Γλυκίνη

Η γλυκίνη (αγγλικά: glycine) ή γλυκόκολλα, με διεθνή σύντμηση Gly ή G, κατά τη συστηματική ονομασία (IUPAC) 2-αμιναιθανικό οξύ, είναι το απλούστερο αμινοξύ. Οι κωδικές τριπλέτες του γενετικού κώδικα που αντιστοιχούν σ' αυτό είναι οι ακόλουθες: GGU, GGC, GGA και GGG. Η γλυκίνη είναι ακόμη το μοναδικό μη χειρόμορφο πρωτεϊνογόνο αμινοξύ. Οι περισσότερες πρωτεΐνες το περιέχουν σε μικρά ποσοστά, αλλά το κολλαγόνο αποτελεί μια αξιόλογη εξαίρεση στον προηγούμενο κανόνα, αφού περιέχει 35% γλυκίνη. Η χημικά καθαρή γλυκίνη, στις κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι άχρωμο και γλυκό στη γεύση κρυσταλλικό στερεό. Παγκοσμίως παράγονται βιομηχανικά περίπου 15.000 τόννοι το χρόνο.

Ισομέρεια 

Με βάση το μοριακό τύπο της, C2H5NO2, έχει τα ακόλουθα 61 ισομερή θέσης:
 Νιτροαιθάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3CH2NO2
 Νιτρώδης αιθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3CH2ONO (ο αιθυλεστέρας του νιτρώδους οξέος).
 1-νιτρωδοαιθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3CH(NO)OH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 2-νιτρωδοαιθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: ONCH2CH2OH (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 Αμινοαιθενοδιόλη-1,1 με σύντομο συντακτικό τύπο: H2NCH=C(OH)2.
 Αμινοαιθενοδιόλη-1,2 με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH=C(NH2)OH (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
 1-υδροξυαμινοαιθενόλη  με σύντομο συντακτικό τύπο: CH2=C(OH)NHOH.
 1-υδροξυαμινοαιθενόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH=CHNHOH (σε δύο (2) γεωμετρικά ισομερή).
 Αιθενοδιυδροξυλαμίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH2=CHN(OH)2.
 Ιμινοαιθανοδιόλη-1,1 με σύντομο συντακτικό τύπο: HN=CH2CH(OH)2.
 Ιμινοαιθανοδιόλη-1,2 με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH2C(=NH)OH.
 1-υδροξιμινοαιθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3C(OH)=NOH.
 1-υδροξιμινοαιθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH2CH=NOH.
 Μεθυλιμινομεθανοδιόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3N=C(OH)2.
 Ν-υδροξυμεθυλιμινομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH2N=CHOH.
 Μεθοξυϊμινομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HN=C(OCH3)OH.
 Μεθυλεναμινοξυμεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH2ON=CH2.
 1-μεθοξυϊμινομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3OC(=NH)OH.
 N-μεθοξυϊμινομεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3ON=CHOH.
 (Ιμινομεθοξυ)μεθανόλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HN=CHOCH2OH.
 Μεθοξυμεθανοϋδροξυλιμίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3OCΗ=NOH.
 Αμινοϋδροξυαιθανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH(NH2)CHO (σε δύο (2) οπτικά ισομερή).
 (Υδροξυαμινο)αιθανάλη με σύντομο συντακτικό τύπο: HONHCH2CHO.
 Μεθυλοκαρβαμικό οξύ με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3ΝΗCOOH.
 Καρβαμικός μεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: H2NCOΟCH3.
 Μεθανικός αμινομεθυλεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: HCOΟCH2NH2.
 Μεθανικός μεθυλαμινεστέρας με σύντομο συντακτικό τύπο: HCOΟNHCH2.
 1-υδροξυαιθαναμίδιο με σύντομο συντακτικό τύπο: HOCH2CONH2.
 N-υδροξυαιθαναμίδιο με σύντομο συντακτικό τύπο: CH3CONHOH.
 (Υδροξυμεθυλο)μεθαναμίδιο με σύντομο συντακτικό τύπο: HCONHCH2OH.
 Μεθυλυδροξυμεθαναμίδιο με σύντομο συντακτικό τύπο: HCON(OH)CH3.
 1,2,3-διοξαζολιδίνη  με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 1,2,4-διοξαζολιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: . 
 1,3,2-διοξαζολιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 1,4,2-διοξαζολιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-αμινο-1,2-διοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2-αμινο-1,3-διοξετάνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-υδροξυ-1,2-οξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-υδροξυ-1,2-οξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2-υδροξυ-1,3-οξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-υδροξυ-1,3-οξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο:  .
 4-μεθυλο-1,2,3-διοξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-μεθυλο-1,2,3-διοξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 4-μεθυλο-1,3,2-διοξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-μεθυλο-1,3,3-διοξαζετιδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2-αμινο-2-υδροξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-αμινο-2-υδροξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 Υδροξυαμινοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2,2-διυδροξυαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2,3-διυδροξυαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 2,N-διυδροξυαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-μεθυλο-3-υδροξυοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-μεθυλο-3-υδροξυοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-μεθυλο-N-υδροξυοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-μεθοξυοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 N-μεθοξυοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 3-υδροξυμεθυλοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 Ν-υδροξυμεθυλοξαζιριδίνη  με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 Αμινομεθυλοδιοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 Μεθυλαμινοδιοξιράνιο με σύντομο συντακτικό τύπο: .
 Αιθυλοδιοξαζιριδίνη με σύντομο συντακτικό τύπο: .

