חומצות אמינו: פונקציה, מבנה, סוגים

חומצות אמינו הם אחד מארבעת העיקריים מקרומולקולות של החיים, האחרים הם פחמימות, ליפידים ו חומצות גרעין. הם משמשים בעיקר כיחידות מונומריות של חלבונים. 20 חומצות האמינו המופיעות באופן טבעי נמצאות בכל היצורים החיים, מחיידקים ועד לבני אדם.

מכיוון שחומצות אמינו מייצרות חלבונים וחלבונים מהווים את מרבית מסת גופך, חומצות אלה הן ממש החומר ממנו עשויות אנשים (ובעלי חיים אחרים).

ליקויים באחת או יותר מחומצות אמינו עלולים להוביל לרקמות שלמות או בנויות בצורה גרועה, והן מאמינות כי הן ממלאות תפקיד בהתהוות של כמה סוגי סרטן.

גוף האדם מסוגל לסנתז 10 מחומצות אלו, אך את 10 האחרות יש להשיג ממקורות תזונתיים ולכן הם נקראים חומצות אמינו חיוניות. אלה מוצעים לפעמים כתוספי חומצות אמיניות חיוניות.

חומצות אמינו שהגוף יכול לייצר נקראות חומצות אמינו לא חיוניות, מונח מטעה במקצת מכיוון שהגוף אכן דורש אותם.

לכל חומצת אמינו יש גם קיצור של אות אחת וגם קיצור של שלוש אותיות (למשל, טירוזין עובר גם על ידי "טיר" וגם "Y"). לפעמים חומצות אמינו משתנות לאחר שכבר התאגדו חלבונים (דוגמה היא הידרוקסילציה של פרולין).

חומצות אמינו הפכו פופולריות בתוספי תזונה בקרב אנשים המעוניינים בבריאות הכללית וב אלו המקווים לבנות מסת שריר באמצעות שילוב של אימון משקולות ותזונה התערבויות.

• חומצת האמינו הראשונה שזוהתה הייתה אספרגין, מבודדת ממיץ אספרגוס בשנת 1806.

המבנה האוניברסלי של כל חומצות האמינו הוא אטום פחמן מרכזי שיש לו קרבוקסיל קבוצה, an קבוצת אמינו, א אטום מימן ו שרשרת צד "R" המשתנה מחומצת אמינו לחומצת אמינו הקשורה אליה.

ה קבוצת קרבוקסיל מורכב מאטום פחמן קשור כפול לאטום חמצן וקשור גם לקבוצת הידרוקסיל (-OH). ניתן לייצג אותו כ- CO (OH) וזה זה שמקנה לתרכובות אלה את הכינוי "חומצה", שכן אטום המימן ברכיב ההידרוקסיל נתרם בקלות ומשאיר אחריו -CO (O-) קבוצה.

20 חומצות האמינו המצויות בטבע נקראות חומצות אלפא אמיניות מכיוון שקבוצת האמינו (-NH2) מחוברת לפחמן האלפא של החומצה הקרבוקסילית, שהיא הפחמן שליד הקבוצה -CO (OH). פחמן זה הוא גם הפחמן "המרכזי" שתואר לעיל.

חומצות אמינו משתנות במסה בין 75 גרם לשומה (גליצין) ל -204 גרם לשומה (טריפטופן), ובממוצע הן קטנות יותר מגלוקוז הסוכר (180 גרם לשומה).

אם כל חומצת אמינו נצפתה בתדירות שווה בטבע, כל אחת מהן הייתה מהווה כ -5 אחוז מחומצות האמינו במבני חלבון (100 אחוז חלקי 20 חומצות אמינו = 5 אחוז לכל חומצת אמינו).

במציאות, תדרים אלה של התרחשות משתנים בין קצת יותר מ -1.2 אחוזים (טריפטופן וציסטאין) לקצת פחות מעשרה אחוזים (לאוצין).

ה שרשראות צד "R", או פשוט שרשראות R, מתחלקות לקטגוריות משנה שונות המתארות וקובעות את ההתנהגות הביוכימית של חומצת האמינו בכללותה. תוכנית נפוצה אחת מסווגת חומצות אמינו כ- הידרופובי, הידרופילי (אוֹ קוֹטבִי), טעונה אוֹ אמפיפתי.

הידרופובי מגיע מהיוונית ל"פחד ממים ", ושמונה חומצות האמינו הללו מסומנות כל כך מכיוון שרשתות הצד שלהן הן לא קוטבי, כלומר הם אינם נושאים מטען אלקטרוסטטי נטו או מטען מבוזר בצורה לא סימטרית. כתוצאה מנכס זה, הידרופובי חומצות אמינו נמצאות בדרך כלל בחלק הפנימי של חלבונים, "בטוחים" מפני מים.

באופן דומה, חומצות אלה הידרופילי עמיתים נוטים להרכיב על המשטחים החיצוניים של חלבונים. טעונה ו אמפיפתי מולקולות מראות בינתיים את הקסם והמיוחדות שלהן.

להלן רשימה של חומצות אמינו בודדות יחד עם כמה מהתכונות המובהקות שלהן. הם מוצגים לפי סדר קיצורי האות האחת שלהם כדי להקל על ההתייחסות, אך אם תבחר לנסות לשנן את על שמות חומצות האמינו, עליכם להשתמש בכל תכנית קיבוץ או בכל תחבולה אחרת שתקל על משימה זו ככל האפשר.

