Aminosavak: definíció, típusok és esszenciális szerepük az emberben
Aminosavak: átfogó ismertető — definíció, típusok és a 9 esszenciális aminosav szerepe az emberi egészségben, táplálkozásban és fehérjeszintézisben.
Az aminosavak a fehérjék alapvető építőkövei: az eukariótákban általában 20 standard aminosav fordul elő, amelyekből a sejtek szinte minden fehérjéje felépül. A sorrendjük határozza meg a fehérje háromdimenziós szerkezetét és funkcióját, ezért az aminosavak szerepe hasonlítható egy betűkészlethez: korlátozott számú „betűből” nagyon sokféle „szöveg” írható.
Mi az aminosav (biokémiai értelemben)?
A biokémiában az aminosav minden olyan molekula, amely egyszerre tartalmaz egy amin csoportot (–NH2) és egy karboxil csoportot (–COOH). Gyakori az alfa-aminosavak általános képlete: H2N–CHR–COOH, ahol R az oldallánc (oldalcsoport), amely az egyes aminosavakat megkülönbözteti (lásd az ábrát). Fizikai körülmények között (pl. fiziológiás pH-n) az aminosavak zömök formában zwitterionként vannak jelen, azaz az amin csoport protonálódhat (–NH3+) és a karboxil deprotonálódhat (–COO–), így az összmolekula semleges, de két töltéspontot hordoz.
Alapvető szerkezeti és kémiai jellemzők
- Chirális centrum: a legtöbb aminosav alfa-szénatomja királis; a fehérjékben kizárólag L-konfigurációjú aminosavak fordulnak elő (kivéve a glicint, amely achirális).
- Peptidkötés: aminosavak között kondenzációs reakcióval (vízkilépéssel) peptidkötés (–CO–NH–) jön létre, így épülnek fel a peptidek és fehérjék.
- Oldalláncok (R): kémiai tulajdonságaik (nem poláris, poláris, savas vagy bázikus) meghatározzák az aminosav viselkedését és a fehérje szerkezetét.
- Ionizáció: minden aminosavnak jellegzetes pKa-értékei vannak (amin-, karboxil- és egyes oldalláncok esetén), ami befolyásolja töltését és kölcsönhatásait különböző pH-kon.
Osztályozás oldallánc szerint
Az aminosavakat gyakran az oldalláncuk tulajdonsága szerint csoportosítjuk. A legismertebb csoportok:
- Nem poláris, apoláris: glicin (Gly), alanin (Ala), valin (Val), leucin (Leu), izoleucin (Ile), metionin (Met), fenilalanin (Phe), triptofán (Trp), prolin (Pro).
- Poláris, töltés nélküli: szerin (Ser), treonin (Thr), cisztein (Cys), tirozin (Tyr), aszparagin (Asn), glutamin (Gln).
- Savas (negatív töltésű) oldalcsoportok: aszparaginsav (Asp), glutaminsav (Glu).
- Bázikus (pozitív töltésű) oldalcsoportok: lizin (Lys), arginin (Arg), hisztidin (His).
Esszenciális és feltételesen esszenciális aminosavak
A 20 standard aminosav közül az ember számára kilenc esszenciális, azaz a szervezet nem képes nagyobb mennyiségben előállítani őket más vegyületekből (szintetizálni), ezért táplálékkal kell bevinni őket. Ezek:
- hisztidin (His)
- izoleucin (Ile)
- leucin (Leu)
- lizin (Lys)
- metionin (Met)
- fenilalanin (Phe)
- treonin (Thr)
- triptofán (Trp)
- valin (Val)
Ezen felül egyes aminosavak életkor vagy betegség esetén feltételesen esszenciálissá válhatnak: például az arginin bizonyos növekedési fázisokban, vagy a cisztein és a tirozin, melyek más aminosavakból (metioninból és fenilalaninból) képződnek. Az esszenciális aminosavak listája fajonként is eltérhet; a növényevőknek például különösen figyelniük kell az étrendi forrásokra, mert egyes növényi fehérjékben adott aminosav korlátozó lehet.
Táplálkozás és források
A húsok, tojás és tejtermékek teljes fehérjeforrásoknak számítanak (minden esszenciális aminosavat tartalmaznak megfelelő arányban). Sok növényi eredetű élelmiszer (hüvelyesek, gabonafélék, diófélék) jelentős aminosavforrás, de gyakran egy-egy esszenciális aminosav aránya alacsonyabb, ezért növényi alapú étrendnél a különböző növényi fehérjék kombinálása (pl. bab + rizs) biztosítja a teljes aminosav-összetételt.
