида – аспарагина) в 1805 году французскими химиками Пьером Жаном Робике (1780–1840) и Луи Никола Вокленом. Последний известен в основном открытием хрома и бериллия. От английского названия аспарагиновой кислоты (aspartic acid) произошло также название широко известного подсластителя аспартама (пищевая добавка Е951). Аспартам состоит из связанных остатков аспарагиновой и аминофенилпропионовой кислот (фенилаланина). Интересно, что аспарагиновая кислота безвкусна, фенилаланин горький, тогда как аспартам почти в 200 раз слаще сахара.
Название аминокислоты аргинина связано со свойством его производного. Аргинин был выделен в 1886 году из экстракта семян люпина швейцарским агрохимиком Эрнстом Шульце (1840–1912), который дал этой аминокислоте название, произведя его от лат. argentum – «серебро»: аргинин образует хорошо кристаллизующуюся серебряную соль. Шульце открыл также фенилаланин и глутамин.
Аминокислота аланин CH3CH(NH2)COOH имеет довольно странное название: его первые две буквы произошли от слова «альдегид» (хотя аланин вовсе не альдегид, когда‑то эта аминокислота была синтезирована из ацетальдегида), а вторые две буквы («ан») – просто произвольная вставка. В состав белков входит α-аланин, тогда как β-аланин (3‑аминопропионовая кислота) входит в состав ряда биологически активных соединений, например пантотеновой кислоты (витамина В5). Эта кислота (по своему строению – дипептид) впервые была выделена из печени животных в 1933 году американским химиком Робертом Уильямсом (1886–1965) и синтезирована им в 1939‑м (он же впервые синтезировал витамин В1 – тиамин). Оказалось, что пантотеновая кислота очень широко распространена в растительном и животном мире, поэтому ее название произведено от греч. pantothen – «отовсюду».
Аминокислота валин с химической точки зрения – это амин оизовал ериановая кислота, из выделенных букв и составлено ее название. Остатки валина (причем как право-, так и левовращающего!) входят в состав антибиотика валиномицина с циклической молекулой (24 атома в цикле). Валиномицин вырабатывают некоторые грибки, отсюда и название, от греч. mykes – «гриб».
Некоторые аминокислоты были получены из белков шелкового волокна, к ним относится гистидин (от греч. histion – «ткань», отсюда гистология – наука о животных тканях). В сыром шелке содержится серицин (шелковый клей), при кислотном расщеплении которого образуется несколько аминокислот, в том числе серин; оба названия произошли от лат. sericus – «шелковый». глицин назвали так за сладкий вкус (греч. glykys – «сладкий»). В качестве модификатора вкуса и аромата его используют как пищевую добавку (Е640). Глицин впервые получил в 1818 году французский химик Анри Браконно (1780–1855), он выделил его из желатина и назвал «сладким желатином». В 1846 году американский химик Эбен Нортон Хорсфорт (1818–1893) предложил для него термин гликокол (от греч. kolla – «клей»), который иногда используется и сейчас, хотя считается устаревшим. Современное название «глицин» предложил Берцелиус. Название лейцин произошло от греч. leukos – «белый»: в яичном белке это одна из самых распространенных аминокислот; тот же корень в словах «лейкемия» и «лейкоз» (белокровие), «лейкопластырь», «лейкоцит», «лейкооснование», «лейкосапфир» и др. Лейцин также является пищевой добавкой (Е641). лизин получил свое название от одного из значений греческого слова lysis – «растворение» благодаря очень хорошей растворимости в воде. Гидрохлорид лизина – пищевая добавка Е642. В молекуле метионина содержится группа – SCH3, от которой и произведено название: метил + тио .
Производное гидрированного пиррола (пирролидина) называется пролином. Его название получено просто «сокращением» полного химического названия: п ирроли дин -2‑карбоновая кислота. Еще одно сокращение: прол ин и глутамин овая кислота дали название группе белков – проламинов. Интересно, что сначала пролин был синтезирован (в 1900 году) знаменитым немецким химиком, будущим нобелевским лауреатом Рихардом Мартином Вильштеттером (1872–1942), а выделен из природного источника (казеина) годом позже другим нобелевским лауреатом – Эмилем Германом Фишером (1852–1919). При изучении молочного белка казеина, выделенного из сыра, Юстус Либих в 1846 году открыл тирозин (название он получил позже, в 1857 году, от греч. tyros – «сыр»). Из коры южноамериканского тропического дерева жофрея суринамская (Geoffroya surinamensis) был выделен N-метилтирозин; не удивительно, что его назвали суринамином.