 Οι παραπάνω ενώσεις δεν είναι όλες σταθερές.

Ιστορία 

Η γλυκίνη, της οποίας ο ημισυντακτικός τύπος είναι H2NCH2COOH, πρωτοανακαλύφθηκε από τον Χενρί Μπρακονό σε προϊόντα υδρόλυσης ζελατίνης με θειικό οξύ, εξ ου και η ονομασία της γλυκόκολλα. Ως οργανική ένωση απομονώθηκε το 1820. Ελεύθερη στη φύση εντοπίζεται σε κατώτερους ζωικούς οργανισμούς ενωμένη με χολικό και βενζοϊκό οξύ ως συστατικό της χολής και των ούρων.

Παρουσία στο διάστημα 

Η γλυκίνη έχει ανιχνευθεί στο διαστρικό ενδιάμεσο. Το 2008, γλυκινοειδή μόρια όπως το αμιναιθανονιτρίλιο (που με υδρόλυση δίνει γλυκίνη) ανακαλύφθηκαν στο Μεγάλο Μοριακό Χέιματ, ένα τεράστιο αεριώδες νεφέλωμα κοντά στο γαλαξιακό κέντρο στον Αστερισμό του Τοξότη, από το Ινστιτούτο του Μαξ Πλανκ για τη Ραδιοαστρονομία. Το 2009 η γλυκίνη ανιχνεύθηκε επίσης στον κομήτη Άγριος 2 (Wild 2) από το διαστημόπλοιο «Αστρόσκονη» (Sturdust), ενισχύοντας τη θεωρία ότι είναι πιθανό η ζωή να έφθασε στη Γη από το διάστημα. Το σκάφος επισκέφθηκε τον κομήτη και πήρε δείγμα από αυτόν στο οποίο ανιχνεύθηκε, μεταξύ άλλων υλικών, και το αμινοξύ. Ήταν η πρώτη φορά που ανιχνεύθηκε αμινοξύ σε κομήτη.

Δομή 

Είναι το απλούστερο πρωτεϊνικό αμινοξύ. Είναι ένα «αλειφατικό» (δεν περιέχει κανένα δακτύλιο) αμινοξύ. Η γλυκίνη σχεδόν ποτέ δε μετέχει στη λειτουργικότητα των πρωτεϊνών, στις οποίες συμμετέχει, δηλαδή αποτελεί (συνήθως) δομικό τμήμα τους, χωρίς να αποτελεί μέρος του «ενεργού κέντρου» τους.

Παραγωγή 

 Απαιτείται ρύθμιση του pH στο pI = 6,06 για να επιτευχθεί η κρυστάλλωσή της σε καθαρή μορφή.

