Aminokwas - Amino acid


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Struktura alfa aminokwasu, w jego formie nie-zjonizowany

Aminokwasyzwiązki organiczne zawierające aminę (-NH 2 ) i karboksyl (-COOH), grupy funkcyjne , wraz z łańcuchami bocznymi (grupa R) specyficzne dla każdego aminokwasu. Główne elementy aminokwasu są węgiel (C), wodór (H), tlen (O) i azot (N), przy czym inne elementy znajdują się w łańcuchach bocznych pewnych aminokwasów. Około 500 naturalnie występujących aminokwasów są znane (chociaż tylko 20 pojawi się na kod genetyczny ) i mogą być klasyfikowane w różny sposób. Mogą one być sklasyfikowane według lokalizacjach rdzenia grup strukturalnych funkcjonalny jak alfa (a-) , beta- (p-) , gamma (Y-) i delta (δ-) aminokwasy; inne kategorie dotyczy biegunowości , pH poziom, a łańcuch boczny typu grupy ( alifatyczna , acykliczny , aromatyczny , zawierający hydroksylową lub siarki , itd.). W postaci białek , aminokwasów pozostałości tworzą drugą co do wielkości składników ( wody jest największa) ludzkich mięśni i innych tkankach . Oprócz ich roli reszt protein, aminokwasy udział w wielu procesach, takich jak neuroprzekaźnika transportu i biosyntezy .

W Biochemistry , aminokwasy posiadające zarówno grupy karboksylowe przyłączone do aminy oraz pierwszego (alfa) węgla, atomu mają szczególne znaczenie. Są one znane jako 2-, alfa, lub kwasów a-amino (ogólne wzorze H 2 NCHRCOOH w większości przypadków, w którym R oznacza grupę organiczną podstawnik znany jako „ łańcuch boczny ”); często termin „aminokwas” stosuje się w odniesieniu w szczególności do nich. Zawierają one 22 białkowego ( „Białko”) budynku-aminokwasy, które łączą się peptydowe łańcuchów ( „polipeptydy”) w celu utworzenia klockowy o szerokiej gamy różnych białek . Są to wszystkie L - stereoizomery ( „ leworęczny « izomery ), chociaż kilka D -aminokwasami (»prawoskrętnym”) występują w kopertach bakteryjnych jako neuromodulator ( D - seryna ), a w pewnych antybiotyków .

Dwadzieścia proteinogennych aminokwasów kodowanego bezpośrednio przez trój kodonów w kodzie genetycznym i są znane jako „standard” aminokwasów. Dwa inne ( „nietypowe” lub „niekanoniczne”) są selenocysteina (obecne w wielu organizmów prokariotycznych , jak również większości organizmów eukariotycznych , ale nie kodowane bezpośrednio DNA ) oraz pirolizyna (tylko w pewnym archea i jedną bakterię ). Pirolizyna i selenocysteina są kodowane przez kodony wariantu; Na przykład, selenocysteina jest kodowana przez kodon stop i elementu SECIS . N -formylmethionine (który jest często początkowe aminokwasów białek w bakteriach, mitochondriach i chloroplastach ) jest zwykle uważany za postaci metioniny , a nie jako oddzielny proteinogennych aminokwasów. Względem kodonów tRNA , uzyskuje się nie występujące w naturze mogą być również wykorzystywane do „rozszerzyć” kod genetyczny i utworzenia nowych białek zwanych alloproteins zawierających nie proteinogennych aminokwasów .

Wiele ważnych proteinogenic i non-proteinogenic aminokwasy posiadają funkcje biologiczne. Na przykład, w ludzkim mózgu , glutaminian (średnia kwasu glutaminowego ) i gamma-amino-masłowego ( „GABA” nietypowe kwas gamma-amino) są, odpowiednio, główny pobudzający i hamujące neuroprzekaźników . Hydroksyproliny , głównym składnikiem tkanki łącznej kolagenu , powstaje z proliny . Glicyna jest prekursorem dla biosyntezy porfiryn stosowanych w czerwonych krwinkach . Karnityna jest wykorzystywana w transporcie lipidów .

Dziewięć aminokwasów proteinogennych nazywane są „ niezbędne ” dla ludzi, ponieważ nie mogą być wytwarzane z innych związków w organizmie człowieka, a więc muszą być podjęte w żywności. Inni mogą być warunkowo niezbędny dla pewnych grup wiekowych lub stanów medycznych. Kwasy aminowe mogą także różnić się między gatunkami .

Ze względu na ich znaczenie biologiczne, aminokwasy odgrywają ważną rolę w odżywianiu i są powszechnie stosowane w suplementach diety , nawozów , pasz i technologii żywności . Zastosowania przemysłowe obejmują wytwarzanie leków , biodegradowalne tworzywa sztuczne i chiralnych katalizatorów .

Historia

Pierwszych kilka aminokwasy zostały odkryte na początku 19 wieku. W 1806 roku francuscy chemicy Louis-Nicolas Vauquelin i Pierre Jean Robiquet izolowane związek w szparagach , który został później nazwany asparagina , pierwszy aminokwas na odkrycie. Cystyna został odkryty w 1810 roku, chociaż jego monomeru cysteiny , aż pozostało nieodkrytych 1884 glicyny i leucyny odkryto w 1820 ostatni z 20 powszechnych aminokwasów odkrycie zostało treoniny w 1935 roku przez William Cumming Rose , który również, określona niezbędne aminokwasy i ustalone minimalne dobowe zapotrzebowanie wszystkich aminokwasów do optymalnego wzrostu.

Jedność kategorii chemicznego została uznana przez Wurtz w 1865 roku, ale nie dał konkretnej nazwy do niego. Użycie terminu „aminokwas” w języku angielskim jest od 1898 roku, natomiast termin niemiecki, Aminosäure , był używany wcześniej. Białka znaleziono otrzymując aminokwasów po fermentacji enzymatycznej lub kwasowej hydrolizy . W 1902 roku, Emila Fischera i Franz Hofmeister niezależnie zaproponowano, że białka są utworzone z wielu aminokwasów, w której wiązania są tworzone między grupą aminową jednego aminokwasu z grupą karboksylową drugiej, co skutkuje wytworzeniem struktury liniowej, która Fischera określany jako „ peptyd ”.

