Aminoácido - Amino acid


Da Wikipédia, a enciclopédia livre

A estrutura de um aminoácido alfa na sua forma ionizada-un

Os aminoácidos são compostos orgânicos que contêm amina (-NH 2 ) e carboxilo (-COOH) grupos funcionais , juntamente com uma cadeia lateral (grupo R) específicos para cada aminoácido. Os principais elementos de um aminoácido são carbono (C), hidrogénio (H), oxigénio (O), e de azoto (N), embora outros elementos são encontrados nas cadeias laterais de certos aminoácidos. Cerca de 500 aminoácidos que ocorrem naturalmente são conhecidas (embora apenas 20 aparecem no código genético ) e pode ser classificado em muitos aspectos. Eles podem ser classificados de acordo com os locais do núcleo dos grupos funcionais estruturais como alfa- (α-) , beta (β-) , gama (y ~) ou delta (δ-) aminoácidos; outras categorias se referem a polaridade , pH nível e tipo de cadeia lateral de grupo ( alifático , acíclico , aromático , contendo hidroxilo ou enxofre , etc.). Sob a forma de proteínas , aminoácidos resíduos formam o segundo maior componente ( água é a maior) de humanos músculos e outros tecidos . Para além do seu papel como resíduos nas proteínas, aminoácidos participam num certo número de processos tais como neurotransmissor transporte e biossíntese .

Na bioquímica , aminoácidos possuindo tanto a amina e os grupos de ácido carboxílico ligados ao primeiro (alfa) de carbono átomo tem particular importância. Eles são conhecidos como 2-, alfa, ou ácidos α-amino (genérico fórmula H 2 NCHRCOOH na maioria dos casos, em que R é um orgânica substituinte conhecido como uma " cadeia lateral "); muitas vezes, o termo "aminoácido" é utilizado para se referir especificamente a estes. Eles incluem o 22 proteinogênicos ( "construção de proteína") aminoácidos, que se combinam para peptídicas da cadeia ( "polipéptidos") para formar os blocos de construção de uma vasta gama de proteínas . Estes são todos os L - estereoisómeros ( " canhoto ' isómeros ), embora alguns D -aminoácidos (' destro") ocorrer em envelopes bacterianas , como um neuromodulador ( D - serina ), e em alguns antibióticos .

Vinte dos ácidos aminados são codificados proteinogénicos directamente por tripletos codões no código genético e são conhecidos como amino ácidos "padrão". Os outros dois ( "não normalizado" ou "não-canónica") são selenocisteína (presente em muitos procariotas , bem como a maioria dos eucariotas , mas não codificada directamente por DNA ), e pirrolisina (encontrado apenas em algumas Archea e uma bactéria ). Pirrolisina e selenocistea são codificados por meio de codões variantes; por exemplo, a selenocisteína é codificada pelo codão de paragem e elemento SECIS . N -formylmethionine (que muitas vezes é o aminoácido inicial de proteínas em bactérias, mitocôndrias e cloroplastos ) é geralmente considerada como uma forma de metionina , em vez de como um aminoácido protogenico separado. Codon- ARNt combinações não encontradas na natureza também podem ser usadas para "expandir" o código genético e formar novas proteínas conhecidas como alloproteins que incorporam aminoácidos não proteinogénicos .

Muitos aminoácidos proteinogénicos e não proteinogénicos importantes têm funções biológicas. Por exemplo, no cérebro humano , glutamato (padrão de ácido glutâmico ) e gama-amino-butírico ( "GABA", ácido gama-amino não-padrão) são, respectivamente, o principal neurotransmissores excitatórios e inibitórios . Hidroxiprolina , um componente importante do tecido conjuntivo de colagénio , é sintetizado a partir de prolina . A glicina é um precursor biossintético de porfirinas usadas em células vermelhas do sangue . Carnitina é utilizada no transporte de lípidos .

Nove aminoácidos proteinogénicos são chamados de " essencial " para os seres humanos porque eles não podem ser produzidos a partir de outros compostos pelo corpo humano e por isso deve ser levado em como alimento. Outros podem ser condicionalmente essencial para certas idades ou condições médicas. Aminoácidos essenciais também podem diferir entre as espécies .

Devido à sua importância biológica, aminoácidos são importantes na nutrição e são comumente usados em suplementos nutricionais , fertilizantes , ração , e tecnologia de alimentos . Utilizações industriais incluem a produção de medicamentos , plásticos biodegradáveis , e catalisadores quirais .

História

Os primeiros aminoácidos foram descobertos no início do século 19. Em 1806, químicos franceses Louis-Nicolas Vauquelin e Pierre Jean Robiquet isolado um composto em espargos que foi subsequentemente denominado asparagina , o primeiro aminoácido a ser descoberto. Cistina foi descoberto em 1810, embora a sua monómero, cisteína , permaneceu desconhecida até 1884. Glycine e leucina foram descobertos em 1820. O último dos 20 aminoácidos comuns a ser descoberto foi treonina , em 1935, por William Rose Cumming , que também determinado o essencial aminoácidos e estabeleceu os requisitos mínimos diários de todos os aminoácidos para o crescimento óptimo.

