Аминокиселине – својства, структура, класификација и функције

Шта су аминокиселине?

Аминокиселине су органска једињења која комбинују функционална својства амина и карбоксилних киселина. Оне су основни градивни блокови протеина — молекула које изграђују и одржавају ткива, органе и све виталне системе у нашем телу. У природи је откривено преко 300 врста аминокиселина, али само 20 њих се сматра стандардним, јер директно учествују у синтези протеина и кодиране су генетским кодом.

Свака аминокиселина има заједничку структурну основу — алфа-угљеников атом повезан са аминогрупом (–NH₂), карбоксилном групом (–COOH), атомом водоника и јединственим бочним ланцем (R-група), који одређује специфична својства одговарајуће аминокиселине.

Физичка својства аминокиселина

Аминокиселине поседују низ карактеристичних физичких својстава која их разликују од осталих органских једињења:

• Кристална структура: Све аминокиселине су безбојне кристални супстанце на собној температури.
• Висока тачка топљења: Тачка топљења прелази 200°C за већину аминокиселина.
• Растворљивост: Добро су растворљиве у води, мање — у алкохолима (метанол, етанол, пропанол). Растворљивост зависи од карактера R-групе и pH средине.
• Термичка нестабилност: При загревању на високе температуре аминокиселине се разлажу.
• Оптичка активност: Све аминокиселине, осим глицина, су оптички активне — способне да ротирају раван поларизоване светлости.
• Пептидна веза: Аминокиселине се могу повезивати једна са другом ковалентном пептидном везом (–CO–NH–), формираном између аминогрупе једне и карбоксилне групе друге аминокиселине.

Хемијска својства

Цвитерионска природа

Цвитерион је молекула која носи истовремено позитиван и негативан набој, при чему је укупан нето набој нула. У раствору, аминокиселине углавном постоје у овом облику — аминогрупа прима протон (H⁺) из карбоксилне групе, формирајући унутрашњу солну структуру. Ово је и основни облик у којем се аминокиселине налазе у биолошким течностима.

Амфотерна својства

Захваљујући присуству и амино- и карбоксилне групе, аминокиселине показују амфотерну природу — могу деловати и као киселине и као базе, у зависности од pH средине.

Нихидринска реакција

Једна од најраспрострањенијих квалитативних реакција: при додавању нихидринског раствора аминокиселини и загревању, формира се карактеристично љубичасто обојење, које потврђује присуство α-аминокиселина.

Ксантопротеинска реакција

Ова реакција се користи за откривање ароматичних аминокиселина (тирозин, триптофан и фенилаланин). При третирању азотном киселином, примећује се карактеристично жуто обојење, које је последица нитрирања ароматичних прстенова у бочним ланцима.

Реакција са Сангеровим реагенсом

Сангеров реагент (1-флуоро-2,4-динитробензен) реагује са аминогрупом пептидног ланца у слабо алкалној средини, што омогућава одређивање N-терминалне аминокиселине у протеинском низу.

Реакција са азотном киселином

При интеракцији са азотном киселином, аминогрупа се елиминише уз ослобађање молекуларног азота (N₂), а на њеном месту се формира хидроксилна група.

Структура аминокиселина

Свих 20 стандардних аминокиселина су α-аминокиселине — садрже карбоксилну групу, аминогрупу и бочни ланац (R-групу), повезане са истим α-угљениковим атомом. Основни ланац је идентичан за све аминокиселине, а јединственост се одређује R-групом.

Значајни изузеци:

• Глицин — најједноставнија аминокиселина, без бочног ланца (R = H). Није оптички активан због недостатка асиметричног угљеника.
• Пролин — једина стандардна аминокиселина код које је атом азота део цикличне структуре (пиролидински прстен).

Свих осталих 19 аминокиселина имају L-конфигурацију око α-угљеника — ово је природни стереохемијски облик који користе живи организми.

Класификација аминокиселина

Класификација по карактеру бочног ланца (R-група)

1. Неполарне алифатичне аминокиселине: Имају хидрофобне бочне ланце — глицин, аланин, валин, леуцин, изолеуцин, метионин и пролин.
2. Ароматичне аминокиселине: Фенилаланин, тирозин и триптофан — са ароматичним прстеновима у R-групи, који учествују у хидрофобним интеракцијама.
3. Поларне незаређене аминокиселине: Серин, треонин, цистеин, аспарагин и глутамин — са хидрофилним R-групама, које формирају водоничне везе.
4. Киселе (негативно наелектрисане) аминокиселине: Глутаминска и аспаргинска киселина.
5. Базне (позитивно наелектрисане) аминокиселине: Лизин, аргинин и хистидин.

Класификација по нутритивној неопходности

Неопходне аминокиселине (9 бројева): Организам их не може сам синтетизовати, стога се морају уносити путем исхране — хистидин, изолеуцин, леуцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.

Заменљиве и условно заменљиве аминокиселине (11 бројева): Могу се синтетизовати у организму, али под одређеним условима (стрес, интензивни тренинзи, болест) потреба за њима може надмашити производни капацитет.

Класификација по метаболичкој судбини

• Гликогене: Служе као прекурсори за стварање глукозе путем глуконеогенезе.
• Кетогене: При разградњи образују кетонска тела (леуцин и лизин).
• Мешовите: Могу дати почетак како глукози, тако и кетонским телима.

Функције аминокиселина у организму

Аминокиселине обављају изузетно разноврсне функције, без којих је нормално функционисање организма немогуће:

1. Градивна функција: Двадесет стандардних аминокиселина су основни „цигле" од којих се граде сви протеини и пептиди у живим организмима.
2. Структурне информације: Линеарни низ аминокиселина у полипептидном ланцу одређује тродимензионалну конфигурацију протеина, а од структуре зависи његова функција.
3. Хормонски синтез: Учествују у производњи хормона (адреналин, тироидни хормони, инсулин).
4. Мишићна структура: Обезбеђују изградњу и опоравак мишићних ткива — од изузетног значаја за спортисте и активно тренирајуће.
5. Нервни систем: Служе као прекурсори неуротрансмитера (серотонин, допамин, ГАМК) и одржавају здраво функционисање централног нервног система.
6. Енергетски метаболизам: Ако је потребно, аминокиселине се оксидују ради добијања енергије, посебно при продуженим физичким оптерећењима.
7. Биосинтеза: Учествују у синтези пурина, пиримидина, порфирина, креатина и других виталних азотних једињења.