Struktura ogólna

W 21 tworzących białka a-aminokwasy znajdują się w komórkach eukariotycznych , pogrupowane zgodnie z ich łańcuchami bocznymi pK do wartości opłat i prowadzone w fizjologicznym pH (7,4)

W strukturze pokazanej na górze strony, a R oznacza łańcuch boczny, specyficzne dla każdego aminokwasu. Węgla atomem obok grupy karboksylowej (który jest w związku z tym o numerach 2 w łańcuchu węglowym , wychodząc z tej grupy funkcyjnej) nazywa się α-węgiel . Aminokwasy zawierające grupę aminową przyłączoną bezpośrednio do węgla alfa nazywane są kwasy alfa-aminowej . Należą do nich aminokwasy, takie jak prolina , które zawierają aminy drugorzędowe , które były często określane jako „kwasy iminowa”.

izomeria

Kwasy alfa-aminokwasy są najczęstszą postacią występująca w naturze, ale tylko wtedy, gdy występuje w L izomer. Alfa węgla jest chiralnym atomem węgla, z wyjątkiem glicyny , który ma dwa odróżnienia atomy wodoru przy węglu alfa. Dlatego też wszystkie kwasy alfa-aminokwasów, ale glicyna mogą występować w jednym z dwóch enancjomerów , zwanych L lub D aminokwasów, które są lustrzanymi odbiciami innych ( patrz chiralności ). Podczas gdy L -aminokwasy stanowią wszystkich aminokwasów występujących w białkach podczas translacji in rybosomu ď aminokwasy znajdują się w niektórych białek wytwarzanych przez enzymy potranslacyjnych modyfikacji po translacji i translokacji do retikulum endoplazmatycznego , jak egzotycznych organizmów morskich mieszkania takie jak Conus . Są również liczne składniki peptydoglikanu ścianek komórek bakterii i D -seryny może działać jako neuroprzekaźnik w mózgu. Ď -aminokwasy są wykorzystywane w postaci racemicznej krystalografii tworzyć centrosymmetric kryształy, które (w zależności od białka) może umożliwić łatwiejsze i bardziej wydajny wyznaczania struktury białka. L i D konwencja o konfiguracji aminokwasów nie odnosi się do aktywności optycznej sobie, lecz raczej do aktywności optycznej izomeru aminokwasu glicerynowy , z którego może teoretycznie być syntetyzowane aminokwas ( D -glyceraldehyde jest prawoskrętny; L -glyceraldehyde jest lewoskrętny). W alternatywny sposób, (S) i (R) oznaczniki stosuje się aby wskazać absolutną stereochemię . Prawie wszyscy z tych aminokwasów w białkach, to (S) na atomie węgla a, z cysteiną będącego (R) i glicyna nie- chiralnych . Cysteina ma w łańcuchu bocznym w tym samym położeniu geometrycznym jak inne aminokwasy, ale / s r terminologia jest odwrócony, ze względu na większą liczbę atomową siarką w stosunku do tlenu, karboksylową daje łańcuch boczny o wyższym priorytecie, przy czym atomy w większości inne łańcuchy boczne dać im niższy priorytet.

Łańcuchy boczne

Lizyna atomy węgla oznaczone przez stanowisko

W aminokwasów, które mają łańcuch węglowy przyłączony do a-węgla (takie jak lizyna , pokazany po prawej stronie) atomy węgla są oznaczone jako a, tak, β, γ, δ, i tak dalej. W niektórych aminokwasów, grupa aminowa jest przyłączona do beta lub gamma-węgiel, a zatem określa się je jako beta lub gamma-aminokwasami .

Aminokwasy klasyfikuje się zazwyczaj przez właściwości ich łańcuchów bocznych na cztery grupy. Łańcuch boczny może aminokwasu do słabego kwasu albo słabej zasady i hydrofilowa , gdy łańcuch boczny jest polarny lub hydrofobowe , jeśli jest niepolarny . Te struktury chemiczne z 22 standardowych aminokwasów, oraz ich właściwości chemiczne, opisane zostały bardziej szczegółowo w artykule w takich proteinogennych aminokwasów .

Wyrażenie „ aminokwasów o rozgałęzionym łańcuchu ” lub BCAA odnosi się do aminokwasów mających alifatyczne łańcuchy boczne, które nie są prostoliniowe; to leucyna , izoleucyna i walina . Prolina jest tylko proteinogenic aminokwasem, którego boczne grupy linki do grupy α-aminową, a zatem również tylko aminokwasy biogenne zawierającego drugorzędową aminę w tym położeniu. Pod względem chemicznym, prolina jest Dlatego też iminokwas , ponieważ brakuje w nim pierwszorzędową grupę aminową , ale nadal jest klasyfikowany jako aminokwas w obecnym nomenklatury biochemicznej i może być również nazywany „N-alkiluje się kwas alfa-amino ”.

zwitterjonami

Aminokwas w (1) un zjonizowany i (2) formach obojniaczojonowe

Α- karboksylowego grupą aminokwasów jest słabym kwasem , co oznacza, że uwalnia Hydron (takie jak proton ), przy umiarkowanej wartości pH. Innymi słowy, grupy kwasu karboksylowego (CO 2 H) można deprotonuje się pogorszy się karboksylany (CO 2 - ). Ujemnie naładowany jon przeważa etylu przy pH o wartościach większych niż pKa grupy karboksylowej (średnia dla 20 powszechnych aminokwasów o 2.2 patrz tabela struktur aminokwasów powyżej). W sposób komplementarny The α- aminową aminokwasów jest słaba zasada , co oznacza, że przyjmuje się proton przy umiarkowanej wartości pH. Innymi słowy, grupy a-aminowej (NH 2 -) mogą być protonowane na dodatnią grupy α-amonowy ( + NH 3 -). Dodatnio naładowaną grupę α-amonowy przeważa w wartościach pH poniżej pKa grupy α-amonowego (średnia dla 20 powszechnych a-aminokwasów wynosi około 9,4).

