Med ogromno raznolikostjo naravnih snovi posebno mesto zavzemajo aminokisline. To pojasnjuje njihov izjemen pomen tako v biologiji kot v organski kemiji. Dejstvo je, da so molekule preprostih in kompleksnih beljakovin sestavljene iz aminokislin, ki so osnova vseh oblik življenja na Zemlji brez izjeme. Prav zaradi tega znanost posveča resno pozornost preučevanju vprašanj, kot so struktura aminokislin, njihove lastnosti, proizvodnja in uporaba. Te spojine so velikega pomena tudi v medicini, kjer se uporabljajo kot zdravilni pripravki. Za tiste ljudi, ki resno skrbijo za svoje zdravje in vodijo aktiven življenjski slog, so beljakovinski monomeri oblika hrane (t. i. športna prehrana). Nekatere njihove vrste se uporabljajo v kemiji organske sinteze kot surovina pri proizvodnji sintetičnih vlaken - enant in kapron. Kot lahko vidite, imajo aminokarboksilne kisline zelo pomembno vlogo tako v naravi kot v življenju človeške družbe, zato jih spoznajmo podrobneje.
Funkcije struktureaminokisline
Spojine tega razreda spadajo med amfoterne organske snovi, torej vsebujejo dve funkcionalni skupini in zato kažejo dvojne lastnosti. Zlasti molekule vsebujejo ogljikovodične radikale v kombinaciji z NH2 amino skupinami in COOH karboksilnimi skupinami. Pri kemičnih reakcijah z drugimi snovmi aminokisline delujejo bodisi kot baze ali kot kisline. Izomerija takšnih spojin se kaže zaradi spremembe bodisi prostorske konfiguracije ogljikovega skeleta bodisi položaja amino skupine, razvrstitev aminokislin pa je določena na podlagi strukturnih značilnosti in lastnosti ogljikovodikovega radikala. Lahko je v obliki ravne ali razvejane verige, vsebuje pa tudi ciklične strukture.
Optična aktivnost aminokarboksilnih kislin
Vsi monomeri polipeptidov in njihovih 20 vrst, ki so prisotni v organizmih rastlin, živali in ljudi, spadajo med L-aminokisline. Večina jih vsebuje asimetrični ogljikov atom, ki vrti polariziran svetlobni žarek v levo. Dva monomera, izolevcin in treonin, imata dva taka ogljikova atoma, aminoocetna kislina (glicin) pa nima nobenega. Razvrstitev aminokislin glede na njihovo optično aktivnost se pogosto uporablja v biokemiji in molekularni biologiji pri preučevanju procesa prevajanja v biosintezi beljakovin. Zanimivo je, da D-oblike aminokislin nikoli niso del polipeptidnih verig beljakovin, ampak so prisotne v bakterijskih membranah in v presnovnih produktih aktinomicetnih gliv, potempravzaprav jih najdemo v naravnih antibiotikih, na primer v gramicidinu. V biokemiji so splošno znane snovi s prostorsko strukturo D-oblike, kot so citrulin, homoserin, ornitin, ki igrajo pomembno vlogo pri reakcijah celičnega metabolizma.
Kaj so zwitterions?
Še enkrat spomnite, da beljakovinski monomeri vsebujejo funkcionalne skupine aminov in karboksilnih kislin. Delci -NH2 in COOH medsebojno delujejo znotraj molekule, kar vodi do pojava notranje soli, imenovane bipolarni ion (zwitterion). Ta notranja struktura aminokislin pojasnjuje njihovo visoko sposobnost interakcije s polarnimi topili, kot je voda. Prisotnost nabitih delcev v raztopinah določa njihovo električno prevodnost.
Kaj so α-aminokisline
Če se amino skupina nahaja v molekuli pri prvem atomu ogljika, štetje od lokacije karboksila, je ta aminokislina razvrščena kot α-aminokislina. Zasedajo vodilno mesto v klasifikaciji, saj so iz teh monomerov zgrajene vse biološko aktivne beljakovinske molekule, na primer encimi, hemoglobin, aktin, kolagen itd. na primeru glicina, ki se v nevrološki praksi pogosto uporablja kot pomirjevalo pri zdravljenju blagih oblik depresije in nevrastenije.
Mednarodno ime te aminokisline je α-aminoocetna, itima optično L-obliko in je proteinogen, to pomeni, da sodeluje v procesu prevajanja in je del beljakovinskih makromolekul.
Vloga beljakovin in njihovih monomerov v presnovi
Nemogoče si je predstavljati normalno delovanje organizma sesalcev, tudi ljudi, brez hormonov, sestavljenih iz beljakovinskih molekul. Kemična struktura aminokislin, ki sestavljajo njihovo sestavo, potrjuje njihovo pripadnost α-oblikam. Na primer, trijodotironin in tiroksin proizvaja ščitnica. Uravnavajo presnovo in se v celicah sintetizirajo iz α-aminokisline tirozin. V enostavnih in kompleksnih beljakovinah je tako 20 osnovnih monomerov kot njihovih derivatov. Karboksiglutaminska kislina je prisotna v protrombinu, ki uravnava strjevanje krvi, metillizin se nahaja v miozinu (mišični protein), selenocistein pa v encimu peroksidaze.
Hranilna vrednost beljakovin in njihovih monomerov
Glede na strukturo aminokislin in njihovo razvrstitev se ustavimo pri gradaciji, ki temelji na zmožnosti ali nezmožnosti sinteze beljakovinskih monomerov v celicah. Alanin, prolin, tirozin in druge spojine nastajajo v reakcijah plastične presnove, triptofan in sedem drugih aminokislin pa naj bi v naše telo vstopili le s hrano.
Eden od kazalcev pravilne in uravnotežene prehrane je stopnja uživanja beljakovinskih živil. To mora biti vsaj četrtina celotne količine hrane, ki je vstopila v telo na dan. Še posebejpomembno je, da beljakovine vsebujejo valin, izolevcin in druge esencialne aminokisline. V tem primeru se proteini imenujejo popolni. V človeško telo vstopijo iz rastlinske hrane ali hrane, ki vsebuje gobe.
Samih esencialnih beljakovinskih monomerov ni mogoče sintetizirati v celicah sesalcev. Če upoštevamo strukturo molekul aminokislin, ki so nepogrešljive, se lahko prepričamo, da spadajo v različne razrede. Torej, valin in levcin spadata v alifatsko serijo, triptofan spada med aromatske aminokisline, treonin pa med hidroksiaminokisline.