A unidade da categoria química foi reconhecido por Wurtz em 1865, mas ele não deu nenhum nome em particular a ele. O uso do termo "aminoácido" no idioma Inglês é de 1898, enquanto que o termo alemão, Aminosäure , foi usado anteriormente. As proteínas foram encontrados para produzir ácidos aminados após a digestão enzimática ou ácido hidrólise . Em 1902, Emil Fischer e Franz Hofmeister proposto, independentemente, de que as proteínas são formados a partir de diversos aminoácidos, por meio de que as ligações são formadas entre o grupo amino de um aminoácido com o grupo carboxilo do outro, o que resulta em uma estrutura linear que Fischer denominado " péptido ".

Estrutura geral

Os 21 ácidos a-amino proteinogénicos encontrada em eucariotas , agrupados de acordo com as suas cadeias laterais pKa de valores e as cargas exercidas em pH fisiológico (7,4)

Na estrutura mostrada na parte superior da página, R representa uma cadeia lateral específica para cada aminoácido. O carbono átomo ao lado do grupo carboxilo (o qual, por conseguinte, é numerado 2 na cadeia de carbono a partir desse grupo funcional) é chamado o α-carbono . Os aminoácidos que contêm um grupo amino ligado directamente ao átomo de carbono são referidos como os ácidos alfa-amino . Estes incluem aminoácidos, tais como prolina , que contêm aminas secundárias , os quais costumavam ser muitas vezes referida como "imino ácidos".

isomeria

Os ácidos alfa-amino são a forma mais comum encontrado na natureza, mas apenas quando ocorrem no L isómero. O carbono alfa é um quiral átomo de carbono, com a excepção da glicina , que tem dois átomos de hidrogénio indistinguíveis no carbono alfa. Portanto, todos os ácidos alfa-amino, mas glicina podem existir em qualquer um dos dois enantiómeros , denominadas L ou D aminoácidos, que são imagens no espelho um do outro ( ver também a quiralidade ). Enquanto L -aminoácidos representam a totalidade dos aminoácidos encontrados nas proteínas durante a tradução do ribossoma, D -aminoácidos são encontrados em algumas proteínas produzidas por enzimas de modificações pós-tradução , após tradução e a translocação para o retículo endoplasmático , como em organismos que vivem no mar exóticos tais como caracóis cone . Eles também são componentes abundantes dos peptidoglicanos paredes celulares de bactérias, e D -serina pode actuar como um neurotransmissor no cérebro. D -aminoácidos são utilizados em cristalografia racémica para criar cristais centrossimétricos, que (dependendo da proteína) pode permitir a determinação da estrutura da proteína mais fácil e mais robusto. O G e D convenção para a configuração de aminoácidos não se refere à actividade óptica da própria mas sim para a actividade óptica do isómero do aminoácido gliceraldeído a partir do qual esse aminoácido pode, em teoria, ser sintetizado ( D -glyceraldehyde é dextrorrotatório; G -glyceraldehyde é levógiro). Em forma alternativa, o (S) e (R) designadores são usados para indicar a absoluta estereoquímica . Quase todos os aminoácidos de proteínas são (S) no carbono α, com cisteína sendo (R) e a glicina não- quiral . Cisteína tem a sua cadeia lateral na mesma posição geométrica como os outros aminoácidos, mas o R / S terminologia é invertida por causa do número atómico mais elevado de enxofre em relação ao oxigénio carboxilo dá a cadeia lateral de uma prioridade mais elevada, enquanto que os átomos em mais outras cadeias laterais de lhes dar prioridade mais baixa.

Correntes laterais

Lisina com os átomos de carbono marcados por posição

Em aminoácidos que têm uma cadeia de carbono ligado ao α-carbono (tais como lisina , como mostrado à direita) são os carbonos rotulados de modo como α, β, γ, δ, e assim por diante. Em alguns aminoácidos, o grupo amina está ligado ao β ou γ-carbono, e estes são, por conseguinte, referida como beta ou gama amino ácidos .

Os aminoácidos são geralmente classificados pelas propriedades da sua cadeia lateral em quatro grupos. A cadeia lateral pode fazer um aminoácido de um ácido fraco ou uma base fraca , e um hidrófilo se a cadeia lateral é polar ou um hidrófobo , se é não polar . As estruturas químicas dos 22 aminoácidos padrão, juntamente com as suas propriedades químicas, são descritos mais detalhadamente no artigo sobre estes aminoácidos proteinogénicos .