A fűből táplálkozó növényevőknek speciális stratégiáik vannak: például a kérődzők (mint a tehenek) a bendőjükben élő mikrobák segítségével képesek bizonyos aminosavakat és fehérjéket előállítani, így kielégítik szükségletüket olyan táplálékból is, ami más emlősök számára nem teljes értékű.
Funkciók az emberi szervezetben
- Fehérjeszintézis: az aminosavak építőkockái a test struktúráinak és enzimjeinek.
- Prekurzorok: több aminosavból fontos molekulák képződnek: például a triptofánból szerotonin, a tirozinból dopamin és noradrenalin, az argininból nitrogén-oxid (NO).
- Antioxidánsok és gon-átalakítás: a glutathion (glutamát–cisztein–glycin) fontos antioxidáns; kreatin és kreatinfoszfát izomenergetikában vesz részt (glycin és arginin prekurzorok).
- Energiaforrás és glukoneogenezis: éhezés vagy intenzív fizikai terhelés alatt bizonyos aminosavak szénvázát a máj glükózzá alakíthatja.
- Reguláció és jelátvitel: sok aminosav és származékuk (pl. hisztidinból képződő hisztamin) fiziológiai szabályozó szerepet tölt be.
- Poszttranszlációs módosítások: a fehérje-oldalláncok foszforilációja, acetilációja, metilációja vagy glicoszilációja befolyásolja a fehérje működését és lokalizációját.
Emésztés és felszívódás
A táplálékkal bevitt fehérjéket a gyomor- és bélrendszer proteázai (pl. pepszin, tripszin, kimotripszin) darabolják di- és tripeptidekre, illetve szabad aminosavakra. A bélhámsejtek speciális transzporterek segítségével veszik fel ezeket, majd a véráramon keresztül a májhoz és más szövetekhez kerülnek. A felszívódás folyamata fontos a táplálkozási hiányok és a gyógyszeradagolás szempontjából is.
Összefoglalás
Az aminosavak sokoldalú, alapvető biomolekulák: a fehérjék építőkövei, anyagcserében betöltött központi szerepük és szerepük a jelátvitelben, antioxidáns védelemben, valamint energetikai és anyagforgalmi utakban mind kritikusak. Az emberi étrendben a kilenc esszenciális aminosav megfelelő bevitele létfontosságú, és bizonyos élettani állapotokban további aminosavak válnak feltételesen esszenciálissá.
Az aminosavak a fehérjék végtermékei.Az α-aminosav általános szerkezete, balra az aminocsoport, jobbra a karboxilcsoport.
Szerkezet
Az aminosav szerves vegyi anyag. Egy α-szénatomból áll, amely négy csoporthoz kovalens kötéssel kapcsolódik.
- egy hidrogénatom
- egy aminocsoport (-NH2)
- egy karboxilcsoport (-COOH)
- változó R csoport
A prolin kivételével minden aminosavnak van legalább egy aminocsoportja (-NH2) és egy karboxilcsoportja (-COOH).
Génexpresszió és biokémia
Ezek a proteinogén aminosavak, amelyek a fehérjék építőkövei. Ezeket a sejtgépezetek állítják elő, amelyeket minden szervezet genetikai kódja kódol.
| Aminosav | Rövid | Abbrev. | Kódon(ok) | Előfordulás | Embereknél esszenciális‡ |
| A | Ala | GCU, GCC, GCA, GCG, GCG | 7.8 | Nem | |
| C | Cys | UGU, UGC | 1.9 | Feltételesen | |
| Aszparaginsav | D | Asp | GAU, GAC | 5.3 | Nem |
| Glutaminsav | E | Glu | GAA, GAG | 6.3 | Feltételesen |
| Fenilalanin | F | Phe | UUU, UUC | 3.9 | Igen |
| Glicin | G | Gly | GGU, GGC, GGA, GGG | 7.2 | Feltételesen |
| Hisztidin | H | Az ő | CAU, CAC | 2.3 | Igen |
| Izoleucin | I | Ile | AUU, AUC, AUA | 5.3 | Igen |
| Lizin | K | Lys | AAA, AAG | 5.9 | Igen |
| Leucin | L | Leu | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG | 9.1 | Igen |
| Metionin | M | Met | AUG | 2.3 | Igen |
| Asparagin | N | Asn | AAU, AAC | 4.3 | Nem |
| Pyrrolysine | O | Pyl | UAG* | 0 | Nem |
| Proline | P | Pro | CCU, CCC, CCA, CCG, CCG | 5.2 | Nem |
| Glutamin | Q | Gln | CAA, CAG | 4.2 | Nem |
| Arginin | R | Arg | CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | 5.1 | Feltételesen |
| Szerin | S | Ser | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC, AGC | 6.8 | Nem |
| Threonin | T | Thr | ACU, ACC, ACA, ACA, ACG | 5.9 | Igen |
| Szelenocisztein | U | Sec | UGA** | >0 | Nem |
| Valine | V | Val | GUU, GUC, GUA, GUG | 6.6 | Igen |
| W | Trp | UGG | 1.4 | Igen | |
| Y | Tyr | UAU, UAC | 3.2 | Feltételesen | |
| Stop kodon† | - | A kifejezés | UAA, UAG, UGA††† | - | - |
* Az UAG általában a borostyánszínű stop kodon, de ha van PYLIS elem, akkor pirrolizint kódol.