Первая часть названия аминокислоты триптофана того же происхождения, что и фермента трипсина (по‑гречески thrypsis – «крошение, дробление, разрушение на мелкие части»; трипсин способствует пищеварению, расщепляя белки на аминокислоты). Вторая же часть названия, «фан», происходит от греч. phainein – «показывать». Триптофан был выделен из трипсина в 1890 году немецким химиком Рихардом Ноймайстером (1854–1905), он и дал этой аминокислоте, «показывающей на трипсин», название. В названии фермента химотрипсина (он также участвует в пищеварении) первая часть термина происходит от греч. chymos – «сок». Декарбоксилированием триптофана можно получить алкалоид триптамин – производное индола с группой С2Н5NH2. Метилпроизводное триптофана имеет тривиальное название абрин (англ. abrine ); он содержится в семенах исключительно ядовитого растения абруса опасного (Abrus precatorius) семейства Бобовые. Абрин в десятки раз более ядовит, чем цианистый калий.
Упомянутые в предисловии аминокислота цистеин и ее димер цистин с мостиком из двух атомов серы получили название от греч. kystis – «мочевой пузырь» (отсюда и заболевание цистит). Первым был выделен (из камней мочевого пузыря) цистин. Сделал это в 1810 году известный английский химик и физик У. Х. Уолластон, открывший палладий и родий. Декарбоксилирование цистеина дает цистеамин, димер которого, цистамин, является радиопротекторным препаратом. При гидролизе шерсти в кипящей соляной кислоте из цистина образуется аминокислота с одним атомом серы вместо двух. Эту аминокислоту назвали лантионин, от лат. lana – «шерсть» и греч. theion – «сера».
В качестве улучшителей муки в хлебе цистеин и его гидрохлориды используют как пищевую добавку (Е920, Е921). Если в молекуле цистина между атомами серы находится метиленовая группа СН2, то такое вещество называется дьенколовой кислотой – от djenkol: на яванском языке так называются восточноазиатские бархатные бобы (Pithecollobium lobatum). Впервые эту кислоту описали в 1933 году нидерландские химики А. Г. ван Вен и А. Й. Химан. Но выделили они ее не из бобов, а из мочи жителей Явы, отравившихся этими бобами! Сильным ядом может оказаться аминокислота коприн, содержащая циклопропановый цикл. Но ядом она будет только при одновременном употреблении спиртных напитков. Коприн содержится в съедобном (в молодом виде) грибе навозник серый (Coprinopsis atramentaria), от чего это вещество и получило свое название.
Аминокислоты можно алкилировать по аминогруппе. При алкилировании глицина получается содержащаяся в некоторых белках N-метиламиноуксусная кислота саркозин (от греч. sarx, род падеж. sarkos – «плоть», так что никакого отношения к бывшему президенту Франции Николя Саркози). Широко распространенный в природе бетаин (CH3)3N+CH2COO– был впервые выделен из сока сахарной свеклы (Beta vulgaris). В природе встречаются аминокислоты, не входящие в состав белков. Среди них – аллиин, выделенный из чеснока (Allium sativum).
Исключительное значение для человека имеет аминокислота тироксин (производное тирозина), в каждом из двух бензольных колец которой содержатся по два атома иода – редчайший случай природного иодсодержащего органического соединения. Тироксин синтезируется в щитовидной железе из ди иодтир озин а (дитирина); на латыни thyroideum – «щитовидный», отсюда и Glandula thyroidea – щитовидная железа. Интересно, что латинский термин восходит к греч. thyra – «дверь, ворота» и eidos – «вид». Действительно, прямоугольный щит напоминает по форме маленькую дверь. Остается добавить, что в новогреческом thyroros (θυρωρός) – «швейцар, привратник»; стоит он, как правило, у довольно большой двери.
орнитин (диаминовалериановая кислота) впервые был обнаружен в птичьем помете. Отсюда и его название, от греч. ornis – «птица» (тот же корень в слове «орнитология»). В свободном виде орнитин содержится в растениях и тканях млекопитающих. глутатион является трипептидом, защищающим клетки от токсичных агентов. Назван так потому, что содержит серу (по‑гречески theion ), а один из фрагментов его молекулы – остаток глута миновой кислоты. цитруллин (2‑амино-5‑уреидо-пентановая кислота) впервые был выделен из сока арбуза, откуда и получил свое название, от лат. Citrullus lanatus – арбуз обыкновенный.