A frase " os aminoácidos de cadeia ramificada " refere-se a BCAA ou os aminoácidos que possuem alifáticos cadeias laterais que são não-linear; estes são leucina , isoleucina , e valina . Prolina é a única proteinogênicos aminoácido cujo grupo lado ligações para o grupo α-amino e, deste modo, é também o único aminoácido protogenico contendo uma amina secundária nesta posição. Em termos químicos, prolina é, portanto, um iminoácido , uma vez que falta um grupo amino primário , embora ainda seja classificado como um aminoácido na nomenclatura bioquímica em curso, e pode também ser chamado uma "alfa-aminoácido N-alquilado ".

zwitteri�s

Um aminoácido na sua (1) não ionizada e (2) formas zwitteriónicas

O α- ácido carboxílico grupo de aminoácidos é um ácido fraco , o que significa que ele liberta um Hydron (tal como um protão ) a valores de pH moderados. Em outras palavras, os grupos de ácido carboxílico (-CO 2 H) pode ser desprotonado para se tornar negativos carboxilatos (-CO 2 - ). O ião carboxilato carregado negativamente predomina a valores de pH maiores do que o pKa do grupo ácido carboxílico (média para os 20 aminoácidos comuns é cerca de 2,2, ver a tabela de estruturas de aminoácidos acima). De um modo complementar, o α- amina de aminoácidos é uma base fraca , o que significa que ele aceita um protão a valores de pH moderados. Em outras palavras, os grupos a-amino (NH 2 -), pode ser protonado a tornar-se grupos de amónio α-positivos ( + NH 3 -). O grupo α-amónio carregado positivamente predomina a valores de pH menores do que o pKa do grupo α-amónio (média para os 20 ácidos a-aminados comuns é de cerca de 9,4).

Uma vez que todos os aminoácidos contêm grupos funcionais de ácidos carboxílicos e aminas, eles compartilham anfótero propriedades. Abaixo de pH 2,2, a forma predominante terá um grupo neutro de ácido carboxílico e um ião de amónio α-positivo (carga líquida 1), e acima de pH 9,4, um carboxilato negativo e grupo α-amino neutro (carga luida -1). Mas a pH entre 2,2 e 9,4, um aminoácido normalmente contém um carboxilato negativa e um grupo de amónio α-positiva, tal como mostrado na estrutura (2) do lado direito, de modo que tem uma carga líquida igual a zero. Este estado molecular é conhecido como um zwitterião , do alemão Zwitter significando hermafrodita ou híbrido . A forma totalmente neutro (estrutura (1) do lado esquerdo) é uma muito menor espécies em solução aquosa durante todo o intervalo de pH (menos do que 1 parte em 10, 7 ). Existir como zwiteris aminoácidos também na fase sólida, e cristalizar com propriedades de sal semelhante ao contrário dos ácidos ou aminas orgânicas típicas.

Ponto de isolação eletrica

Composição de curvas de titulação de vinte aminoácidos proteinogénicos agrupados por categorias cadeia lateral

A variação nas curvas de titulação, quando os aminoidos podem ser agrupados por categoria. Com a excepção de tirosina, usando titulação para distinguir entre aminoácidos hidrófobos é problemático.

A valores de pH entre os dois valores de pKa, o zwitterião predomina, mas coexiste em equilíbrio dinâmico com pequenas quantidades de is negativos e positivos líquidos efectivos. No ponto médio exato entre os dois valores de pKa, a pequena quantidade de líquido negativo e traço de íons positivos líquidos exatamente equilíbrio, de modo que a carga líquida média de todas as formas atuais é zero. Este pH é conhecido como o ponto isoeltrico pI, assim pI = ½ (pKa 1 + pKa 2 ). Os aminoácidos individuais têm todos ligeiramente diferentes valores de pKa, por isso têm diferentes pontos isoeléctricos. Para aminoácidos com cadeias laterais carregadas, o pKa da cadeia lateral está envolvido. Assim, para Asp, Glu, com cadeias laterais negativos, pI = ½ (pKa 1 + pKa R ), onde pKa R é a cadeia lateral de pKa. Cisteína também tem cadeia lateral potencialmente negativo com pKa R = 8,14, de modo pi deve ser calculada como para Asp e Glu, mesmo que a cadeia lateral não é significativamente carregado a pH neutro. Para His, Lys, Arg e com cadeias laterais positivos, pI = ½ (pKa R + pKa 2 ). Os aminoácidos possuem a mobilidade em electroforese de zero no seu ponto isoeléctrico, embora este comportamento é mais geralmente explorados para os péptidos e proteínas do que os aminoácidos individuais. Zwitteriões têm solubilidade mínima no seu ponto isoeléctrico e alguns aminoácidos (em particular, com cadeias laterais não polares) pode ser isolado por precipitação a partir de água por ajuste do pH ao ponto isoeléctrico necessário.