Ponieważ wszystkie aminokwasy zawierają aminowe i karboksylowe grupy funkcyjne w postaci kwasów, mają amphiprotic właściwości. PH poniżej 2,2, postać dominująca będą miały wolną grupę kwasu karboksylowego i jon dodatni α-amonowy (ładunek netto + 1), a przy pH powyżej 9,4, negatywnie karboksylanu neutralną a-aminową grupę (ładunek netto 1). Jednak przy pH pomiędzy 2,2 i 9,4, aminokwas zawiera zwykle zarówno ujemne karboksylanu pozytywną grupę α-amoniowy, jak pokazano na konstrukcji (2), po prawej stronie, to jest zerowy ładunek netto. Ten stan cząsteczkowy znany jako jonu obojnaczego , z niemieckiego obojnaczy oznacza hermafrodyta lub hybrydowych . Forma całkowicie neutralny (struktura (1) po lewej stronie) jest bardzo małe hodowle w roztworze wodnym w zakresie wartości pH (poniżej 1 część na 10 7 ). Aminokwasy występują w postaci jonów obojnaczych, również w fazie stałej, i krystalizacji z właściwościami soli jak w przeciwieństwie do typowych kwasów organicznych lub amin.

Punkt izoelektryczny

Kompozyt z krzywych miareczkowania dwudziestu aminokwasów proteinogennych pogrupowane według kategorii łańcucha bocznego

Różnice w krzywych miareczkowania, gdy aminokwasy mogą być podzielone na kategorie. Z wyjątkiem tyrozyny stosując miareczkowanie rozróżnić hydrofobowych aminokwasów jest problematyczne.

Przy wartościach pH między dwiema wartościami pKa, jon amfoteryczny przeważa jednak współistnieją w dynamicznej równowadze z małymi ilościami ujemnych i dodatnich jonów netto netto. Dokładnie w punkcie środkowym pomiędzy dwoma wartościami PKA, ilości śladowej ujemny netto i ślad jony dodatnie saldo netto dokładnie, tak że średnia opłata netto wszystkich form obecnych jest zero. Ta wartość pH jest znana jako punktu izoelektrycznego pi, tak PI = ½ (pKa 1 + pKa 2 ). Poszczególne aminokwasy posiadają nieco różne wartości pKa, aby mieć różne punkty izoelektryczne. Aminokwasy naładowane łańcuchów bocznych pKa łańcucha bocznego jest zaangażowany. Tak więc, na Asp, Glu negatywne łańcuchów bocznych, Pi = pół (pKa 1 + pKa R ), w którym wartość pKa R oznacza łańcuch boczny PKA. Cysteina jest również potencjalnie negatywny łańcuch boczny o pKa R = 8,14, więc pi powinna być obliczona w przypadku Asp i Glu, mimo że łańcuch boczny nie jest znacznie obciążony przy obojętnym pH. Dla His, Lys i Arg pozytywne łańcuchów bocznych, Pi = pół (pKa R + pKa 2 ). Aminokwasy zero mobilności w elektroforezie w ich punkcie izoelektrycznym, chociaż to zachowanie jest częściej wykorzystywane do peptydów i protein niż pojedynczych aminokwasów. Jony amfoteryczne mają minimalną rozpuszczalność w ich punkcie izoelektrycznym i kilku aminokwasów (w szczególności z niepolarnymi łańcuchami bocznymi) można wyizolować przez wytrącanie z wody, regulując wartość pH do żądanego punktu izoelektrycznego.

Występowanie i funkcje w biochemii

Białko przedstawiono jako długi nierozgałęziony łańcuch połączonych kół z których każda reprezentuje aminokwasy
Polipeptydu oznacza nierozgałęziony łańcuch aminokwasów
Graficzne porównanie struktury beta-alaniny i alfa-alaniny
p-alanina i jej izomer α-alaniny
Diagram pokazujący strukturę selenocysteina
Aminokwas selenocysteina

Proteinogennych aminokwasów

Aminokwasy są jednostki strukturalne (monomery), które składają się białek. Łączą się razem, tworząc krótkie polimerowe łańcuchy zwane peptydy lub dłuższe łańcuchy zwane albo polipeptydy lub białka . Polimery te są liniowe i rozgałęzione, z których każdy aminokwas w łańcuchu przyłączony do dwóch sąsiadujących aminokwasów. Sposób wytwarzania białek kodowanych przez DNA / RNA materiału genetycznego zwane po angielsku i polega na dodaniu krok-po-kroku aminokwasów do rosnącego łańcucha białka przez rybozym , która jest nazywana rybosomu . Kolejność, w której aminokwasy dodaje się odczytać przez kod genetyczny z mRNA matrycy, która jest RNA kopię jednego z organizmu genów .

Dwadzieścia dwa aminokwasy naturalnie uwzględnić polipeptydów są nazywane białkowego lub naturalnych aminokwasów. Spośród nich, 20 są kodowane przez uniwersalnego kodu genetycznego . Pozostałe dwa, selenocysteina oraz pirolizyna , włączane do białek przez unikalne mechanizmy syntezy. Selenocysteina jest włączone, gdy mRNA tłumaczone zawiera elementy SECIS , co powoduje, że kodon UGA kodować selenocysteina zamiast kodonu stop . Pirolizyna jest używany przez pewien metanogennego archeonów enzymów, które stosują się do produkcji metanu . Jest kodowana z kodon UAG, który jest zazwyczaj kodon stop w innych organizmach. Ten kodon UAG następuje dół sekwencji PYLIS .

Niebiałkogennych aminokwasy

Oprócz 22 tworzących białka aminokwasów , wiele niebiałkogennych aminokwasów są znane. Te, albo nie występują w białkach (np karnityny , GABA , lewotyroksyny ) lub nie są wytwarzane bezpośrednio i oddzielnie za pomocą standardowej maszyny komórkowej (na przykład, hydroksyproliny i selenometioniny ).