Από αλογοναιθανικό οξύ 

1.. Με επίδραση αμμωνίας: 
όπου Χ : Cl , Br , I
2. Μέσω οργανομαγνησιακών ενώσεων και αλαμίνης με εστεροποίηση για «προστασία» της καρβοξυλομάδας:

3. Με φθαλιμιδικό κάλιο (σύνθεση Gabriel):

Αντίδραση Strecker 

Με επίδραση υδροκυανίου (HCN) και αμμωνίας (NH3) σε μεθανάλη (HCHO):

Από φορμυλομεθανικό οξύ 

Με επίδραση αμμωνίας (NH3) σε φορμυλομεθανικό οξύ (HCOCOOH) παράγεται ιμιναιθανικό οξύ (HN=CHCOOH), που με υδρογόνωση δίνει γλυκίνη:

Από νιτροαιθανικό οξύ 

Από νιτροαιθανικό οξύ με αναγωγή:

Από κυανομεθανικό οξύ 

Από κυανομεθανικό οξύ με αναγωγή:

Από μηλονικό οξύ 

Από μηλονικό οξύ με μετροπή σε μοναμίδιο και αποικοδόμηση - μετάθεση Hofmann:

Βιοσύνθεση 

Η γλυκίνη δεν ανήκει στα απαραίτητα για την ανθρώπινη διατροφή αμινοξέα. Μπορεί να παραχθεί από το σώμα από το αμινοξύ σερίνη. Στους περισσότερους οργανισμούς που μπορούν να εκτελέσουν αυτή τη βιοχημική αντίδραση χρησιμοποιείται το ένζυμο υδροξυμεθυλοτρανσφεράση της σερίνης:

  

Ακόμη, στο συκώτι των σπονδυλωτών είναι διαθέσιμη και η ακόλουθη σύνθεση της γλυκίνης, με τη βοήθεια του ενζύμου συνθετάση της γλυκίνης:

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Ιονισμός 

Η γλυκίνη έχει αμφολυτική, δηλαδή οξεοβασική συμπεριφορά:

1. Ιονίζεται:

 Η κεντρική πάνω κατάσταση ισχύει για αδιάλυτη (ή διαλυτή σε απρωτικούς διαλύτες) γλυκίνη.
 Σε υδατικά διαλύματα:
 Για pH<pI ιονίζεται η αμινομάδα (δεξιά).
 Για pH=pI ιονίζονται και η αμινομάδα και η καρβοξυλομάδα (κένρο κάτω).
 Για pH>pI ιονίζεται μόνο η καρβοξυλομάδα (αριστερά).

2. Παραγωγή αλάτων με οξέα και βάσεις. Π.χ.:
και 

3. Εστεροποίηση:

Άλλες αντιδράσεις αμινομάδας 

1. Με επίδραση αλκυλαλογονιδίου παράγεται αλκυλαμιναιθανικό οξύ.:

2. Επίδραση ακυλαλογονιδίων  παράγεται ακυλαμιναιθανικό οξύ.:

3. Επίδραση νιτρώδους οξέος  παράγεται υδροξυαιθανικό οξύ:

Επίδραση καρβανίων 

Επίδραση καρβενίων. Π.χ. μεθυλενίου:
  
 Η αντίδραση είναι ελάχιστα εκλεκτική και αυτό σημαίνει ότι κατά προσέγγιση έχουμε;

 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς CH-H: 2 στατιστικές πιθανότητες. Παράγεται αλανίνη, δηλαδή ένα πρωτεϊνικό αμινοξύ.
 Παρεμβολή στους δύο (2) δεσμούς NH-H: 2 στατιστικές πιθανότητες. Παράγεται μεθυλαμινοαιθανικό οξύ, δηλαδή ένα μη πρωτεϊνικό αμινοξύ.
 Παρεμβολή στον έναν (1) δεσμό COO-H: 1 στατιστική πιθανότητα. Παράγεται αμινοαιθανικός μεθυλεστέρας, δηλαδή ο μεθυλεστέρας της γλυκίνης.
 Προσθήκη στον ένα (1) διπλό δεσμό C=O. 1 στατιστική πιθανότητα. Παράγεται 2-αμινομεθυλο-2-υδροξυοξιράνιο, δηλαδή ένα παράγωγο του οξιρανίου.