Ocorrência e funções em bioquímica

Uma proteína descrita como uma cadeia não ramificada longo de círculos ligados cada um representando ácidos aminados
Um polipéptido é uma cadeia não ramificada de aminoácidos
comparação esquemática das estruturas de β-alanina e α-alanina
p-alanina e o seu isómero α-alanina
Um diagrama que mostra a estrutura de selenocisteína
O aminoácido selenocisteína

aminoácidos proteinogénicos

Os aminoácidos são as unidades estruturais (monómeros) que compõem as proteínas. Juntam-se em conjunto para formar curtas poliméricas cadeias chamados péptidos ou cadeias mais longas chamado quer polipéptidos ou proteínas . Estes polímeros são lineares e não ramificado, com cada um dos aminoácidos na cadeia ligado a dois aminoácidos vizinhos. O processo de produção de proteínas codificadas pelo material genético de ADN / ARN é chamado tradução e envolve a adição passo-a-passo de aminoácidos a uma cadeia de proteína crescente por uma ribozima que é chamado um ribossoma . A ordem na qual os aminoácidos são adicionados é lido por meio do código genético a partir de um mRNA molde, que é um ARN de cópia de um dos do organismo genes .

Vinte e dois ácidos aminados são incorporados naturalmente em polipeptídeos e são chamados proteinogénicos aminoácidos ou naturais. Destes, 20 são codificados pelo universal código genético . Os restantes 2, selenocisteína e pirrolisina , são incorporados em proteínas por mecanismos sintéticos únicos. Selenocisteína é incorporado quando o ARNm a ser traduzido inclui um elemento SECIS , o que faz com que o UGA codão para codificar selenocisteína em vez de um cod de paragem . Pirrolisina é utilizado por alguns metanogênico archaea nas enzimas que usam para produzir metano . Ele é codificado para com o cod UAG, que é normalmente um codão de paragem em outros organismos. Este cod UAG é seguido por uma sequência a jusante PYLIS .

Os aminoácidos não-proteinogénicos

Além dos 22 aminoácidos proteinogénicos , muitos não proteinogénicos aminoácidos são conhecidos. Aqueles ou não são encontrados em proteínas (por exemplo, a carnitina , o GABA , a levotiroxina ) ou não são produzidos directamente e de forma isolada por maquinaria celular padrão (por exemplo, hidroxiprolina e selenometionina ).

Os aminoácidos não-proteinogénicos que são encontrados nas proteínas são formados por modificação pós-translacional , que é a modificação após a tradução, durante a síntese de proteínas. Estas modificações são muitas vezes essencial para a função ou regulação de uma proteína. Por exemplo, a carboxilação de glutamato permite uma melhor ligação dos catiões de cálcio e colagénio contém hidroxiprolina, gerada por hidroxilação de prolina . Outro exemplo é a formação de hipusina no factor de iniciação da tradução eIF5A , através da modificação de um resíduo de lisina. Tais modificações também pode determinar a localização da proteína, por exemplo, a adição de grupos hidrófobos de comprimento pode causar uma proteína para se ligar a um fosfolipido membrana.

Alguns aminoácidos não proteinogénicos não são encontrados em proteínas. Exemplos incluem o ácido 2-aminoisobutírico e o neurotransmissor ácido gama-aminobutírico . Os aminoácidos não-proteinogénicos muitas vezes ocorrem como intermediários para as vias metabólicas para os aminoácidos convencionais - por exemplo, ornitina e citrulina ocorrer no ciclo da ureia , que faz parte de amino ácido catabolismo (ver abaixo). Uma excepção raras para o domínio de ácidos a-amino em biologia é o ácido β-amino beta alanina (ácido 3-aminopropanóico), que é utilizado em plantas e microrganismos na síntese de ácido pantotênico (vitamina B 5 ), um componente de coenzima A .

D -amino abundância natural de ácido

D iseros são incomuns em organismos vivos. Por exemplo, gramicidina é um polipéptido constituído a partir de mistura de D - e L -aminoácidos. Outros compostos que contêm D -aminoácido são tirocidina e valinomicina . Estes compostos perturbar paredes das células bacterianas, em particular em bactérias Gram-positivas bactérias. Só 837 D -aminoácidos foram encontrados na base de dados Swiss-Prot (187 milhões de aminoácidos analisada).

Os aminoácidos não convencionais

Os 20 aminoácidos que são codificados directamente pelos codões universal do código genético são chamadas padrão ou canónicos aminoácidos. Uma forma modificada de metionina ( N -formylmethionine ) é frequentemente incorporado em vez de metionina como o aminoácido inicial de proteínas em bactérias, mitocôndrias e cloroplastos. Outros aminoácidos são chamados não-padrão ou não canónicas . A maioria dos aminoácidos não convencionais também são não-proteinogênicos (isto é, eles não podem ser incorporadas em proteínas durante a tradução), mas dois deles são proteinogênicos, como eles podem ser incorporados em translação em proteínas através da exploração de informações não codificada no código genético universal .