Dla białka aminokwasów, które można znaleźć w białkach są utworzone przez posttranslacyjną modyfikację , która jest modyfikacją po translacji podczas syntezy białka. Modyfikacje te są często niezbędne dla funkcji i regulacji białka. Na przykład, karboksylację od glutaminianu pozwala na lepsze wiązanie kationów wapnia i kolagenu zawiera hydroksyprolinę, generowany przez hydroksylacji z proliny . Innym przykładem jest tworzenie hypusine w czynnika inicjacji translacji EIF5A poprzez modyfikację reszty lizyny. Takie modyfikacje mogą również określić lokalizację białka, na przykład, dodawanie długich grup hydrofobowych może powodować białka do wiązania się z fosfolipidów błony.

Do nie-białkowego aminokwasy nie można znaleźć w białkach. Przykłady obejmują kwas 2-aminoizomasłowy i neuroprzekaźnika gamma-aminomasłowy . Niebiałkogennych aminokwasów często występują jako związki pośrednie w szlakach metabolicznych standardowych aminokwasów - na przykład ornitynę oraz cytrulinę wystąpić w cyklu mocznikowego , część aminokwasowej katabolizmu (patrz poniżej). Rzadki wyjątek dominacji a-aminokwasów w biologii jest β-aminokwas beta alaniny (kwas 3-aminopropanoic), który jest stosowany w instalacji i mikroorganizmów w syntezie kwas pantotenowy (witamina B, 5 ), który jest składnikiem koenzymu A .

D -aminokwas Naturalne rozpowszechnienie

D izomery są rzadkie w organizmach żywych. Przykładowo, gramicydyna to polipeptyd składa się z mieszaniny D - i L -aminokwasy. Inne związki zawierające D -aminokwasutyrocidine i walinomycyny . Związki te zakłócenia ścian komórek bakteryjnych, zwłaszcza gram-dodatnich bakterii. Tylko 837 ď aminokwasy znaleziono w bazie danych Swiss-Prot (187 milionów aminokwasy analizowano).

Nietypowe aminokwasy

Te 20 aminokwasów, które są kodowane przez kodony bezpośrednio z uniwersalnym kodzie genetycznym nazywane są standardowe lub kanoniczne aminokwasów. Zmodyfikowana postać metioniny ( N -formylmethionine ) jest często włączone w miejsce metioniny, jako początkowego aminokwasu białek w bakteriach, mitochondriach i chloroplastach. Inne aminokwasy nazywane są nietypowe lub niekanoniczne . Większość nietypowych aminokwasów są również niebiałkogennych (czyli nie mogą być włączone do białka w tłumaczeniu), a dwa z nich są proteinogenic, ponieważ mogą być one włączone translacji do białek przez wykorzystanie informacji nie zakodowanego w uniwersalnym kodzie genetycznym ,

Dwa nietypowe proteinogennych aminokwasów selenocysteina (obecny w wielu nie-organizmów eukariotycznych, jak również większości organizmów eukariotycznych, ale nie jest bezpośrednio kodowany przez DNA) oraz pirolizyna (tylko w pewnym archeonów i jedną bakterię ). Włączenie tych nietypowych aminokwasów jest rzadkie. Na przykład, 25 ludzkie białka obejmują selenocysteina (SEC) w ich pierwszorzędowej strukturze, i strukturalnie scharakteryzowane enzymy (selenoenzymów) wykorzystuje się rozdział w katalitycznej reszty w ich miejscach aktywnych. Pirolizyna i selenocysteina są kodowane przez kodony wariantowych. Na przykład, selenocysteina jest kodowana przez kodon stop i elementu SECIS .

W żywieniu człowieka

Schemat przedstawiający względne występowanie różnych aminokwasów w surowicy krwi, jak uzyskane z różnych diet
Udział aminokwasu w różnych diet ludzkich i uzyskaną mieszanką aminokwasów w surowicy krwi ludzkiej. Glutaminianem i glutaminą są najczęściej w przemyśle spożywczym na poziomie ponad 10%, a alanina, glutamina i glicyna, które są najczęściej we krwi.

Kiedy wprowadza się do organizmu z diety, 20 standardowych Kwasy aminowe albo są używane do syntezy białek i innych cząsteczek biologicznych, albo utlenia się do mocznika i dwutlenku węgla jako źródła energii. Droga utleniania zaczyna się po usunięciu grupy aminowej przez transaminazę ; grupa aminowa jest następnie podawany do cyklu mocznikowego . Drugi produkt transamidację jest ketokwas , który wchodzi w cyklu kwasu cytrynowego . Glukogeniczno aminokwasów mogą być również przekształcane w glukozę, za pośrednictwem glukoneogenezy . Z 20 standardowych aminokwasów, dziewięciu ( Jego , Ile , Leu , Lys , Met , Phe , Thr , Trp i Val ) nazywane są niezbędne aminokwasy , ponieważ organizm człowieka nie może syntetyzować od innych związków na poziom wymagany do prawidłowego wzrostu więc muszą być uzyskane z jedzeniem. Ponadto, w cysteinę , tauryny , tyrozyny i argininy są uważane semiessential aminokwasy u dzieci (chociaż tauryna nie jest technicznie aminokwas), ponieważ szlaki metaboliczne, które syntetyzują tych aminokwasów nie są w pełni rozwinięte. Kwoty wymagane również zależeć od wieku i stanu zdrowia danej osoby, więc trudno jest dokonać ogólne stwierdzenia dotyczące diety wymóg niektórych aminokwasów. Ekspozycja dietetyczny do niestandardowych aminokwasów BMAA powiązano z ludzkimi chorób neurodegeneracyjnych, w tym ALS .

