Глицин

Глицин
Общие
Систематическое наименование	аминоуксусная кислота
Сокращения	Гли, G, Gly GGU,GGC,GGA,GGG
Рац. формула	NH2 —CH2 —COOH
Физические свойства
Состояние	Твёрдое
Молярная масса	75,07 г/моль
Плотность	1,607 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	232—236 °C
• разложения	232—236 °C
Удельная теплота испарения	−528,6 Дж/кг
Удельная теплота плавления	−981,1 Дж/кг
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты $pK_{a}$	2,34 (по COOH) 9,58 (по NH2)
Растворимость
• в воде	Хорошая, 24.99 г/100 мЛ (25 °C) растворим в пиридине, умеренно растворим в этаноле, нерастворимый в эфире
Изоэлектрическая точка	5,97
Классификация
Рег. номер CAS	56-40-6
Рег. номер EINECS	200-272-2
SMILES	NCC(=O)O
Безопасность
ЛД50	2,6 г/кг
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Глици́н (ами́ноу́ксусная кислота́, ами́ноэта́новая кислота́, сокр.: «G» или «Gly», уст. гликоколь, гликокол) — простейшая органическая алифатическая аминокислота с химической формулой C₂H₅NO₂, относящаяся к классу производных карбоновых кислот. Имеет вид бесцветных кристаллов. Выведен Анри Браконно в 1820 году в составе белка коллагена путём кислотного гидролиза при обработке желатина серной кислотой.

История

Анри Браконно

В 1820 году Анри Браконно выделил глицин в составе белка коллагена путём кислотного гидролиза при обработке желатина серной кислотой. После этого Браконно решил посмотреть, что получится при такой же обработке веществ животного происхождения. Сначала он кипятил в воде кожу, сухожилия, хрящи и нервные сплетения животных. У него получался препарат желатины, который является белком коллагена, составляющий основное вещество соединительной ткани. Одну часть желатины Браконно смешивал с двумя частями концентрированной серной кислоты, настаивал двадцать четыре часа и кипятил образовавшийся раствор пять часов, добавляя при этом воду. Получившуюся жидкость он нейтрализовал мелом, фильтровал и выпаривал. Полученный густой раствор Браконно выдерживал в течение месяца. За это время в нём выпадали сладкие зернистые кристаллы.

За сладкий вкус Браконно назвал полученное вещество «клеевым сахаром», или «гликоколлом». Эта была первая попытка понять, из каких компонентов состоят белки. Гликоколл, позже переименованный в Глици́н, названный из-за сладковатого вкуса аминокислоты от слова др.-греч. γλυκύς, glycys — сладкий, был первой аминокислотой, найденной в составе белков. Это открытие Браконно, было первым указанием на то, что молекулы белков состоят из более простых молекул, однако учёные того времени ещё не могли прийти к такому выводу, для этого не хватало фактов. В 1846 году Эбен Нортон Хорсфорд в лаборатории Юстуса Либиха впервые правильно определил состав глицина и вывел его эмпирическую формулу. Хорсфорд отметил амфотерную, кислотно-щелочную природу глицина и других похожих на него соединений, известных в то время: лейцина, цистеина и аспарагина. Он предложил выделить эти вещества в особый класс.

Физико-химические свойства

Структура глицина

Молекулярная модель глицина

Глицин это бесцветное кристаллическое вещество сладковатого вкуса, хорошо растворимое в воде 25,3 г/100 мл (25 °C), 57,5 г/100 мл (75 °C), умеренно растворимое в этиловом спирте 0,043 г/100 мл (25 °C), малорастворимое в пиридине, ацетоне, нерастворимое в диэтиловом эфире и большинстве органических растворителей. Как и другие аминокислоты, в кристаллах и полярных растворителях глицин существует в виде цвиттер-иона. Его изоэлектрическая точка равна 5,97. Константы диссоциации кислоты (рКа) составляют 2,34 для карбоксильной группы (α-COOH) и 9,58 для аминогруппы (α-NH3+)