Os dois aminoácidos proteinogénicos não-padrão são selenocisteína (presente em muitos não-eucariotas, bem como a maioria dos eucariotas, mas não codificada directamente por DNA) e pirrolisina (encontrado apenas em algumas arquebactérias e uma bactéria ). A incorporação destes aminoácidos não padrão é raro. Por exemplo, 25 proteínas humanas incluem selenocisteína (Sec) na sua estrutura primária, e as enzimas estruturalmente caracterizados (selenoenzimas) empregam Sec como o catalisador radical no seus locais activos. Pirrolisina e selenocistea são codificados por meio de codões variantes. Por exemplo, a selenocisteína é codificada pelo codão de paragem e elemento SECIS .

Na nutrição humana

Diagrama que mostra a ocorrência relativa de diferentes aminoácidos no soro sanguíneo tal como obtido a partir de diferentes dietas
Partilhar de aminoácido em diferentes dietas humanas e a mistura resultante de ácidos aminados em soro sanguíneo humano. Glutamato e glutamina são as mais frequentes em alimentos em mais de 10%, enquanto que a alanina, glutamina, glicina e são a mais comum no sangue.

Quando absorvido no corpo humano a partir da dieta, os 20 aminoácidos padrão tanto são utilizados para sintetizar as proteínas e outras biomoléculas ou são oxidados a ureia e dióxido de carbono como uma fonte de energia. A via de oxidação inicia-se com a remoção do grupo amino por meio de uma transaminase ; o grupo amino é, em seguida, alimentado para o ciclo da ureia . O outro produto de transamidação é um ceto-ácido que entra no ciclo do ácido cítrico . Aminoácidos glicogênicos também pode ser convertido em glicose, através da gluconeogénese . Dos 20 aminoácidos padrão, nove ( Sua , Ile , Leu , Lys , Met , Phe , Thr , Trp e Val ) são chamados aminoácidos essenciais , porque o corpo humano não pode sintetizar -los a partir de outros compostos no nível necessário para o crescimento normal, então eles devem ser obtidos a partir de alimentos. Além disso, cisteína , taurina , tirosina , e a arginina são considerados aminoácidos semiessential em crianças (embora a taurina não é tecnicamente um aminoácido), devido as vias metabólicas que sintetizam estes aminoácidos não estão completamente desenvolvidos. Os valores exigidos também dependem da idade e da saúde do indivíduo, por isso é difícil fazer afirmações gerais sobre a exigência dietética para alguns aminoácidos. A exposição dietética ao amino ácido não-padrão BMAA tem sido associada a doenças neurodegenerativas humanas, incluindo ELA .

Sinalização diagrama cascata
Diagrama das moleculares cascatas de sinalização , que estão envolvidas no miofibrilar síntese de proteínas do músculo e biogénese mitocondrial em resposta ao exercício físico e aminoácidos específicos ou seus derivados (principalmente L -leucina e HMB ). Muitos aminoácidos derivados da proteína de alimentos promover a activação de mTORC1 e aumentar a síntese de proteínas por sinalização através GTPases de pano .
Abreviaturas e representações:
 • PLD: fosfolipase D
 • PA: ácido fosfatídico
 • mTOR: mTOR
 • AMP: adenosina monofosfato
 • ATP: adenosina trifosfato
 • AMPK: proteína cinase de AMP-activated
 • PGC-1α: peroxissoma do receptor gama activado por proliferador de coactivador-1α
 • S6K1: p70S6 cinase
 • 4EBP1: factor de iniciação da tradução eucariótica 4E de ligao de protea um
 • eIF4E: eucariótico de iniciação da tradução fator 4E
 • RPS6: proteína ribossómica S6
 • eEF2: eucariótica factor de alongamento 2
 • RE: exercício de resistência; EE: resistência exercício
 • Myo: myofibrillar ; Mito: mitocondrial
 • AA: amino ácidos
 • HMB: p-hidroxi β-metilbutírico
 • ↑ representa activação
 • Τ representa inibição
Gráfico da síntese de proteínas do músculo vs tempo
formação de resistência, estimula a síntese de proteínas do músculo (MPS) por um período de até 48 horas após o exercício (mostrado por linha a tracejado leve). A ingestão de uma refeição rica em proteína em qualquer ponto durante este período irá aumentar o aumento induzido por exercício na síntese de proteínas do músculo (mostrado por linhas a cheio).

funções não proteicos

Nos seres humanos, aminoácidos não-proteína têm também papéis importantes como intermediários metabólicos , tais como na biossíntese do neurotransmissor ácido gama-amino-butírico (GABA). Muitos aminoácidos são utilizados para sintetizar outras moléculas, por exemplo:

Alguns aminoácidos não padrão são usados como defesas contra herbívoros em plantas. Por exemplo, canavanina é um análogo da arginina que é encontrado em muitas leguminosas , e em particular grandes quantidades em Canavalia gladiata (feijão espada). Este aminoácido protege as plantas de predadores como insetos e podem causar doenças em pessoas, se alguns tipos de legumes são consumidos sem processamento. O aminoácido não proteico mimosina é encontrado em outras espécies de leguminosas, em particular de leucena . Este composto é um análogo da tirosina e pode envenenar animais que pastam nestas plantas.