Diagram kaskady sygnalizacyjne
Schemat molekularnych kaskad sygnalizacyjnych , które są zaangażowane w miofibrylarne syntezy białek mięśniowych i mitochondriów biogenezy w odpowiedzi na fizycznej i specyficznych aminokwasów lub ich pochodnych (przede wszystkim L -leucyny i HMB ). Wiele aminokwasów pochodzących z białek żywności promować aktywację mTORC1 i zwiększenie syntezy białek przez sygnalizację poprzez GTP Rag .
Skróty i oświadczenia:
 • PLD: fosfolipaza D
 • PA: fosfatydowy kwasu
 • mTOR: Kinaza mTOR
 • AMP: adenozyno monofosforanu
 • ATP: adenozynotrifosforan
 • AMPK: AMP-kinaza białkowa aktywowana
 • PGC-1α: peroksysomów gamma receptora aktywowanego przez proliferatory koaktywator-1α
 • S6K1: p70S6 kinazy
 • 4EBP1: tłumaczenie eukariotyczny czynnik inicjacji 4E białka wiążącego 1
 • eIF4E: eukariotyczny czynnik inicjacji translacji 4E
 • RPS6: białka rybosomalnego S6
 • eEF2: eukariotycznego czynnika elongacji 2
 • RE: opór ćwiczeń; EE: wytrzymałość ćwiczenie
 • Myo: miofibrylarnych ; Mito: mitochondrialnego
 • AA: aminokwasy
 • HMB: P-hydroksy β-metylomasłowego
 • ↑ oznacza aktywacji
 • Τ oznacza hamowanie
Wykres syntezy białek mięśniowych w porównaniu z czasem
Odporność szkolenia stymuluje syntezę białek mięśniowych (MPS), przez okres aż do 48 godzin po treningu (pokazanym linią przerywaną) zapalniczki. Spożyciu posiłku bogatego w białko w dowolnym momencie w tym okresie, wspomagając wzrost powysiłkowego syntezy białka mięśni (pokazany linią ciągłą).

Funkcje niebiałkowe

U ludzi, aminokwasy niebiałkowy również ważną rolę jako półprodukty metabolicznych , takich jak w biosyntezie neuroprzekaźnika kwas gamma-amino-masłowego (GABA). Wiele aminokwasy są stosowane do syntezy innych cząsteczek, na przykład:

Nietypowych aminokwasów stosowane jako obrony przed roślinożernych w roślinach. Na przykład, kanawaninę jest analogiem argininy , który znajduje się w wielu roślin strączkowych , w szczególności dużych ilościach w kanawalia szablasta (miecz fasola). Aminokwas ten chroni rośliny przed drapieżnikami takimi jak owady i może powodować choroby u ludzi, jeśli niektóre rodzaje roślin strączkowych są spożywane bez przetworzenia. Niebiałkowego aminokwas mimozyną znajduje się w innych gatunkach roślin strączkowych, w szczególności Leucaena leucocephala . Związek ten jest analogiem tyrozyny i zwierzęta, które mogą zatruwać pasą na tych roślin.

Zastosowanie w przemyśle

Aminokwasy są stosowane do różnych zastosowań przemysłowych, lecz ich głównym zastosowaniem jest jako dodatki do paszy dla zwierząt . Jest to konieczne, ponieważ wiele sypkich składników tych kanałów, takich jak soja , albo mają niski poziom lub brak niektórych aminokwasów : lizyna, metionina, treonina, tryptofan i są bardzo ważne w produkcji tych kanałów. W tej branży, aminokwasy są wykorzystywane w celu chelatowania kationów metali w celu poprawy absorpcji minerałów z dodatków, które mogą być wymagane do poprawy zdrowia i wytwarzanie tych zwierząt.

Spożywczy jest również ważnym konsument aminokwasów, w szczególności, kwas glutaminowy , który służy jako wzmacniacz smaku i aspartam (ester aspartylo-fenyloalanino-1-metylo) jako niskokalorycznego sztucznego słodzika . Technika podobna do stosowanej w żywieniu zwierząt stosuje się w przemyśle żywienia ludzi w celu złagodzenia objawów niedoboru substancji mineralnych, takich jak anemia, poprawiając absorpcję minerałów i zmniejsza skutki uboczne, z nieorganicznym suplementacji mineralnej.

Zdolność chelatowania aminokwasów stosowano w rolnictwie nawozów w celu ułatwienia dostarczania roślinom składników mineralnych w celu usunięcia braków mineralne, takie jak żelazo chlorozy. Nawozy te są również stosowane w celu zapobiegania powstawaniu braków i poprawy ogólnej kondycji roślin. Pozostałą wytwarzanie aminokwasów stosowane w syntezie leków i kosmetyków .

Podobnie, niektóre aminokwasy, pochodne stosowane w przemyśle farmaceutycznym. Obejmują one 5-HTP (5-hydroksytryptofan) stosowanych do leczenia eksperymentalnego depresji, L -DOPA ( L -dihydroxyphenylalanine) dla Parkinsona leczenia i eflornityny lekiem, który hamuje działanie dekarboksylazy ornityny i używane w leczeniu śpiączki .

Rozszerzony kod genetyczny

Od roku 2001, 40 nienaturalnych aminokwasów są dodawane do białek, tworząc unikatowy kodon (przekodowanie) i odpowiedni transfer-RNA: aminoacylo - tRNA-syntetazy pary do zakodowania to zróżnicowanego właściwości fizykochemicznych i biologicznych, w celu wykorzystania jako narzędziem celu zbadania struktury białek i funkcji lub do tworzenia nowych lub ulepszonych białek.

Nullomers

Nullomers kodony, które są w kodzie Obliczono dla aminokwasów, jednak z natury nie jest selektywne nastawienie przed wykorzystaniem tego kodonu za sobą, na przykład bakterie, natomiast zamiast używać CGA AGA kodować argininę. Stwarza to pewne sekwencje, które nie występują w genomie. Ta cecha może być wykorzystane i wykorzystywane do tworzenia nowych selektywnych leków w walce z rakiem i aby zapobiec kontaminacji próbek DNA z badań przestępczości sceny.

cegiełki chemiczny

Aminokwasy są ważne, tanich surowców . Związki te są stosowane w syntezie chiralnych puli jako enancjomerycznie czystych klockowy.