Глицин взаимодействует с кислотами и щелочами, образует комплексы с металлами, вступает в реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов, а именно: реакции этерификации, взаимодействие с аминами, декарбоксилирование, реакции с азотистой кислотой, окислительное дезаминирование, переаминирование, N-алкилирование, N-ацилирование, образование пептидной связи. Глицин, будучи кислотой, с ионами металлов образует сложные соли, относящиеся к хелатам — глицинаты: глицинат натрия, глицинат железа, глицинат меди, глицинат цинка, глицинат марганца. Реагирует с щелочными и щёлочноземельными металлами:

${\ce {2NH2-CH2-COOH + 2Na -> 2NH2-CH2-COONa + H2}}$

${\ce {2NH2-CH2-COOH + Ca -> (NH2-CH2-COO)2Ca + H2}}$

Реагирует с оксидами и гидроксидами практически всех металлов:

${\ce {2NH-CH2-COOH + CuO -> (NH2-CH2-COO)2Cu + H2O}}$

В приведённой реакции образуется глицинат меди – лекарственная добавка при дефиците меди у животных и человека.

Реакция с аммиаком без нагревания даёт глицинат аммония. Как и все аммонивые соли карбоновых кислот является не стабильным. При нагревании переходит в аминоэтанамид:

${\ce {NH2-CH2-COOH + NH3 -> NH2-CH2-COONH4}}$

${\ce {NH2-CH2-COOH + NH3 ->[t] NH2-CH2-CONH2 + H2O}}$

Вступает в реакцию этерификации со спиртами. Реакция с этанолом даёт этилглицинат:

${\ce {NH2-CH2-COOH + CH3-CH2-OH ->[t] NH2-CH2-COO-CH2-CH3 + H2O}}$

При реакции натриевой соли глицина с расплавом щёлочи выделяется метиламин:

${\ce {NH2-CH2-COONa + NaOH ->[t] CH3-NH2 + Na2CO3}}$

Способы получения

Химически глицин можно получить в ходе хлорирования уксусной кислоты и дальнейшего взаимодействия продукта реакции с аммиаком, через аммонолиз и последующее окисление водных растворов гликолонитрила или щелочным гидролизом гидантоина. В промышленной практике наиболее распространен способ получения глицина аммонолизом монохлоруксусной кислоты в водный раствор в присутствии гексаметилентетрамина:

${\mathsf {CH_{3}COOH{\xrightarrow[{}]{Cl_{2}}}ClCH_{2}COOH{\xrightarrow[{}]{NH_{3}}}H_{2}NCH_{2}COOH}}$

Для производства монохлоруксусной кислоты используют катализатор красный фосфор. Проходит следующая реакция:

${\ce {CH3COOH + Cl2 ->[P] Cl-CH2-COOH + HCl}}$

Соотношение и концентрацию реагентов следует подбирать осторожно, чтобы в ходе реакции не образовалось большое количество других аминов.

${\ce {Cl-CH2-COOH + 2NH3 -> NH2-CH2-COOH + NH4Cl}}$

Участие в обмене веществ

Предшественником в биосинтезе глицина служит органическое соединение, сложный эфир глицериновой кислоты и ортофосфорной кислоты 3-Фосфоглицерат. Глицин может быть синтезирован из серина под действием ферментов серингидроксиметилтрансферазы: КФ 2.1.2.1 и глицинсинтазы: КФ 2.1.2.10 + КФ 1.4.4.2 (+ КФ 1.8.1.4. Кроме того, возможен биосинтез глицина из холина, гидроксипролина или треонина. Катаболизм глицина происходит за счёт обратных реакций синтеза, а также под действием оксидазы D-аминокислот. Глицин — гликогенная аминокислота, продуктом метаболизма глицина является пируват (СН3(СО)СООН). Глицин служит предшественником при биосинтезе креатина, участвующего в энергетическом обмене в клетках мышц и мозга, пуриновых оснований, входящих в состав ДНК, РНК, коферментов, алкалоидов, токсинов и порфириновых соединений.