Usa na indústria

Os aminoácidos são usados para uma variedade de aplicações na indústria, mas a sua utilização principal é como aditivos para a alimentação animal . Isto é necessário, uma vez que muitos dos componentes em massa destas alimentações, tais como soja , ou têm níveis baixos ou não têm alguns dos aminoácidos essenciais : lisina, metionina, treonina e triptofano são mais importantes na produção destes alimentos. Nesta indústria, aminoácidos também são utilizadas para quelar catiões metálicos, a fim de melhorar a absorção de minerais a partir de suplementos, que podem ser necessários para melhorar a saúde ou a produção de estes animais.

A indústria alimentar é também um grande consumidor de aminoácidos, em particular, o ácido glutâmico , o qual é utilizado como um intensificador de sabor , e aspartame (éster aspartil-fenilalanina-1-metilo) como um baixo teor calórico adoçante artificial . Uma tecnologia semelhante ao utilizado para a nutrição animal é empregue na indústria da nutrição humana para aliviar os sintomas de deficiências minerais, tais como anemia, por melhorar a absorção de minerais e reduzindo os efeitos secundários negativos de suplementação mineral inorgânico.

A capacidade quelante de aminoácidos foi usado em adubos para a agricultura a fim de facilitar o fornecimento de minerais para as plantas, a fim de corrigir deficiências de minerais, tais como ferro clorose. Estes fertilizantes também são usados para prevenir deficiências ocorra e melhorar a saúde geral das plantas. O restante da produção de aminoácidos é utilizado na síntese de medicamentos e cosméticos .

Do mesmo modo, alguns derivados de ácidos aminados são utilizados na indústria farmacêutica. Elas incluem 5-HTP (5-hidroxitriptofano) utilizado para tratamento experimental de depressão, L -DOPA ( L -dihydroxyphenylalanine) para de Parkinson tratamento, e eflornitina droga que inibe a ornitina descarboxilase e usado no tratamento da doença do sono .

código genético expandido

Desde 2001, 40 aminoácidos não naturais foram adicionados a proteína através da criação de um codão único (recodificação) e uma transferência de ARN correspondente: aminoacil - par ARNt-sintetase para codificar com propriedades físico-químicas diversas e propriedades biológicas a fim de ser utilizado como uma ferramenta para explorar a estrutura da proteína e da função ou para criar novos ou proteínas melhoradas.

Nullomers

Nullomers são codões que em teoria código para um aminoácido, no entanto na natureza há uma polarização selectiva contra usando este cod em favor de outro, por exemplo, bactérias preferem usar CGA AGA em vez de codificar para a arginina. Isto cria algumas sequências que não aparecem no genoma. Esta característica pode ser aproveitada e utilizada para criar novos fármacos selectivos que combatem o cancro e para evitar a contaminação cruzada de amostras de ADN a partir de investigações da cena do crime.

blocos de construção químicos

Os aminoácidos são importantes como baixo custo de matérias-primas . Estes compostos são utilizados na síntese de piscina quiral como enantiomericamente puros de construção de blocos.

Os aminoácidos foram investigados como precursores de catalisadores quirais , por exemplo, para assimétricos de hidrogenação reacções, embora não existem aplicações comerciais.

plásticos biodegradáveis

Os aminoácidos estão a ser desenvolvidos como componentes de uma gama de polímeros biodegradáveis. Estes materiais têm aplicações como ambientalmente amigável embalagem e em medicina em entrega de drogas e a construção de implantes protéticos . Estes polímeros incluem polipéptidos, poliamidas , poliésteres, poliuretanos e polissulfuretos, com aminoácidos, quer formando parte de suas cadeias principais ou coladas como cadeias laterais. Estas modificações alteram as propriedades físicas e reactividades dos polímeros. Um exemplo interessante de tais materiais é o poliaspartato , um polímero biodegradável solúvel em água que pode ter aplicações em descartáveis fraldas e agricultura. Devido à sua solubilidade e capacidade de quelar iões de metais, poliaspartato também está a ser utilizado como um anti-biodegradável dimensionamento agente e um inibidor de corrosão . Além disso, os aminoácidos aromáticos tirosina está a ser desenvolvido como uma possível substituição para tóxicos fenóis , tais como bisfenol A no fabrico de policarbonatos .