Aminokwasy badano jako prekursorów chiralnych katalizatorów , np asymetrycznego uwodorniania reakcji, chociaż nie istnieją zastosowania komercyjne.

biodegradowalne tworzywa sztuczne

Aminokwasy są obecnie opracowywane jako składniki różnych polimerów biodegradowalnych. Materiały te znajdują zastosowanie jako przyjazne dla środowiska opakowania oraz w medycynie w podawaniu leków oraz budowy implantów protetycznych . Polimery te obejmują polipeptydy, poliamidy , poliestry, poliuretany, polisulfidy z aminokwasów albo kształtowania części z głównych łańcuchów lub łączone jako łańcuchy boczne. Modyfikacje te zmieniają właściwości fizyczne i reaktywności polimerów. Interesujący przykład z takich materiałów jest poliasparaginian , rozpuszczalnego w wodzie biodegradowalnego polimeru, które mogą mieć zastosowanie w jednorazowych pieluchach i rolnictwie. Ze względu na jego rozpuszczalność i zdolność do chelatowania jonów metali, poliasparaginian jest również stosowany jako ulegających biodegradacji anty skalowania środka i inhibitory korozji . Ponadto, aromatyczny aminokwas tyrozynowej jest zaprojektowany jako zastąpienie dla toksycznych fenoli , takich jak bisfenol A , do wytwarzania poliwęglanów .

reakcje

Jako aminokwasy zarówno pierwotne aminową grupę, a główną karboksylową grupę te związki chemiczne mogą być poddawane większość niepożądanych związanych z tych grup funkcyjnych. Należą addycji nukleofilowej , wiązanie amidowe formacji i tworzenie iminowego do grupy aminowej, i estryfikacji , wiązanie amidowe formacji i dekarboksylacji do grupy kwasu karboksylowego. Połączenie tych grup funkcyjnych umożliwiają aminokwasy skutecznymi ligandami polikleszczowych chelatów metali dla aminokwasów. Wielokrotne łańcuchy boczne aminokwasów może ulegać reakcji chemicznej. Typy tych reakcji zależy od grupy w tych łańcuchów bocznych i są w związku z tym różnią się między różnymi rodzajami aminokwasu.

chemiczna synteza

Dla etapów reakcji, patrz tekst.
Syntezę Streckera aminokwas

Istnieje kilka metod syntezy aminokwasów. Jednym z najstarszych sposobów rozpoczyna się bromowaniu przy atomie węgla kwasu karboksylowego. Nukleofilowe podstawienie z amoniakiem , a następnie przekształca się bromek alkilu aminokwasu. W alternatywny sposób, The syntezy aminokwasów Streckera obejmuje traktowanie aldehydu z cyjankiem potasu i amoniaku, to wytwarza się nitryl a-aminową w postaci produktu pośredniego. Hydrolizę nitrylu kwasu następnie otrzymuje się a-aminokwasu. Przy użyciu amoniaku lub soli amonowych w tej reakcji daje niepodstawionych aminokwasów, podczas gdy podstawienie aminy pierwszorzędowe i drugorzędowe przyniesie podstawionych aminokwasów. Podobnie, przy użyciu ketonów , zamiast aldehydów daje a, a-dipodstawione aminokwasy. Klasyczna synteza daje mieszaniny racemiczne kwasów a-aminowe produktów, lecz kilka alternatywnych sposobów postępowania, stosując asymetryczne pomocnicze lub asymetryczne katalizatory zostały opracowane.

W chwili obecnej, najbardziej-Przyjęta metoda jest zautomatyzowana synteza na stałym nośniku (na przykład polistyren perełek), przy użyciu grup zabezpieczających (na przykład, Fmoc i t-BOC ) i grup aktywujących (na przykład DCC, i DIC ).

wiązanie peptydowe

Dwa aminokwasy pokazane są obok siebie.  Traci się wodoru i tlenu z jego grupą karboksylową (COOH), a drugi traci wodoru z jej grupy aminowej (NH2).  Reakcja ta cząsteczka wody (H2O) i dwóch aminokwasów połączonych przez wiązania peptydowe (-CO-NH-).  Te dwa aminokwasy połączone są nazywane dipeptyd.
Kondensacja z dwóch aminokwasów, z wytworzeniem dipeptydu poprzez wiązanie peptydowe

Ponieważ zarówno kwasowe grupy karboksylowe aminokwasów i aminy mogą reagować z wytworzeniem wiązań amidowych, cząsteczka jeden aminokwas może reagować z innymi i zostaną połączone poprzez wiązanie amidowe. Ta polimeryzacja aminokwasów, co tworzy białek. Ta reakcja kondensacji otrzymuje się nowo utworzonego wiązania peptydowego i cząsteczkę wody. W komórkach, reakcja ta nie występuje bezpośredni; Zamiast aminokwas najpierw aktywowane poprzez przyłączenie do przenoszenia RNA cząsteczki poprzez estrowe wiązanie. Ten aminoacylo-tRNA, jest wytwarzane w postaci ATP -zależną reakcji przeprowadzonej przez aminoacylo tRNA . Ten aminoacylo-tRNA następnie substratem rybosomu , która katalizuje ataku grupy aminowej łańcucha białkowego wydłużania na wiązanie estrowe. W wyniku tego mechanizmu, wszystkie białka wprowadzone przez rybosomy, które syntetyzuje się wychodząc na N-końcu i przemieszczania ich w kierunku C-końca.

Jednak nie wszystkie wiązania peptydowe tworzą się w ten sposób. W kilku przypadkach, peptydy są syntetyzowane przez specyficzne enzymy. Na przykład, tripeptyd glutationu jest istotną częścią obrony komórek przed stresem oksydacyjnym. Ten peptyd syntetyzuje się w dwu etapach z wolnych aminokwasów. W pierwszym etapie, gamma glutamylocysteinową syntetazy skrapla cysteiny i kwasu glutaminowego poprzez wiązanie peptydowe utworzone pomiędzy grupą karboksylową łańcucha bocznego glutaminianu (węgiel gamma tym łańcuchu bocznym) oraz grupy aminowej cysteiny. Ten dipeptyd następnie poddaje się reakcji z glicyną przez glutation syntetazy celu utworzenia glutationu.

