Аминокиселина

Амино и карбоксилна група у молекулу аминокиселина везане су за исти атом, α-атом угљеника, према томе то су α-аминокиселине и могу се приказати следећом општом формулом. R група представља бочни низ, а то могу бити алкил или поларне групе. Посебан случај је аминоетанска киселина (глицин, CH2-COOH) чији бочни ланац је водоник.

Код свих аминокиселина које улазе у састав протеина, сем једне (глицин), алфа угљеников атом је асиметричан (хиралан) те се стога могу наћи у облику два енантиомера. Све аминокиселине које синтетише хумани организам имају релативну L-конфигурацију. Постоје аминокиселине које имају два хирална центра (изолеуцин и треонин), што значи да имају по два пара енантиомера.

Аминокиселине које су познате одавно, углавном имају тривијална имена која су добиле према биљним или животињским ткивима у којима су првобитно пронађени (глутамин према пшеничном брашну глутену, тирозин према грчкој речи за сир итд.). Аминокиселине имају хемијске називе који се формирају као деривати киселина у којима је супституција извршена са тачном ознаком положаја бочног ланца и супституента.

Најважнија хемијска реакција аминокиселина је формирање пептидне везе која омогућава повезивање две аминокиселине и стварање ланца аминокиселина (пептида и протеина). Пептидна веза је веза између карбоксилне групе једне аминокиселине и амино групе друге аминокиселине, у којој се атом угљеника карбоксилне групе везује за атом азота уз ослобађање молекула воде. У формирању молекула воде учествују -OH из карбоксилне групе и водоник из амино групе.

Разликују се две групе аминокиселина: једна група су оне чија је функција да изграђују протеине и учествују у метаболичким процесима - протеиногене, а друга група су оне које учествују само у метаболичким процесима - непротеиногене.

Према природи R-групе, аминокиселине које граде протеине се могу класификовати у седам група:

1. Аминокиселине са неполарним (хидрофобним) бочним низом: аланин, валин, леуцин, изолеуцин, глицин и пролин;
2. Аминокиселине са ароматичним бочним низом: фенилаланин, тирозин и триптофан;
3. Аминокиселине са базним бочним низом: лизин, аргинин и хистидин;
4. Аминокиселине са киселинским остатком у бочном низу: аспарагинска киселина и глутаминска киселина;
5. Аминокиселине са амидним остатком у бочном низу: аспарагин и глутамин;
6. Аминокиселине са хидроксилном групом у бочном низу: серин и треонин;
7. Аминокиселине са сумпором у бочном низу: метионин и цистеин

"Стандардне" аминокиселине и њихова својства

Две додатне аминокиселине код неких врста су кодиране кодонима који се обично интерпретирају као стоп кодони:

Поред специфичних кодова за аминокиселине, држачи њихових места користе се у случајевима у којима се протеини секвенцирају хемијски или за кристалографске анализе пептида или протеина не може коначно детерминисати идентитет остатака.

Unk је понекад уместо Xaa, али је мање стандардно.Осим тога, многе нестандардне аминокиселине имају специфични код. На примјер, неколико пептидних дрога (лијекова), као што су Бортезомиб и МГ132, су умјетно синтетизирани и задржавали своје заштићујуће групе које имају специфичне кодова. Бортезомиб је Pyz - Phe-boroLeu, а MG132 је карбоксибензил Z-Leu-Leu-Leu-al. За помоћ у анализи структуре протеина, расположиве су фото-реактивне аналогне аминокиселине. То укључује фотолеуцин (pLeu) и фотометионин (pMet).^[10]

Најважнија хемијска реакција аминокиселина је формирање пептидне везе која омогућава повезивање две аминокиселине и стварање ланца аминокиселина (пептиди и протеини). Пептидна веза је веза између карбоксилне групе једне аминокиселине и амино групе друге аминокиселине, у којој се атом угљеника везује за атом азота уз ослобађање молекула воде.

У састав човековог организма улази укупно 20 аминокиселина. 10 од њих могу да се изграде у самом организму, док је преосталих 10 неопходно унети кроз исхрану. Аминокиселине које човеков организам није у стању да направи, а неопходне су за његово функционисање се називају есенцијалним аминокиселинама.

Структурне формуле "стандардних" аминокиселина

• 
  L-аланин (Ala / A)
• 
  L-аргинин (Arg / R)
• 
  L-аспарагин (Asn / N)
• 
  L-аспарагинска киселина (Asp / D)
• 
  L-цистеин (Cys / C)
• 
  L-глутаминска киселина (Glu / E)
• 
  L-глутамин (Gln / Q)
• 
  L-глицин (Gly / G)
• 
  L-хистидин (His / H)
• 
  L-изолеуцин (Ile / I)
• 
  L-леуцин (Leu / L)
• 
  L-лизин (Lys / K)
• 
  L-метионин (Met / M)
• 
  L-фенилаланин (Phe / F)
• 
  L-пролин (Pro / P)
• 
  L-серин (Ser / S)
• 
  L-треонин (Thr / T)
• 
  L-триптофан (Trp / W)
• 
  L-тирозин (Tyr / Y)
• 
  L-валин (Val / V)

Биосинтеза аминокиселина

Нормална исхрана обезбеђује већину аминокиселина потребних за биосинтезу протеина и за продукцију азотних једињења мале молекулске масе. Одржавање неопходне резерве аминокиселина у нашем организму омогућено је уносом хране, разградњом телесних протеина и биосинтезом неесенцијалних аминокиселина. Управо биосинтеза неесенцијалних аминокиселина највише варира у организму и кључна је у регулацији равнотеже. Процеси биосинтезе аминокиселина међусобно се разликују тако да постоји двадесет различитих анабиотичких процеса. У нашим ћелијама присутни су сви потребни ензими за синтезу отприлике половине аминокиселина, које чине групу неесенцијалних аминокиселина. Есенцијалне аминокиселине се морају уносити храном јер наш организам не садржи потребне ензиме за њихову синтезу.

