Među ogromnom raznolikošću prirodnih supstanci, aminokiseline zauzimaju posebno mjesto. To se objašnjava njihovim izuzetnim značajem kako u biologiji tako i u organskoj hemiji. Činjenica je da su molekule jednostavnih i složenih proteina sastavljene od aminokiselina, koje su osnova svih oblika života na Zemlji bez izuzetka. Upravo iz tog razloga nauka posvećuje ozbiljnu pažnju proučavanju pitanja kao što su struktura aminokiselina, njihova svojstva, proizvodnja i upotreba. Ova jedinjenja su od velikog značaja i u medicini, gde se koriste kao lekoviti preparati. Za one ljude koji ozbiljno brinu o svom zdravlju i vode aktivan način života, proteinski monomeri su oblik hrane (tzv. sportska ishrana). Neke od njihovih vrsta koriste se u hemiji organske sinteze kao sirovina za proizvodnju sintetičkih vlakana - enant i kapron. Kao što vidite, aminokarboksilne kiseline igraju veoma važnu ulogu kako u prirodi tako iu životu ljudskog društva, pa hajde da ih detaljnije upoznamo.
Karakteristike struktureaminokiseline
Sjedinjenja ove klase pripadaju amfoternim organskim supstancama, odnosno sadrže dvije funkcionalne grupe, te stoga ispoljavaju dvostruka svojstva. Konkretno, molekuli sadrže ugljovodonične radikale kombinovane sa NH2 amino grupama i COOH karboksilnim grupama. U hemijskim reakcijama s drugim supstancama, aminokiseline djeluju ili kao baze ili kao kiseline. Izomerizam takvih spojeva se manifestira zbog promjene ili prostorne konfiguracije ugljičnog skeleta ili položaja amino grupe, a klasifikacija aminokiselina određuje se na osnovu strukturnih karakteristika i svojstava ugljikovodičnih radikala. Može biti u obliku ravnog ili razgranatog lanca, a može sadržavati i ciklične strukture.
Optička aktivnost aminokarboksilnih kiselina
Svi monomeri polipeptida, i njihovih 20 vrsta, prisutni u organizmima biljaka, životinja i ljudi, pripadaju L-aminokiselinama. Većina njih sadrži asimetrični atom ugljika koji rotira polarizirani svjetlosni snop ulijevo. Dva monomera, izoleucin i treonin, imaju dva takva atoma ugljika, a aminosirćetna kiselina (glicin) nema nijedan. Klasifikacija aminokiselina prema njihovoj optičkoj aktivnosti se široko koristi u biohemiji i molekularnoj biologiji kada se proučava proces translacije u biosintezi proteina. Zanimljivo je da D-oblici aminokiselina nikada nisu dio polipeptidnih lanaca proteina, već su prisutni u bakterijskim membranama i u metaboličkim produktima gljivica aktinomiceta.postoje, zapravo, nalaze se u prirodnim antibioticima, na primjer, u gramicidinu. U biohemiji su nadaleko poznate supstance sa prostornom strukturom D oblika, kao što su citrulin, homoserin, ornitin, koje igraju važnu ulogu u reakcijama metabolizma ćelije.
Šta su zwitterioni?
Podsjetimo još jednom da proteinski monomeri sadrže funkcionalne grupe amina i karboksilnih kiselina. Čestice -NH2 i COOH međusobno djeluju unutar molekula, što dovodi do pojave unutrašnje soli koja se naziva bipolarni ion (zwitterion). Ova unutrašnja struktura aminokiselina objašnjava njihovu visoku sposobnost interakcije sa polarnim rastvaračima, kao što je voda. Prisustvo nabijenih čestica u otopinama određuje njihovu električnu provodljivost.
Šta su α-amino kiseline
Ako se amino grupa nalazi u molekulu na prvom atomu ugljika, računajući od lokacije karboksila, ova amino kiselina je klasifikovana kao α-amino kiselina. Zauzimaju vodeće mjesto u klasifikaciji, jer se od ovih monomera grade svi biološki aktivni proteinski molekuli, na primjer, kao što su enzimi, hemoglobin, aktin, kolagen itd. Struktura aminokiselina ove klase može se razmotriti na primjeru glicina, istog koji se široko koristi u neurološkoj praksi kao sedativ u liječenju blažih oblika depresije i neurastenije.
Međunarodni naziv za ovu aminokiselinu je α-aminoacetatna, itima optički L-oblik i proteinogen je, odnosno učestvuje u procesu translacije i dio je proteinskih makromolekula.
Uloga proteina i njihovih monomera u metabolizmu
Nemoguće je zamisliti normalno funkcioniranje organizma sisara, uključujući i čovjeka, bez hormona koji se sastoje od proteinskih molekula. Hemijska struktura aminokiselina koje čine njihov sastav potvrđuje njihovu pripadnost α-formama. Na primjer, trijodtironin i tiroksin proizvodi štitna žlijezda. Oni reguliraju metabolizam i sintetiziraju se u njegovim stanicama iz α-amino kiseline tirozina. U jednostavnim i složenim proteinima postoji 20 osnovnih monomera i njihovih derivata. Karboksiglutaminska kiselina je prisutna u protrombinu, koji reguliše zgrušavanje krvi, metillizin se nalazi u miozinu (mišićni protein), a selenocistein se nalazi u enzimu peroksidaze.
Hranljiva vrijednost proteina i njihovih monomera
S obzirom na strukturu aminokiselina i njihovu klasifikaciju, zadržimo se na gradaciji zasnovanoj na sposobnosti ili nemogućnosti proteinskih monomera da se sintetišu u ćelijama. Alanin, prolin, tirozin i druga jedinjenja nastaju u reakcijama plastičnog metabolizma, dok triptofan i još sedam drugih aminokiselina treba da uđu u naš organizam samo hranom.
Jedan od pokazatelja pravilne i uravnotežene ishrane je nivo konzumiranja proteinske hrane. Trebalo bi da bude najmanje četvrtina ukupne količine hrane koja je ušla u organizam dnevno. Posebnovažno je da proteini sadrže valin, izoleucin i druge esencijalne aminokiseline. U ovom slučaju, proteini će se zvati kompletnim. U ljudski organizam ulaze iz biljne hrane ili hrane koja sadrži gljive.
Sami esencijalni proteinski monomeri ne mogu se sintetizirati u ćelijama sisara. Ako uzmemo u obzir strukturu molekula aminokiselina koje su neophodne, možemo se uvjeriti da pripadaju različitim klasama. Dakle, valin i leucin pripadaju alifatskom nizu, triptofan pripada aromatičnim amino kiselinama, a treonin pripada hidroksiamino kiselinama.