שמונה חומצות אמינו אלה בדרך כלל מקובצות יחד ולפעמים מכונות "לא קוטביות" במקום הידרופוביות אם כי בעצם פירושן אותו הדבר. הם משתתפים בחלק הפנימי של חלבונים ב אינטראקציות עם ואן דר וואלס, שהם כמו קוולנטיים או קשרים יוניים אבל הרבה יותר חלש וחולף יותר.

• אלנין (עלא או A): חומצת האמינו השנייה הכי קלה, כמו גם השנייה בשפע.
• גליצין (גלי או G): אין לו למעשה שרשרת צדדית מלאה (שרשרת הצד של גליצין היא מימן יחיד) ולכן היא ממוקמת עם אחר תרכובות שאינן קוטביות כברירת מחדל, אך לעיתים קרובות נמצאות בסמוך לפני השטח של חלבונים וייתכן שכותרתו "הידרופילית" לכך סיבה.
• פנילאלנין (phe או F): כמו טירוזין וטריפטופן, זהו חומצת אמינו ארומטית, אשר אין שום קשר לריחו (חומצות אמינו חסרות ריח) ובמקום זאת מציין נוכחות של קבוצת פניל ​​(טבעת בעלת שש פחמן המכילה שלושה קשרים כפולים).
• איזולאוצין (ile או I): An איזומר של לאוצין עם קבוצת מתיל אחת (-CH3) המחוברת לפחמן שונה בשרשרת ה- R. (לאיזומרים יש מספר אטומים זהה לסוג זהה לסידורים מרחביים שונים).
• לאוצין (leu או L): כמו באיזומר שלו, לאוצין הוא a חומצת אמינו מסועפת (BCAA), התייחסות לבניית שרשרת ה- R. מכיוון שרוב בעלי החיים אינם יכולים לסנתז BCAA, אלה שתיים מחומצות האמינו החיוניות.
• מתיונין (met או M): אחת משתי חומצות אמינו המכילות גופרית, והשניה ציסטאין. לפעמים מסווג כאמפי או אפילו קוטבי בהתאם לסביבתו.
• פרולין (פרו או P): קבוצת האמינו של פרולין קיימת בטבעת של חמישה אטומים במקום כקבוצה -NH2 סופנית.
• ולין (val או V): עוד BCAA; שווה ערך למולקולת לאוצין עם כריתת מתיל עמוד השדרה.

טריפטופן נכלל לפעמים בקבוצה זו, אך הוא למעשה אמפיפתי.

חומצות אמינו אלו נקראות לרוב "קוטביות, אך לא נטענות". הם מפלפלים את המשטחים החיצוניים של חלבונים ואינם נרתעים בנוכחות מים.

• ציסטאין (cys או C): מכיל אטום גופרית; מהווה רק 1.2 אחוז מחומצות האמינו בטבע.
• היסטידין (שלו או H): היסטידין אינו מכיל קבוצה אחת אלא שתי קבוצות -NH2, מה שהופך אותה לחומצת אמינו רב-תכליתית בזכות יכולתה ליטול פרוטונים (או אטומי מימן) במספר מיקומים. במקורות מסוימים, היסטידין מופיע בעיקר באמפיפטי.
• אספרגין (asn או N): מבחינה כימית, מדובר בחומצה אספרטית כאשר קבוצת אמינו מחליפה את המימן החומצי של קבוצת הקרבוקסיל.
• גלוטמין (gln או Q): זהה לחומצה גלוטמטית כאשר קבוצת אמינו מחליפה את המימן החומצי של קבוצת הקרבוקסיל.
• סרין (ser או S): התכונות ההידרופיליות של סרין חייבות לעובדה שהוא מכיל קבוצת הידרוקסיל.
• תראונין (thr או T): דומה במבנהו לסוכר הנקרא threose, ונקרא על שמו.

תרכובות אלה מתנהגות כמו חומצות אמינו הידרופיליות (קוטביות) בכך שהן מתקשרות בקלות עם מים, אך הן נושאות מטען נטו של +1 או -1. זה הופך אותם לחומצות (תורמי פרוטונים) או בסיסים (מקבלי פרוטונים) ב pH, או חומציות, של גוף האדם.

• חומצה אספרטית (אספ או D): מופרז על ידי pH פיזיולוגי (גוף), ומעניק מטען שלילי למולקולה. נקרא גם אספרטט.
• חומצה גלוטמית (דבק או E): מופרז ב- pH פיזיולוגי. נקרא גם גלוטמט.
• ליזין (ליז או K): בסיס, ופרוטונט ב pH פיזיולוגי.
• ארגנין (ארג או R): גם בסיס ופרוטונט ב pH פיזיולוגי.

"אמפיפתי" מתורגם בערך ל"הרגשת שניהם "ביוונית, וחומצות אמינו אלו יכולות לתפקד כלא קוטביות (הידרופוביות) וקוטביות (הידרופיליות), כמעט כמו שחקן כדור סופט שאינו קנקן-כוכב או חובב-על, אך יכול לתפקד בצורה מיטבית בשני התפקידים בענף הספורט בו יכולות רוב השחקנים הן מאוד מתמחה.

הם אינם נושאים מטען נטו, אלא חלוקת המטען החשמלי לאורך שרשראות ה- R של אלה חומצות אמינו הוא אסימטרי בעליל.

• טירוזין (טיר או T): קבוצת ההידרוקסיל שלה יכולה לתרום ולקבל קשר מימן, ולכן טירוזין לפעמים "פועל" הידרופילי.
• טריפטופן (נסה או W): חומצת האמינו הגדולה ביותר; מבשר למוליך העצבי סרוטונין (5-hydroxytryptamine).