reações

Como aminoácidos têm ambos um primário amina grupo e um primário carboxilo grupo, esses produtos químicos podem ser submetidos a maioria das reacções associadas com esses grupos funcionais. Estes incluem a adio nucleofica , ligação amida formação, e formação de imina para o grupo amina, e esterificação , ligação amida formação, e descarboxilação para o grupo de ácido carboxílico. A combinação destes grupos funcionais permitem aminoácidos de serem ligandos polidentados eficazes para a quelatos de ido de metal-amino. As várias cadeias laterais de aminoácidos também pode ser submetido a reacções químicas. Os tipos de estas reacções são determinadas pelos grupos sobre estas cadeias laterais e são, portanto, diferente entre os vários tipos de aminoácidos.

A síntese química

Para as etapas na reação, ver o texto.
A síntese de Strecker de aminoidos

Existem vários métodos para sintetizar aminoácidos. Um dos métodos mais antigos começa com a bromação na α-carbono de um ácido carboxílico. Substituição nucleofílica com amónia , em seguida, converte o brometo de alquilo para o aminoácido. De forma alternativa, a síntese de Strecker de aminoidos envolve o tratamento de um aldeído com cianeto de potássio e amónia, isto produz um nitrilo α-amino como um intermediário. A hidrólise do nitrilo no ácido, em seguida, dá um ácido α-amino. Usando sais de amónia ou de amónio nesta reacção dá aminoácidos não substituídos, enquanto que a substituição de aminas primárias e secundárias irá produzir aminoácidos substituídos. Da mesma forma, utilizando cetonas , em vez de aldeídos, dá α, aminoácidos dissubstituído-ct. A síntese clássica dá misturas racémicas de ácidos a-amino como produtos, mas vários procedimentos alternativos usando auxiliares assimétricos ou catalisadores assimétricos têm sido desenvolvidos.

No momento actual, o método mais adoptou-se um automatizado de síntese sobre um suporte sólido (por exemplo, poliestireno grânulos), usando grupos protectores (por exemplo, Fmoc e t-Boc ) e grupos de activação (por exemplo, DCC e DIC ).

formação da ligação peptídica

Dois aminoácidos são mostrados a seguir uns aos outros.  Perde-se um átomo de hidrogénio e de oxigénio a partir do seu grupo carboxilo (COOH) e o outro perde um átomo de hidrogénio a partir do seu grupo amino (NH2).  Esta reacção produz uma molécula de água (H2O) e dois aminoácidos ligados por uma ligação peptídica (CO-NH-).  Os dois aminoácidos unidos são chamados um dipeptídeo.
A condensação de dois aminoácidos para formar um dipeptídeo através de uma ligação peptídica

Como tanto a amina e grupos de ácido carboxílico de aminoácidos podem reagir para formar ligações amida, uma molécula de ácido amino podem reagir com uma outra e tornam-se unidas através de uma ligação amida. Esta polimerização de aminoácidos é o que cria proteínas. Esta reacção de condensação produz a recém-formada ligação peptídica e uma molécula de água. Em células, esta reacção não ocorre directamente; em vez disso, o aminoácido é primeiro activado por ligação a um RNA de transferência molécula através de um éster de ligação. Este aminoacil-ARNt é produzido em uma de ATP reacção dependente realizada por uma aminoacil-ARNt-sintetase . Este aminoacil-ARNt é, em seguida, um substrato para o ribossoma , o qual catalisa o ataque do grupo amino da cadeia de proteína de alongamento na ligação éster. Como um resultado deste mecanismo, todas as proteínas produzidas pelos ribossomas são sintetizados a partir de sua extremidade N-terminal e movendo-se para a sua extremidade C-terminal.

No entanto, nem todas as ligações peptídicas são formados desta maneira. Em alguns casos, os péptidos são sintetizados por enzimas específicas. Por exemplo, o tripéptido glutationa é uma parte essencial das defesas das células contra o stress oxidativo. Este péptido é sintetizado em duas fases a partir de aminoácidos livres. No primeiro passo, gama-glutamilcisteína sintetase condensa cisteína e ácido glutâmico através de uma ligação peptídica formada entre o grupo carboxilo da cadeia lateral do glutamato (o carbono gama de esta cadeia lateral) e o grupo amino da cistea. Este dipeptídeo é então condensado com glicina por sintetase glutationa para formar glutationa.