 Προκύπτει επομένως μίγμα ~33% αλανίνης, ~33% μεθυλαμινοαιθανικού οξέος, ~17% αμινοαιθανικού μεθυλεστέρα και ~17% 2-αμινομεθυλο-2-υδροξυοξιρανίου.
 Εκτός από την ίδια την αλανίνη, τα υπόλοιπα παράγωγα είναι ισομερή θέσης της αλανίνης.

Βιοαποικοδόμηση 

Η γλυκίνη αποικοδομείται μέσω τριών (3) οδών:

1. Η κύρια οδός για τα ζώα προβλέπει την αντίστροφη από τη δεύτερη (βλέπετε παραπάνω) μέθοδο βιοσύνθεσής της. Στην περίπτωση της αποικοδόμησης εμπλέκεται το ένζυμο αποκαρβοξυλάση της γλυκίνης:
  

2. Κατά τη δεύτερη οδό η γλυκίνη αποικοδομείται σε δυο στάδια:
α. Η γλυκίνη μετατρέπεται σε σερίνη και πάλι με τη χρήση της υδροξυτρανσφεράσσης της σερίνης:
 

  
β. Η σερίνη μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό οξύ από τo ένζυμo αφυδατάση της σερίνης:
 

3. Κατά την τρίτη οδό η γλυκίνη μετατρέπεται σε γλυοξυλικό οξύ με D-αμινοοξειδάση:
:

Φυσιολογική λειτουργία 

Η κύρια λειτουργία της γλυκίνης είναι να αποτελεί ένα διαθέσιμο δομικό υλικό για τις πρωτεΐνες και για πολλά άλλα φυσικά προϊόντα.

Ως βιοσυνθετικό ενδιάμεσο 

Στα ανώτερα ευκαρυωτικά το D-αμινολεβουνικό οξύ, ένα ενδιάμεσο - κλειδί για τις πορφυρίνες, βιοσυντίθεται από τη γλυκίνη και το σουκκινυλ-CoA. Η γλυκίνη παρέχει την κεντρική ομάδα C2N σε όλες τις πουρίνες:.

Ως νευροδιαβιβαστής 

Η γλυκίνη είναι ένας χημικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα, ιδιαίτερα στο νωτιαίο μυελό, στο εγκεφαλικό στέλεχος και στο οπτικό νεύρο. Όταν οι υποδοχείς γλυκίνης ενεργοποιηθούν, ανιόντα χλωρίου εισέρχονται στο νευρικό κύτταρο μέσο των ιονικών διαύλων. Η γλυκίνη είναι ένα απαραίτητο συναγωνιστικό μαζί με το γλουταμινικό οξύ για NMDA υποδοχείς. Αν χρησιμοποιηθεί υπερβολική δόση γλυκίνης γι' αυτό το σκοπό είναι δυνατό να προκληθεί ακόμη και θάνατος από υπερδιέγερση.

Χρήσεις 

Στις ΗΠΑ η γλυκίνη πωλείται τυπικά σε δυο βαθμίδες καθαρότητας: 
 Φαρμακευτικού επιπέδου: Υψηλές προδιαγραφές καθαρότητας για φαρμακευτικές και διατροφικές χρήσεις, ακόμη και για ζωοτροφές. Περιλαμβάνει το 80-85% των πωλήσεων στη χώρα. Λόγω της γλυκιάς της γεύσης χρησιμοποιείται μεταξύ άλλων χρήσεων και ως γλυκαντικό (E640), δηλαδή ως υποκατάστατο της ζάχαρης.
 Τεχνικού επιπέδου. Χαμηλότερες προδιαγραφές καθαρότητας για άλλες χρήσεις, κυρίως ως πρώτη ύλη για άλλα προϊόντα σε διάφορες χημικές βιομηχανίες, όπου γενικά δεν επηρεάζουν σημαντικά οι τυχόν ξένες προσμείξεις. Είναι φυσικά και οικονομικότερη.

Αναφορές και σημειώσεις

Πηγές πληροφόρησης 

 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
 «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
 Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
 Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ ΈκδοσηΘεσσαλονίκη 1991 
 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
 Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986
 Διαδικτυακοί τόποι που αναφέρονται στις «Αναφορές και παρατηρήσεις».

Πρωτεϊνικά αμινοξέα
C2
Νευροδιαβιβαστές