Александр Артеменко - Удивительный мир органической химии

Наибольшую роль играют α-аминокислоты. Именно они являются структурными элементами природных белковых веществ. Таких «белковых» аминокислот насчитывается около 20. Приведем некоторые из них.

Известно, что живой организм синтезирует белки из аминокислот. Но что является источником этих кислот? Некоторые из них образуются в самом организме из различных продуктов питания. Такие аминокислоты называют заменимыми. Но есть и незаменимые кислоты, которые организмом не синтезируются, а поступают в него с продуктами питания. Таких аминокислот восемь: валин, лейцин, изолейцин, лизин, треонин, метионин, фенилаланин и триптофан. Эти аминокислоты содержатся в полноценных белках (в молоке, мясе, яйцах). Взрослому человеку необходимо в сутки около 100 г белков, содержащих незаменимые аминокислоты. При этом совсем неважно, в каком виде поступают в организм аминокислоты: в виде набора аминокислот или в виде белка. Важно, чтобы эти кислоты поступили в организм! Заменить эти аминокислоты нельзя ничем — ни жирами, ни углеводами.

Оказалось, что аминокислотами можно обогащать продукты питания. При этом пища становится не только вкуснее, но и питательнее. Например, если к овощному блюду добавить совсем немного глутаминовой кислоты, то вам может показаться, что вы едите не только овощи, но и... курятину. Кстати, эту кислоту с успехом используют в медицине для лечения нервных, психических и других заболеваний. Глутаминовая кислота предохраняет даже от отравления угарным газом!

Потребность в аминокислотах постоянно растет. И не только для питания людей, но и на подкормку скота и для приготовления лекарственных препаратов. Где же брать аминокислоты? Можно, конечно, получать из белков. Но это связано с разрушением ценных питательных продуктов. Можно аминокислоты синтезировать. Однако это сложно и дорого. Да и качество таких аминокислот ниже, чем природных.

И все же ученые нашли «работника» по производству аминокислот. Им оказались... микробы! Дело в том, что для своей жизнедеятельности некоторые микробы вырабатывают гораздо больше аминокислот, чем им необходимо самим. Вот эти «излишки» и являются источником аминокислот. Но и тут есть свои проблемы. Микроорганизмы, найденные в природе, вырабатывают не одну аминокислоту, а несколько — каждой понемногу. Пришлось «заставить» некоторых микробов производить только одну необходимую нам аминокислоту. Кислоты, получаемые этим способом, практически ничем не отличаются от тех, которые добываются обычным способом — разрушением белковых молекул. К тому же «микробные» аминокислоты намного дешевле.

Поскольку в молекуле аминокислот «уживаются» группы с противоположными свойствами, то эти соединения могут вступать в химические реакции, которые, казалось бы, противоречат друг другу. Например, аланин образует соли как с кислотами, так и с основаниями:

Но в этом нет ничего удивительного. Мы же говорили, что аминокислота — одновременно и кислота, и основание. Аминокислоты способны даже взаимодействовать друг с другом — за счет аминогруппы одной молекулы и карбоксильной группы — другой:

В результате такой реакции между остатками аминокислот устанавливается пептидная (амидная ) связь —СО—NH—. Образовавшаяся молекула — дипептид — снова содержит две группы (амино- и карбоксильную), которые способны опять взаимодействовать с другими молекулами аминокислот. В результате образуются огромные молекулы — полипептиды, из которых состоит белок. Но об этих молекулах-гигантах речь пойдет ниже.

Расскажем еще о двух кислотах, которые присутствуют в нашем организме и принимают самое непосредственное участие в его жизнедеятельности. Более того, одна из этих кислот присутствует практически во всех молочных продуктах — в кислом молоке, твороге, сметане, сыре, простокваше. Эта же кислота, находясь в организме, служит своеобразным сигналом физической усталости организма. Что же это за кислота?

В воздухе всегда присутствуют микроорганизмы. Попадая в молоко, даже пастеризованное, некоторые из них (молочнокислые бактерии) начинают интенсивно размножаться. Правда, на холоде этот процесс идет медленнее. Но все же идет. Для размножения бактерий необходима энергия, и они ее получают, расщепляя молекулы сахара — лактозы (молочный сахар) — на четыре части. Это называют молочнокислым брожением. Было установлено, что эти четыре части — не что иное, как четыре молекулы карбоновой кислоты, содержащей гидроксильную группу. Такие кислоты называют гидроксикислотами. Гидроксикислота, которая образуется при молочнокислом брожении, называется молочной кислотой.

Свое название эта кислота получила в связи с ее образованием в прокисшем молоке. Именно она и придает кислому молоку «кислый» запах.

Молочнокислое брожение наблюдается при приготовлении многих продуктов — сыра, квашеной капусты и т. д. Молочная кислота образуется даже при силосовании кормов для животных. Она образуется также в процессах обмена веществ в живом организме.

Впервые молочную кислоту выделил в 1780 г. шведский химик К. Шееле. Но с тех пор прошло слишком много времени, и в настоящее время химики научились получать эту кислоту синтетически. Однако наиболее выгодным способом является брожение отходов сахарного производства (мелассы) под влиянием ферментов.

Молочная кислота — тоже непростое соединение. Ведь в ее молекуле содержатся две группы — карбоксильная и гидроксильная. Поэтому она обладает свойствами кислоты и спирта. Например, как кислота, она образует соли, сложные эфиры и т. д. В то же время, проявляя свойства спиртов, молочная кислота дает алкоголяты, простые эфиры и другие соединения. При окислении молочная кислота превращается в пировиноградную кислоту :

Вы видите из формулы пировиноградной кислоты, что она содержит в молекуле карбонильную группу. Следовательно, она — кетонокислота.