Већина аминокиселина се могу синтетисати у довољним количинама од неког уобичајеног интермедијера метаболизма или од есенцијалних аминокиселина. Синтеза аминокиселина се одвија обично од одговарајуће кето киселине реакцијом трансаминације и генерално глутамат је донор амино - групе. Процеси биосинтезе неесенцијалних аминокиселина су једноставни и укључују мали број ензима, углавном један. За разлику од ових процеса, биосинтеза есенцијалних аминокиселина је знатно компликованија и укључује велики број ензима.

Хемијска синтеза аминокиселина

• Хел-Волхард-Зелинскијева реакција

Ово је реакција бромовања карбоксилне киселине на α-угљениковом атому. Даље, бром се у производу може заменити нуклеофилом као што је амонијак.

• Штрекерова синтеза

Ова реакција се изводи у присуству амонијака и цијанхидрина. Полазни реагенс у овој синтези је одређени алдехид, у зависности коју аминокиселину желимо добити. На интермедијерни имин се адира цијанхидрин и добијају се одређени α-аминонитрили. Даљом киселом или базном хидролизом се добијају α-аминокиселине.

Реакција настајања пептида

Аминокиселине садрже слободну амино и карбоксилну групу и због тога имају способност да дају све реакције карактеристичне за ове две групе. Код неких аминокиселина реагују и карактеристичне функционалне групе у бочном низу.

Слободна карбоксилна група учествује и органским реакцијама које дају амиде, естре или анхидриде. од свих су најзначајније реакције настајања амида, несупституисани (са амонијаком) или супституисани амиди (са другим аминима) који се називају пептиди.

Реакција аминокиселина са хлоридима органских киселина

Амино група у аминокиселинама која је слободна и може да реагује са хлоридима киселина, односно, може се ациловатии, при чему губи своје базне особине. Важна реакција α-амино групе је реакција са угљен-диоксидом при чему настају карбамино киселине које код човека представљају један од начина преноса угљен-диоксида из ткива у плућа.

Деградација аминокиселина

Кључни процес у деградацији аминокиселина је трансаминација у којој α-аминокиселина реагује са α-кетокиселином при чему кето и амино група мењају места. Пример за то је Кребсов циклус у коме се појављује α-кетоглутарна киселина. Ова киселина у реакцији са амонијаком даје глутаминску киселину. Добијена глутаминска киселина у реакцији са другим α-кетокиселинама као производ даје одређену α-кетокиселину и одређену аминокиселину. У организму велики број аминокиселина настаје на овај начин.

Важно место међу неуротрансмитерима у централном нервном систему заузимају аминокиселине и то:

• Глутаминска киселина
• Гама-аминобутерна киселина (ГАБА)
• Глицин

L-глутамат је главни ексцитаторни трансмитер који је присутан у свим деловима централног нервног система. Шездесетих година 20. века сматрало се да ГАБА и екцитаторне аминокиселине (ЕАА) нису ништа друго него фармаколошки куриозитети. Током седамдесетих установљено је да је најпростија аминокиселина глицин инхибиторни трансмитер у кичменој мождини, што је поставило основе за идеју да трансмитери морају да буду необични молекули, чија је најбитнија улога да се вежу за рецепторе. Највећи напредак учињен је открићем ЕАА антагониста, који је омогућио да физиолошка улога глутамата буде недвосмислено потврђена што је допринело и спознаји хетерогене природе ЕАА рецептора.

Глутамат је широко и равномерно распоређен у ЦНС-у где је његова концентрација много виша него у другим ткивима. Он има важну метаболичку улогу, при чему су метаболички и депои трансмитера повезани преко ензима трансаминаза који катализују интерконверзију глутамата и α-кетоглутарата. Глутамат у ЦНС-у потиче углавном из глукозе, преко циклуса трикарбоксилних киселина (Кребсов циклус), или из глутамина, кога синтетишу ћелије глије, а преузимају неурони. Међусобна повезаност путева синтезе ЕАА и инхибиторних аминокиселина (ГАБА и глицина), отежава коришћење трансмитера у експерименталним процедурама с циљем истраживања функционалних улога појединих аминокиселина, јер би поремећаји на било ком од корака у њиховој синтези утицали на екцитаторне и инхибиторне медијаторе.

Као и код осталих неуротрансмитера, депои глутамата налазе се у синаптичким везикулама из којих се ослобађа помоћу калцијум-зависне егзоцитозе специфични транспортерски протеини омогућавају њихово преузимање у неуроне и друге ћелије, као и њихово накупљање у синаптичким везикулама. Дејство глутамата углавном се прекида поновним преузимањем у нервне завршетке и суседне астроците преко носача. Овај транспорт може, под извесним околностима функционисати и у супротном правцу и тако постати извор ослобађања глутамата. Глутамат који преузму астроцити претвара се у глутамин и браћа се преко носача назад у неуроне, где опет долази до конверзије глутамина у глутамат.

Чланци

• Hertweck, Christian (2011). „Biosynthesis and Charging of Pyrrolysine, the 22nd Genetically Encoded Amino Acid”. Angew. Chem. Int. Ed. 50: 9540—9541. doi:10.1002/anie.201103769. 

Аминокиселина на Викимедијиној остави.

• The origin of the single-letter code for the amino acids