** Az UGA általában az opál (vagy umbra) stop kodon, de szelenociszteint kódol, ha SECIS elem van jelen.
† A stop kodon nem aminosav, de a teljesség kedvéért szerepel.
†† Az UAG és az UGA nem mindig működik stopkódonként (lásd fentebb).
‡ Egy esszenciális aminosav nem szintetizálható az emberben. A táplálékkal kell biztosítani. A feltételesen esszenciális aminosavakra általában nincs szükség az étrendben, de azokat a populációknak, amelyek nem állítanak elő belőlük eleget, biztosítani kell.
Ezekhez a bioszintézis folyamatokban további, nem esszenciálisnak tűnő α-aminosavakhoz szerkezetileg (itt a SMILES jelölés használatával) kapcsolódnak:
OC(=O)C(N)-
- ├ H .. V Glicin
- ├ C .. P Alanin
- │├ C .. 2-Aminobutánsav
- ││├ C .. Norvaline
- ││││├ -2H .. _ Prolin (Dehidronorvalin)
- ││││├ C .. Norleucin
- ││││└ N .. Z lizin
- ││││ └ C(=O)C1N=CCC1C .. ^ Pirrolizin
- ││││└ NC(=N)N .. a Arginin
- ││├ C(=O)N .. ` Glutamin
- ││├ C(=O)O .. T Glutaminsav
- ││├ O .. Homoserin
- ││└ S .. Homocisztein
- ││ └ C .. \ Metionin
- │├ C(C)C .. [ Leucin
- │├ C(=O)N .. ] Asparagin
- │├ C(=O)O .. S Aszparaginsav
- │├ C1=CNC=N1 .. W hisztidin
- │├ c1ccccccc1 .. U Fenilalanin
- │├ c1ccc(O)cc1 .. h tirozin
- │├ C1=CNc2ccccccc12 .. f Triptofán
- │├ C1=CNc2ccc(O)cc12 .. Oxitriptán
- │├ c(cc1I)cc(I)c1-O-c2cc(I)c(O)c(I)c(I)c2 ... Tiroxin
- │├ O .. b szerin
- │├ S .. R Cisztein
- │└ [SeH] .. d Szelenocisztein
- ├ C(C)C .. e Valin
- ├ C(C)O .. c treonin
- └ C(C)CC .. X Izoleucin
Kérdések és válaszok
K: Mik azok az aminosavak?
V: Az aminosavak olyan molekulák, amelyek mind amin (NH2+R), mind karboxil (C=O) funkciós csoportokkal rendelkeznek, és a fehérjék építőkövei.
K: Hány "standard" aminosav létezik az eukariótákban?
V: Az eukariótákban 20 "standard" aminosav létezik, amelyekből szinte minden fehérje készül.
K: Mi az alfa-aminosavak általános képlete?
V: Az alfa-aminosavak általános képlete H2NCHRCOOH, ahol R a számos oldalcsoport egyike.
K: Mire utal a biokémia, amikor aminosavakat említ?
V: A biokémiában az "aminosav" kifejezés az alfa-aminosavakra utal, amelyek általános képlete H2NCHRCOOH, ahol R a sok oldalcsoport egyike.
K: Hogyan kapják a fehérjék a szerkezetüket?
V: A fehérjék szerkezetüket különböző típusú aminosavak kombinációjából nyerik.
K: Milyen szerepet játszanak az amin és a karboxil funkciós csoportok egy aminosavmolekulában?
V: Az amin és a karboxil funkciós csoportok alkotják az aminosavmolekulát; ezek egy nitrogénatomot, valamint egy szénatomot biztosítanak, amelyek más molekulákkal kötéseket tudnak kialakítani.
Keres