Методы разделения и идентификации аминокислот

Одним из основных методов разделения и идентификации аминокислот является хроматография. Принцип хроматографического разделения соединений состоит в том, что молекулы веществ разделяемой смеси по-разному распределяются между стационарной и подвижной фазами. По механизму разделения анализируемых веществ выделяют адсорбционную, распределительную, ионообменную и эксклюзионную хроматографии.

В адсорбционной хроматографии разделение веществ происходит за счет их различной способности адсорбироваться и десорбироваться на сорбенте с развитой поверхностью, например, силикагеле.

Распределительная хроматография обеспечивает разделение за счет разной растворимости анализируемых веществ в неподвижной и подвижной фазах. Неподвижная фаза, как правило, химически привита к поверхности неподвижного носителя.

В ионообменной хроматографии молекулы веществ смеси, диссоциированные в растворе на катионы и анионы, разделяются за счет ионных взаимодействий с сорбентом, на поверхности которого привиты катионные или анионные центры, способные к обмену с ионами анализируемых веществ.

В эксклюзионной (ситовой, гель-проникающей, гель-фильтрационной) хроматографии молекулы веществ разделяются по размеру за счет их разной способности проникать в поры носителя.

Хроматография на бумаге

В настоящее время этот метод в значительной мере вытеснен более совершенными методами, но его продолжают применять для разделения аминокислот. Выделяют восходящую и нисходящую хроматографии на бумаге. При восходящей хроматогафии растворитель заливают на дно хроматографической камеры, а бумагу с нанесенными на нее образцами (см. ход работы) располагают так, чтобы точки старта не были погружены в растворитель. Последний смачивает нижний конец бумаги, и фронт растворителя постепенно поднимается вверх, обеспечивая разделение анализируемых соединений. В нисходящей хроматографии растворитель заливают в специальную лодочку, помещаемую в верхней части камеры. Один из концов бумаги погружают в растворитель и закрепляют придавив, например, стеклянной палочкой, помещенной на дно лодочки. Остальная часть хроматографической бумаги свободно свисает в камере, и растворитель постепенно смачивает ее сверху вниз. Хроматографическая камера плотно закрывается для удержания паров растворителя, которые препятствуют высыханию бумаги. С этой же целью на дно камеры наливают небольшое количество растворителя для усиления испарения.

По окончании хроматографии полоску бумаги, смоченную растворителем, извлекают из камеры, высушивают и обрабатывают определенным образом, для проявления разделяемых соединений. При разделении аминокислот бумагу обрабатывают 0.5% раствором нингидрина в ацетоне с последующим прогреванием в течение нескольких минут при 90-110°С.

Для разделения аминокислот используют полярные растворители в виде бинарных, тройных и более сложных смесей воды, спиртов, кислот и оснований. Более полярные компоненты растворителя ассоциируют с целлюлозой и образуют стационарную фазу, а менее полярные составляют подвижную фазу. Поэтому разделение аминокислот на бумаге представляет собой вариант распределительной хроматографии. Аминокислоты с объемными неполярными боковыми цепями (Leu, Ile, Phe, Trp, Val, Met) перемещаются быстрее, чем аминокислоты с более короткими неполярными боковыми цепями (Pro, Ala, Gly) или с полярными боковыми цепями (Thr, Glu, Arg, Ser, Asp, His, Lys, Cys). Это обусловлено большей растворимостью полярных молекул в гидрофильной стационарной фазе и неполярных – в органических растворителях. Отметим, что в ряду неполярных аминокислот (Gly, Ala, Val, Leu) при увеличении длины неполярной боковой цепи, увеличивается и подвижность аминокислоты.

Отношение расстояния, на которое перемещается данная аминокислота, к расстоянию, пройденному фронтом растворителя (обе величины определяют от линии старта), называют подвижностью и обозначают символом R_f. Значение R_f для каждой аминокислоты зависит от условий разделения, например, от типа растворителя. Рекомендуется одновременно с неизвестной смесью аминокислот проводить хроматографирование стандартов. В этом случае подвижности компонентов исследуемой смеси можно сравнить с подвижностями стандартов.

Для количественного определения каждое пятно вырезают и аминокислоту элюируют (вымывают) подходящим растворителем; затем после добавления нингидрина измеряют оптическую плотность раствора. В другом случае бумагу обрабатывают нингидрином и интенсивность окрашивания пятен измеряют с помощью специального фотометра (денситометра) в проходящем или отраженном свете.

При разделении смесей аминокислот часто используют двухмерную хроматографию. В этом случае смесь наносят в один из углов квадратного листа бумаги и проводят разделение в одной системе растворителей. Затем лист извлекают, высушивают, разворачивают его на 90° и хроматографируют в другом растворителе. Данный метод получил наибольшее распространение именно для разделения аминокислот, так как при одномерной хроматографии не всегда удается достичь полного разделения вследствие близких значений R_f у некоторых аминокислот.

Пептиды

Пептиды – это органические молекулы, в состав которых входит несколько аминокислотных остатков, связанных пептидной связью. В зависимости от количества остатков аминокислот и молекулярной массы различают: низкомолекулярные пептиды (состоящие из двух – десяти остатков аминокислот – ди-, три-, тетра-, пентапептиды и т. д.), пептиды со средней молекулярной массой (от 500 до 5000 дальтон, так называемые «средние молекулы») и высокомолекулярные пептиды (с молекулярной массой от 5000 до 16000 дальтон).