Аминокислота карнитин (цвиттер-ион 4‑триметиламмоний-3‑гидроксимасляной кислоты) – природное вещество, родственное витаминам. Его впервые выделил из мясного экстракта в начале ХХ века профессор медицинской химии Владимир Сергеевич Гулевич (1867–1933), произведя его название от лат. caro (род. падеж carnis ) – «мясо». Того же происхождения и название карнозина – дипептида, состоящего из остатков гистидина и бета-аланина: от лат. carnosus – «мясистый». Дипептид ансерин отличается от карнозина одной метильной группой; он тоже содержится в мышцах, а его название происходит от лат. anser – «гусь», в мышечной ткани которого он был обнаружен в 1928 году.
В бобовом растении канавалии мечевидной (Canavalia ensiformis) найдена 2‑амино-4‑аминооксибутановая кислота, названная каналином. В бобовых содержится и сходная по строению 2‑амино-4‑гуанидинооксибутановая кислота, получившая название канаванина.
Важнейшим нейромедиатором центральной нервной системы является γ-аминомасляная кислота, название которой обычно сокращают до гамк (по‑английски gaba, от gamma-aminobutyric acid ).
К аминам формально относится и гуанидин HN=C(NH2)2, молекула которого получается при замене в молекуле мочевины атома кислорода на группу NH. Название гуанидина (как и азотистого основания гуанина ) происходит от птичьего помета – гуано (слово из индейского языка кечуа). Гуанин был получен еще в 1845 году в лаборатории Ю. Либиха переработкой этого «сырья». Из других неароматических аминов можно упомянуть моноэтаноламин, он же коламин, – термин интересен тем, что образован путем сокращения терминов alcohol и amine. В клеточном метаболизме участвует алифатический полиамин спермин H2N(CH2)3NH(CH2)4NH(CH2)3NH2. Впервые он был выделен (в виде кристаллического фосфата) в 1678 году из человеческой спермы нидерландским натуралистом Антони ван Левенгуком (1632–1723), но название получил лишь спустя два столетия. Похожий по составу полиамин H2N(CH2)3NH(CH2)4NH2 и название получил похожее: спермидин.
Вещества, в молекулах которых имеются две связанные друг с другом аминокислоты, называются дипептидами, а если аминокислотных остатков больше, то олигопептидами или, по предложению немецкого химика-органика Э. Г. Фишера, полипептидами (природные полипептиды – это белки). К полипептидам относится, в частности, белок куриного яйца овальбумин (яичный альбумин ), название которого происходит от лат. albumen ovi – «яичный белок» (лат. ovum – «яйцо» и albus – «белый»). Из молок лосося (лат. Salmo salar ) был выделен белок сальмин.
«Пепт» в термине пептиды произошло от греч. peptos – «сваренный, переваренный». Того же происхождения название фермента желудочного сока пепсина (греч. pepsis – «пищеварение»), а также популярного напитка пепси-колы. Это название для своего сиропа придумал в 1898 году фармацевт и владелец аптеки Калеб Брэдем, получивший патент на напиток в 1902‑м. Ни пепсина, ни экстракта орехов колы в нем не было, а были эфирные масла и сок лайма. Брэдем же полагал, что ассоциация с пищеварительным ферментом и популярной кока-колой повысит спрос на его продукт. Первоначально реклама пепси утверждала, что напиток способствует пищеварению.
Весьма распространен также термин протеины, предложенный в 1828 году Й. Я. Берцелиусом. Он означает то же самое, что и белки. По-гречески proteion – «первое место, самое важное», что, по мнению Берцелиуса, должно отражать ключевую роль белков в живых организмах. Если молекула белка соединена с олигосахаридами, получается гликопротеин. Так, в яичном белке содержится гликопротеин авидин; его название происходит от лат. avidus – «жадный»: авидин обладает способностью инактивировать в организме биотин (о нем ниже), связываясь с ним в комплекс. В яичном желтке содержатся фосфорсодержащие белки вителлин и фосвитин (эти названия происходят от лат. vitellus – «яичный желток»). Из мембранных гликопротеинов наиболее полно изучены гликофорин (дословно «несущий сладкое») и фибронектин (от лат. fibra – «волокно» и nectere – «связывать, присоединять»).
В 1968 году японский исследователь Кендзо Курихара выделил необычный гликопротеин миракулин из плодов африканского кустарника Synsepalum dulcificum . Эти плоды назвали «чудесной ягодой» (англ. miracle fruit, от miracle – «чудо, удивительная вещь»). Местные жители давно заметили, что после поедания этих ягод даже очень кислая еда, например лимоны, кажется сладкой. При этом миракулин сам по себе не сладкий. В 1990 году из плодов малазийского растения Curculigo latifolia был выделен белок куркулин. Как и миракулин, куркулин способен изменять вкус, но в отличие от миракулина куркулин сладкий.