Глицин является тормозным нейромедиатором ряда клеток спинного мозга и стволовых структур головного мозга взрослых особей человека и других позвоночных. В мозге эмбриона является возбуждающим нейромедиатором. Переключение глициновой системы с функции возбуждения на функцию торможения после рождения происходит постепенно «от хвоста к голове». У крыс этот процесс завершается на шестнадцатый день, для человека подобных данных нет. Глицин также необходим для активации глутаматных рецепторов за счёт связывания со специальным модуляторным участком. Глицин входит в состав консенсусных последовательностей многих белков, например киназ, натриевых и калиевых каналов, где за счёт малого размера боковой цепи он обеспечивает гибкость полипептидной цепи (полипептид). Особенно богаты глицином склеропротеины: например, в фиброине шёлка 43,6% аминокислотных остатков приходится на долю глицина. Структура фиброина состоит из повторяющейся аминокислотной последовательности (Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala)n, которая формирует антипараллельные складчатые β-слои, связанные водородными связями. Около 30% аминокислотных остатков приходится на долю глицина в коллагене. Глицин, наряду с расположенным рядом пролином или гидроксипролином, стабилизирует спирали коллагена за счёт тесного контакта коллагеновых фибрилл в молекуле, позволяющего образование водородных связей и межмолекулярных сшивок. Среди антимикробных пептидов беспозвоночных выделяют глицин-богатые.

Глицин входит в состав множества биологически активных соединений, в том числе глутатиона, важнейшего клеточного антиоксиданта, гликохолевой кислоты (Эмпирическая формула C₂₆H₄₃NO₆), необходимой для переваривания жиров, гиппуровой кислоты, продукта связывания токсичной бензойной кислоты (химическая формула C₇H₆O₂ или C₆H₅СООН). Наследственное нарушение метаболизма глицина может приводить к накоплению в почках и мочевыводящих путях солей щавелевой кислоты (оксалоз), повышенному выделению глицина с мочой (глицинурия) или повышению его содержания в крови (глицинемия).

Биологическая роль

Будучи протеиногенной аминокислотой, глицин входит в состав многих белков и пептидов. Из глицина в живых клетках синтезируются порфирины (гем) и пуриновые основания. Глицин также является нейромедиаторной аминокислотой, проявляющей двоякое действие. Глициновые рецепторы имеются во многих участках головного мозга и спинного мозга. Связываясь с рецепторами (кодируемые генами GLRA1, GLRA2, GLRA3 и GLRB), глицин вызывает «тормозящее» воздействие на нейроны, уменьшает выделение из нейронов «возбуждающих» аминокислот, таких как глутаминовая кислота, и повышает выделение гамма-аминомасляной кислоты. Также глицин связывается со специфическими участками NMDA-рецепторов и, таким образом, способствует передаче сигнала от возбуждающих нейротрансмиттеров глутамата и аспартата.

Применение

Глицин применяется в медицине в качестве ноотропного средства (Ноотропы). Бетаин глицина (внутрисолевая форма триметилглицина) — компонент соков растений, используют в качестве лекарственного средства или пищевой добавки. Производное глицина 4-гидроксифениламиноуксусная кислота применяется как проявитель в фотографии. Глицин и его натриевая соль пищевая добавка Е640, являющейся модификатором вкуса и аромата

В фармацевтической индустрии таблетки глицина иногда комбинируют с витаминами (B₁, B₆, B₁₂ или D₃ в Глицин D₃). Лекарственные препараты глицина выпускаются в виде подъязычных таблеток. Одна таблетка содержит действующее вещество глицин микрокапсулированный — 100 мг и вспомогательные компоненты: водорастворимая метилцеллюлоза — 1 мг, стеарат магния — 1 мг. Контурные ячейковые блистеры (10, 50 штук) расфасованы в картонные упаковки.

Литература

• Глицин // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
• Баев В. В. Глицин // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 587. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
• Глицин // Газлифт — Гоголево. — М. : Советская энциклопедия, 1971. — С. 597. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 6).
• Сарафанова Л. А. Пищевые добавки. — 2-е изд., испр. и доп. — СПб.: ГИОРД, 2004. — 808 с. — ISBN 5-901065-79-4.