W chemii, peptydy są syntetyzowane przez różne reakcje. Jednym z najczęściej stosowanych w syntezie peptydów na fazie stałej stosuje się pochodne oksymów aromatycznych aminokwasów jak jednostki aktywnego. Są one dodawane w kolejności na rosnącego łańcucha peptydowego, który jest przyłączony do stałego podłoża z żywicy. Możliwość łatwego syntezy ogromnej liczby różnych peptydów poprzez zmianę rodzaju i kolejności aminokwasów (przy użyciu chemii kombinatorycznej ) pozwoliło syntezy peptydów szczególnie ważne w tworzenia bibliotek peptydów do stosowania w wykrywaniu leków przez przesiewowego o wysokiej przepustowości .

Biosynteza

W roślinach pierwszy asymilacji azotu do związków organicznych, w postaci glutaminianu , utworzonych z alfa-ketoglutaranem i amoniaku w mitochondrium. W celu wytworzenia innych aminokwasów, instalacja wykorzystuje transaminaz do przeniesienia grupy aminowej inną alfa-keto-kwasu karboksylowego. Na przykład, aminotransferazy asparaginianowej przekształca glutaminian szczawiooctanu z alfa-ketoglutaranem i asparaginianu. Inne organizmy wykorzystują transaminaz do syntezy aminokwasów też.

Niestandardowe aminokwasy są zazwyczaj tworzone poprzez modyfikację standardowych aminokwasów. Na przykład, poziom homocysteiny jest utworzone przez ścieżki transsulfuration albo demetylację metioniny poprzez metabolitu pośredniego S-adenozylo metioniny , a hydroksyproliny jest przez posttranslacyjną modyfikację z proliny .

Mikroorganizmów i roślin można zsyntetyzować wiele mało znanych aminokwasów. Na przykład, pewne bakterie, aby kwas 2-aminoizomasłowy i lantioniny , który jest pochodną sulfidu zmostkowanym alaniny. Oba te aminokwasy znajdują się w peptydowych lantibiotics jak alamethicin . Jednakże, w roślinach, kwas 1-aminocyclopropane-1-karboksylowego jest mała dipodstawiony cykliczny aminokwas, który jest kluczowym związkiem pośrednim w produkcji hormonalnej roślin etylenu .

katabolizmu

Katabolizm proteinogennych aminokwasów. Aminokwasy można klasyfikować w zależności od właściwości ich głównych produktów, jak jedną z następujących czynności:
* glukogeniczne , przy czym produkty o zdolności do tworzenia glukozy przez glukoneogenezy
* ketogeniczne , a produkty nie mają zdolności do tworzenia glukozy. Produkty te mogą być dalej wykorzystywane do ketogenezy lub syntezy lipidów .
* Aminokwasy katabolizowane w obu produktach glukogeniczny i ketogennych.

Aminokwasy muszą najpierw przejść z organelli i komórek do krążenia krwi przez transportery aminokwasów , ponieważ grupy kwasów karboksylowych i aminy są zazwyczaj zjonizowane. Degradacji aminokwasów, występujące w wątrobie i nerkach, co często wiąże się deaminacji przesuwając swoje grupy aminowej alfa-ketoglutaranu, tworząc glutaminianu . Proces ten polega na transaminaz często same jak te stosowane w aminowaniu podczas syntezy. W wielu kręgowców, grupę aminową, a następnie usuwa się z cyklu mocznikowego i jest wydalana w postaci mocznika . Jednakże degradacja aminokwas może wytwarzać kwas moczowy lub zamiast amoniaku. Na przykład, seryna dehydratazę przekształca seryny pirogronianu i amoniaku. Po usunięciu jednego lub więcej grup aminowych, pozostała część cząsteczki może być czasami stosowany do syntezy nowych aminokwasów, lub może być wykorzystywane do wprowadzania energii przez glikolizę lub cykl kwasu cytrynowego , jak opisano na obraz z prawej strony.

Własności fizykochemiczne aminokwasów

20 aminokwasów kodowanych bezpośrednio kodu genetycznego można podzielić na kilka grup w oparciu o ich właściwości. Ważnymi czynnikami są naładowania, hydrofilowość lub hydrofobowość , rozmiar i grupy funkcyjne. Właściwości te mają istotne znaczenie dla struktury białek i oddziaływań białko-białko . Białka rozpuszczalne w wodzie, mają tendencję do ich reszt hydrofobowych (Leu, Ile, Val, Phe, i Trp) zakopane w środku białka, podczas gdy hydrofilowe łańcuchy boczne są wystawione na działanie rozpuszczalnika wodnego. (Należy zauważyć, że w biochemii , resztę odnosi się do konkretnego monomeru wewnątrz łańcucha polimerycznego z polisacharydów , białka lub kwasu nukleinowego ). Te integralne białka błonowe charakteryzują się zewnętrzne pierścienie narażonych hydrofobowych aminokwasów kotwica je w podwójnej warstwie lipidowej . W przypadku części drogi między tymi dwoma skrajnościami niektóre białka peryferyjne mają plastra hydrofobowych aminokwasów na swojej powierzchni, która zamyka się na membranie. W podobny sposób, białka, które mają wiązać się dodatnio naładowane cząsteczki mają powierzchnie bogate ujemnie naładowane aminokwasy, takie jak glutaminian i asparaginian , przy białka wiążące ujemnie naładowane cząsteczki mają powierzchnie bogate w dodatnio naładowanych sieci takie jak lizyna i arginina . Istnieją różne wagi hydrofobowość reszt aminokwasowych.

Niektóre aminokwasy mają specjalne właściwości, takie jak cysteina , że mogą tworzyć kowalencyjne wiązań dwusiarczkowych z innymi resztami cysteiny, proliny , która tworzy się cykl do szkieletu polipeptydowego i glicyny , który jest bardziej elastyczny niż w innych aminokwasach.

Wiele białek poddaje się szeregowi potranslacyjnych modyfikacji , gdy inne grupy chemiczne są przyłączone do aminokwasów białek. Niektóre modyfikacje można wytworzyć hydrofobowe lipoprotein lub hydrofilowe glikoproteiny . Tego typu modyfikacja pozwala na odwracalny kierowania białka do błony. Na przykład, dodawanie i usuwanie kwasu tłuszczowego kwasu palmitynowego z resztami cysteiny w niektórych białek sygnałowych powoduje białka do mocowania, a następnie oddziela się od błon komórkowych.