Среди полипептидов множество биологически активных веществ. Так, природный нонапептид (то есть состоящий из девяти остатков аминокислот) брадикинин обладает уже при очень малых концентрациях сильным сосудорасширяющим действием. При испытаниях на морских свинках оказалось, что под действием брадикинина их кишечник стал работать медленнее. Соответственно, название этого пептида произведено от греческих слов bradys – «медленный» и kineo – «двигаю». Последний корень можно найти во многих словах, от «кинетики» до «кинематографа». В свое время 15‑стадийный синтез брадикинина настолько впечатлил химиков, что соответствующая схема его синтеза была помещена на большой вкладке к первому тому учебника А. Е. Чичибабина с указанием в тексте: «Синтетический брадикинин по всем свойствам, в том числе и физиологической активности, идентичен природному пептиду». Синтез брадикинина (а также инсулина и других полипептидов) был осуществлен в 1960‑х по новой методике («автоматический синтез») лауреатом Нобелевской премии Робертом Брюсом Меррифилдом (1921–2006).
Название фермента калликреина происходит от греч. kallikreas – «поджелудочная железа», а сокращение этого названия дает биологически активный декапептид каллидин, близкий по строению к брадикинину. Фермент папаин содержится в дынном дереве – папайе.
Гормональным действием обладает циклический полипептид (цикл образован за счет мостика – S – S–) окситоцин, вырабатываемый в задней доле гипофиза. Этот гормон повышает сократительную активность матки, отсюда его название (от греч. oxyno – «делаю острым» и tokos – «роды»). Родственный окситоцину и также вырабатываемый в гипофизе циклический гормон вазопрессин (от лат. vas – «сосуд» и presso – «давлю») обладает разнообразным действием, в частности, повышает сосудистый тонус. А линейный декапептид гипертензин (он же ангиотонин ) повышает кровяное давление. Отсюда и его названия, от греч. hyper – «над, сверх», angeion – «сосуд», tonos – «напряжение» и лат. tendere – «натягивать, напрягать».
В нейронах головного мозга вырабатываются полипептидные морфиноподобные вещества, получившие название эндорфинов, от греч. endon – «внутри» и «морфин». Из мозга млекопитающих были выделены сходные по строению полипептиды, названные энкефалинами, от греч. egkephalos – «мозг» (а kephale – «голова», отсюда и название рыбы кефаль, и заболевание мозга энцефалит, и метод исследования мозга энцефалография). Из тканей головного мозга был выделен и кефалин, являющийся смесью фосфолипидов.
Белки бывают глобулярными и фибриллярными. В глобулярных полипептидные цепи плотно свернуты в компактные шарообразные структуры – глобулы (от лат. globus – «шар»). Примером могут служить гемоглобин (дословно «кровяной шарик») и миоглобин (мышечный белок, от греч. mys – «мышца»). Фибриллярные белки (от лат. fibra – «волокно») имеют вытянутую нитевидную структуру; примером могут служить фибрин и фиброин. Из прочного фибриллярного белка кератина (от греч. keras – «рог») состоят волосы, ногти, рога животных, носорогов, перья и клювы птиц.
Один из самых знаменитых белков, инсулин, снижает концентрацию в крови глюкозы. Молекула инсулина образована двумя полипептидными цепями, содержащими 51 аминокислотный остаток. Инсулин образуется в поджелудочной железе, в так называемых островках Лагерганса, отсюда и название этого гормона: от лат. insula – «остров». В поджелудочной железе образуется и антагонист инсулина полипептид глюкагон. Этот гормон дает сигнал к выделению глюкозы из печени в кровь; его название произведено от греч. glykys – «сладкий» и ago – «веду, несу, произвожу». В зернах кукурузы содержится белок зеин (от лат. zea – «кукуруза»).
Полипептид гирудин, препятствующий свертыванию крови, был впервые получен в 1884 году из экстракта пиявок (на латыни «пиявка» – hirudo, род. падеж – hirudinis ). В чистом виде его выделили только в середине ХХ века, а строение было установлено лишь в 1976 году. Гирудин – полипептид, содержащий 65 аминокислотных остатков.
Закончим этот раздел еще одним «кровавым» белком, похожим по действию на гирудин. Это дракулин, выделенный из слюны вампировых (Desmodontidae) – южноамериканских летучих мышей. Он состоит из 411 аминокислотных остатков и служит вампировым в качестве антикоагулянта. А назван по имени знаменитого вампира графа Дракулы.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 496; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!