Номер 144, страница 181 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

5.144. Приведите структурные формулы и названия всех канонических аминокислот, для которых возможна геометрическая изомерия.

Решение

Геометрическая (или цис-транс) изомерия возможна для молекул, в которых существует ограниченное вращение вокруг химической связи. Классическими примерами являются соединения с двойными связями, например $C=C$, или циклические соединения. Для существования геометрических изомеров необходимо, чтобы у каждого из двух атомов, соединенных такой связью (например, у атомов углерода при двойной связи или в цикле), были по два различных заместителя.

Анализ структур 20 канонических α-аминокислот показывает, что ни одна из них в виде отдельной мономерной молекулы не обладает структурными особенностями, допускающими геометрическую изомерию. В их боковых цепях (R-группах) отсутствуют двойные связи $C=C$ или циклические структуры с необходимым набором заместителей.

Тем не менее, явление геометрической изомерии становится критически важным при рассмотрении структуры белков. Пептидная связь $(-CO-NH-)$, соединяющая аминокислотные остатки в полипептидной цепи, обладает свойствами частично двойной связи из-за резонансной делокализации электронов. Это ограничивает свободное вращение вокруг связи $C-N$ и приводит к двум возможным планарным конформациям: транс- и цис-.

Для всех аминокислот, кроме одной, транс-конформация пептидной связи является значительно более стабильной (более чем в 1000 раз), поскольку в цис-конформации возникают сильные стерические отталкивания между боковыми цепями соседних аминокислотных остатков. Единственной канонической аминокислотой, для которой цис-конформация является достаточно стабильной и часто встречается в белках, является пролин.

Пролин (Pro, П)

Пролин — это уникальная аминокислота, поскольку его α-аминогруппа является вторичной и включена в состав пятичленного пирролидинового кольца, что делает его, строго говоря, иминокислотой. Именно эта циклическая структура является причиной его особых свойств.

Название по ИЮПАК: пирролидин-2-карбоновая кислота.

Структурная формула:

 H₂C——CH₂ / \ H₂C CH—COOH \ / ——NH—— 

В пептидной связи, образованной пролином (связь X–Pro), энергетическая разница между цис- и транс-конформациями невелика. Это связано с тем, что стерические затруднения в обеих конформациях становятся сопоставимыми из-за наличия кольца. В результате около 5–10% пептидных связей с участием пролина в природных белках находятся в цис-конформации. Переход между цис- и транс-формами (цис-транс-изомеризация) является важным механизмом в процессе сворачивания (фолдинга) белков и регуляции их функции.

Ответ:

Единственной канонической аминокислотой, для которой возможна и биохимически значима геометрическая изомерия, является пролин. Эта изомерия проявляется не в самой молекуле пролина, а в пептидной связи, которую образует его остаток в составе белка, и заключается в возможности существования этой связи в цис- и транс-конформациях.

Название: Пролин (Pro), пирролидин-2-карбоновая кислота.

Структурная формула:

 H₂C——CH₂ / \ H₂C CH—COOH \ / ——NH——