Tabela standardowe skróty aminokwasów i właściwości

Aminokwas 3-literowe 1-list Łańcuch boczny

klasa

Łańcuch boczny

biegunowość

Łańcuch boczny

ładowania (pH 7,4)

wodolecznictwo
indeks
absorbancja

λ max (nm)

ε w

λ max (mM -1 cm -1 )

MW

(waga)

Występowanie

białek (%)

Kodowanie w standardowym kodzie genetycznym (używając notacji IUPAC )
alaninowej Ala ZA alifatyczny niepolarny neutralny 1.8 89,094 8.76 GCN
arginina Arg R podstawowy podstawowym polarny pozytywny -4,5 174,203 5.78 MGN, CGY (kodony kodujące mogą być również wyrażone przez: CGN, AGR)
asparaginę asn N amid polarny neutralny -3,5 132,119 3.93 AAY
Kwas asparaginowy Żmija re kwas kwaśne polarny negatywny -3,5 133,104 5.49 GAY
Cysteina Cys do zawierające siarkę niepolarny neutralny 2,5 250 0.3 121,154 1.38 úgy
Kwas glutaminowy Glu mi kwas kwaśne polarny negatywny -3,5 147,131 6.32 GAR
glutamina Gin Q amid polarny neutralny -3,5 146,146 3.9 SAMOCHÓD
Glycine Gly sol alifatyczny niepolarny neutralny -0,4 75,067 7.03 GGN
histydyna Jego H podstawowym aromatyczny podstawowym polarny dodatnie (10%),
neutralny (90%)
-3,2 211 5.9 155,156 2.26 RAFA KORALOWA
izoleucyna Ile ja alifatyczny niepolarny neutralny 4.5 131,175 5.49 AUH
leucyna Leja L alifatyczny niepolarny neutralny 3.8 131,175 9.68 YUR, cuy (kodony kodujące mogą być również wyrażone przez: CUN, Uur)
lizyna Lys K podstawowy podstawowym polarny pozytywny -3,9 146,189 5.19 AAR
metionina Spotkał M zawierające siarkę niepolarny neutralny 1.9 149,208 2.32 sierpnia
fenyloalanina Phe fa aromatyczny niepolarny neutralny 2.8 257, 206, 188 0,2, 9,3, 60,0 165,192 3,87 UUY
Proline Zawodowiec P cykliczny niepolarny neutralny -1,6 115,132 5.02 CCN
seryna Ser S zawierających grupę hydroksylową polarny neutralny -0,8 105,093 7.14 UCN, AGY
treonina Thr T zawierających grupę hydroksylową polarny neutralny -0,7 119,119 5.53 ACN
tryptofan TRP W aromatyczny niepolarny neutralny -0,9 280, 219 5,6, 47,0 204,228 1.25 UGG
tyrozynowej Tyr Y aromatyczny polarny neutralny -1,3 274, 222, 193 1,4, 8,0, 48,0 181,191 2.91 UAY
walina Val V alifatyczny niepolarny neutralny 4.2 117,148 6.73 PISTOLET

Dwa dodatkowe aminokwasy w niektórych gatunków kodowane przez kodony , które zazwyczaj są interpretowane jako kodony stopu :

21 i 22 aminokwasów 3-literowe 1-list MW (masa)
selenocysteiną s U 168,064
pirolizyna Pyl O 255,313

W uzupełnieniu do poszczególnych kodów aminokwasów, zastępcze są stosowane w przypadkach, gdy substancja chemiczna lub krystalograficznej analizy peptydu lub białka nie można jednoznacznie określić tożsamość pozostałości. Są one również stosowane do podsumowania konserwatywnych sekwencji białka motywów. Stosowanie pojedynczych liter, aby wskazać grupy podobnych reszt jest podobne do stosowania kodów skrótu dla zdegenerowane zasady .

Niejednoznaczne aminokwasy 3-literowe 1-list Aminokwasy wliczony kodony wliczony
Wszelkie / nieznany Xaa X Wszystko NNN
Asparagina lub kwas asparaginowy asx b D N PROMIEŃ
Glutamina lub kwas glutaminowy GLX Z E P SAR
Leucyna lub izoleucyna XLE jot I, L YTR, Ath, CTY (kodony kodujące mogą być wyrażone przez: CTN, Ath, TTR; MTY, YTR ATA; MTY HTA, ytg)
hydrofobowa Φ V, I, L, M, W, Y, K NTN, Tay, TGG
Aromatyczny Ω F, W, Y, H YWY, ​​TTY TGG (kodony kodujące mogą być wyrażone przez: TWY, CAY TGG)
Alifatyczne (nie-aromatyczną) Ψ V, I, L, M VTN TTR (kodony kodujące mogą być również wyrażone przez: NTR, vty)
Mały π P, G, A, S BCN, RGY, GGR
hydrofilowe ζ S, T, H, N, P, E, D, K, R Van, WCN, CGN, AGY (kodony kodujące mogą być wyrażone przez: Van, WCN, MGY, CGP)
Pozytywnie naładowany + K, R, H ARR, płacz, CGR
ujemnie naładowany - D, E GAN

Unk jest czasami stosowany zamiast Xaa , ale jest mniej standardowe.

Poza tym wiele nietypowych aminokwasów mają specyficzny kod. Na przykład, kilka peptydowych leki, takie jak Bortezomib i MG132syntetyzować sztucznie i zachowuje swoje grupy zabezpieczające , które mają określone kody. Bortezomib jest Pyz Phe-boroLeu i MG132 jest Z -Leu-Leu-Leu-in. W celu ułatwienia analizy struktury białka zdjęcia reaktywne analogi aminokwasów są dostępne. Należą photoleucine ( pLeu ) i photomethionine ( pMet ).

Zobacz też

Przypisy

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

  • Multimedia związane z aminokwasu w Wikimedia Commons