Wśród ogromnej różnorodności naturalnych substancji szczególne miejsce zajmują aminokwasy. Tłumaczy się to ich wyjątkowym znaczeniem zarówno w biologii, jak iw chemii organicznej. Faktem jest, że cząsteczki prostych i złożonych białek składają się z aminokwasów, które są podstawą wszystkich bez wyjątku form życia na Ziemi. Z tego powodu nauka przywiązuje dużą wagę do badania takich zagadnień, jak budowa aminokwasów, ich właściwości, produkcja i zastosowanie. Związki te mają również ogromne znaczenie w medycynie, gdzie wykorzystywane są jako preparaty lecznicze. Dla osób poważnie traktujących własne zdrowie i prowadzących aktywny tryb życia monomery białkowe są formą pożywienia (tzw. żywienie sportowe). Niektóre z ich rodzajów są wykorzystywane w chemii syntezy organicznej jako surowiec do produkcji włókien syntetycznych - enanth i kapron. Jak widać kwasy aminokarboksylowe odgrywają bardzo ważną rolę zarówno w przyrodzie, jak iw życiu ludzkiego społeczeństwa, dlatego poznajmy je bardziej szczegółowo.
Cechy konstrukcyjneaminokwasy
Związki tej klasy należą do amfoterycznych substancji organicznych, to znaczy zawierają dwie grupy funkcyjne, a zatem wykazują podwójne właściwości. W szczególności cząsteczki zawierają rodniki węglowodorowe połączone z grupami aminowymi NH2 i grupami karboksylowymi COOH. W reakcjach chemicznych z innymi substancjami aminokwasy działają albo jako zasady, albo jako kwasy. Izomeria takich związków objawia się zmianą albo przestrzennej konfiguracji szkieletu węglowego, albo położenia grupy aminowej, a klasyfikację aminokwasów określa się na podstawie cech strukturalnych i właściwości rodnika węglowodorowego. Może mieć postać łańcucha prostego lub rozgałęzionego, a także zawierać struktury cykliczne.
Aktywność optyczna kwasów aminokarboksylowych
Wszystkie monomery polipeptydów i ich 20 gatunków, obecne w organizmach roślin, zwierząt i ludzi, należą do L-aminokwasów. Większość z nich zawiera asymetryczny atom węgla, który obraca spolaryzowaną wiązkę światła w lewo. Dwa monomery, izoleucyna i treonina, mają dwa takie atomy węgla, a kwas aminooctowy (glicyna) nie ma żadnego. Klasyfikacja aminokwasów według ich aktywności optycznej jest szeroko stosowana w biochemii i biologii molekularnej przy badaniu procesu translacji w biosyntezie białek. Co ciekawe, formy D aminokwasów nigdy nie są częścią łańcuchów polipeptydowych białek, ale są obecne w błonach bakteryjnych i produktach przemiany materii promieniowców, a następniew rzeczywistości znajdują się one w naturalnych antybiotykach, na przykład w gramicydynie. W biochemii powszechnie znane są substancje o strukturze przestrzennej typu D, takie jak cytrulina, homoseryna, ornityna, które odgrywają ważną rolę w reakcjach metabolizmu komórkowego.
Co to są zwitteriony?
Przypomnijmy raz jeszcze, że monomery białkowe zawierają grupy funkcyjne amin i kwasów karboksylowych. Cząstki -NH2 i COOH oddziałują ze sobą wewnątrz cząsteczki, co prowadzi do pojawienia się soli wewnętrznej zwanej jonem dwubiegunowym (jonem dwubiegunowym). Ta wewnętrzna struktura aminokwasów wyjaśnia ich wysoką zdolność do interakcji z polarnymi rozpuszczalnikami, takimi jak woda. Obecność naładowanych cząstek w roztworach decyduje o ich przewodności elektrycznej.
Co to są α-aminokwasy
Jeśli grupa aminowa znajduje się w cząsteczce przy pierwszym atomie węgla, licząc od położenia karboksylu, ten aminokwas jest klasyfikowany jako α-aminokwas. Zajmują czołowe miejsce w klasyfikacji, ponieważ z tych monomerów zbudowane są wszystkie biologicznie aktywne cząsteczki białek, np. enzymy, hemoglobina, aktyna, kolagen itp. Można rozważyć budowę aminokwasów tej klasy na przykładzie glicyny, tej samej, która jest szeroko stosowana w praktyce neurologicznej jako środek uspokajający w leczeniu łagodnych form depresji i neurastenii.
Międzynarodowa nazwa tego aminokwasu to α-aminooctowy, toma optyczny kształt litery L i jest proteinogenny, to znaczy uczestniczy w procesie translacji i wchodzi w skład makrocząsteczek białkowych.
Rola białek i ich monomerów w metabolizmie
Nie sposób wyobrazić sobie normalnego funkcjonowania organizmu ssaków, w tym człowieka, bez hormonów składających się z cząsteczek białka. Budowa chemiczna aminokwasów wchodzących w ich skład potwierdza ich przynależność do form α. Na przykład trijodotyronina i tyroksyna są wytwarzane przez tarczycę. Regulują metabolizm i są syntetyzowane w jej komórkach z α-aminokwasu tyrozyny. W białkach prostych i złożonych występuje zarówno 20 podstawowych monomerów, jak i ich pochodnych. Kwas karboksyglutaminowy występuje w protrombinie, która reguluje krzepnięcie krwi, metylolizyna w miozynie (białku mięśniowym), a selenocysteina w enzymie peroksydazy.
Wartość odżywcza białek i ich monomerów
Rozważając strukturę aminokwasów i ich klasyfikację, zajmijmy się stopniowaniem opartym na zdolności lub niemożności syntezy monomerów białkowych w komórkach. Alanina, prolina, tyrozyna i inne związki powstają w reakcjach metabolizmu tworzyw sztucznych, podczas gdy tryptofan i siedem innych aminokwasów powinny dostać się do naszego organizmu tylko z pożywieniem.
Jednym ze wskaźników prawidłowego i zbilansowanego żywienia jest poziom spożycia przez ludzi pokarmów białkowych. Powinna to być co najmniej jedna czwarta całkowitej ilości pokarmu, który dostał się do organizmu dziennie. Szczególnieważne jest, aby białka zawierały walinę, izoleucynę i inne niezbędne aminokwasy. W takim przypadku białka będą nazywane kompletnymi. Dostają się do ludzkiego ciała z pokarmów roślinnych lub pokarmów zawierających grzyby.
Niezbędne monomery białek nie mogą być syntetyzowane w komórkach ssaków. Jeśli weźmiemy pod uwagę budowę cząsteczek aminokwasów, które są niezbędne, możemy upewnić się, że należą one do różnych klas. Tak więc walina i leucyna należą do szeregu alifatycznego, tryptofan do aminokwasów aromatycznych, a treonina do hydroksyaminokwasów.