Em química, os péptidos são sintetizados por uma variedade de reacções. Um dos compostos mais utilizados em síntese de péptidos em fase sólida utiliza os derivados oxima aromáticos de aminoácidos como unidades activados. Estes são adicionados em sequência para o crescimento da cadeia peptídica, o qual está ligado a um suporte de resina sólida. A capacidade de sintetizar facilmente um grande número de péptidos diferentes por variação dos tipos e ordem dos aminoácidos (utilizando a química combinatória ) fez a síntese de péptidos particularmente importante na criação de bibliotecas de péptidos para utilização na descoberta de medicamentos através de rastreio de alto rendimento .

biossíntese

Em plantas, o azoto é primeiro assimilado em compostos orgânicos na forma de glutamato , formados a partir de alfa-cetoglutarato e amoníaco na mitocôndria. De modo a formar outros aminoácidos, a planta utiliza transaminases para movimentar o grupo amino de um outro ácido carboxílico alfa-ceto. Por exemplo, aspartato aminotransferase converte o glutamato oxaloacetato e a alfa-cetoglutarato e aspartato. Outros organismos utilizam transaminases para a síntese de aminoácidos, também.

Aminoácidos não padrão são normalmente formados através de modificações aos aminoácidos padrão. Por exemplo, a homocisteína é formado através da via de transulfuração ou por desmetilação de metionina através do metabolito intermediário S-adenosil metionina , enquanto hidroxiprolina é feita por uma modificação pós-tradução de prolina .

Microorganismos e plantas podem sintetizar muitos aminoácidos incomuns. Por exemplo, alguns micróbios fazer ácido 2-aminoisobutírico e lantionina , que é um derivado de pontes de sulfureto de alanina. Ambos estes aminoácidos são encontrados em peptídicos lantibióticos tais como alameticina . No entanto, em plantas, o ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico é um pequeno aminoácido cíclico dissubstituída que é um intermediário chave na produção da hormona de planta de etileno .

Catabolismo

Catabolismo dos aminoácidos proteinogénicos. Os aminoácidos podem ser classificados de acordo com as propriedades dos seus principais produtos como um dos seguintes procedimentos:
* hidratos de carbono glucognicos , com os produtos com a capacidade para formar glicose por gluconeogénese
* cetogénica , com os produtos não possuindo a capacidade para formar glicose. Podem ainda ser utilizados para estes produtos cetogénese ou síntese de lípidos .
* Aminoácido catabolizado para ambos os produtos glucogénicas e Cetogénicas.

Os aminoácidos deve primeiro passar para fora de organelas e células em circulação no sangue através de transportadores de aminoácidos , desde que os grupos de ácido carboxílico e amina são tipicamente ionizado. Degradação de um aminoácido, que ocorre no fígado e rins, muitas vezes envolve a desaminação movendo seu grupo amino em alfa-cetoglutarato, formando glutamato . Este processo envolve transaminases, muitas vezes o mesmo que os utilizados na aminação durante a síntese. Em muitos animais vertebrados, o grupo amino é, então, removida através do ciclo da ureia e é excretado na forma de ureia . No entanto, a degradação do aminoácido pode produzir ácido úrico ou de amoníaco, em vez. Por exemplo, serina desidratase converte serina para piruvato e amoníaco. Após a remoção de um ou mais grupos amino, o resto da molécula, por vezes, pode ser utilizado para sintetizar os novos aminoácidos, ou ele pode ser usado para produzir energia inserindo glicólise ou do ciclo do ácido cítrico , como detalhado na imagem à direita.

Propriedades físico-químicas dos ácidos aminados

Os 20 aminoácidos codificados directamente pelo código genético podem ser divididos em vários grupos com base nas suas propriedades. Fatores importantes são carga, hidrofilicidade ou hidrofobicidade , tamanho e grupos funcionais. Estas propriedades são importantes para a estrutura da proteína e interacções proteína-proteína . As proteínas solúveis em água tendem a ter os seus resíduos hidrofóbicos (leu, lie, Vai, Phe e Trp) enterrados no meio da proteína, enquanto que as cadeias laterais hidrofílicas são expostos ao solvente aquoso. (Note-se que em bioquímica , um resíduo refere-se a um específico monómero dentro da cadeia polimérica de um polissacárido , proteína ou ácido nucleico ). As proteínas de membrana integrais tendem a ter anéis exteriores expostas de hidrofóbicas aminoácidos que as ancoram na bicamada lipídica . No caso parte-caminho entre estes dois extremos, algumas proteínas de membrana periféricas têm um remendo de aminoácidos hidrofóbicos na sua superfície que bloqueia sobre a membrana. De forma semelhante, as proteínas que têm de se ligar a moléculas carregadas positivamente têm superfícies ricas com aminoácidos carregados negativamente, como o glutamato e aspartato , enquanto que as proteínas de ligação a moléculas carregadas negativamente têm superfícies ricas com cadeias carregados positivamente, como a lisina e a arginina . Existem diferentes escalas hidrofobicidade de resíduos de aminoácidos.

Alguns aminoácidos possuem propriedades especiais, tais como cisteína , que pode formar covalentes ligações dissulfureto com outros resíduos de cisteína, prolina que forma um ciclo para o esqueleto do polipéptido, e a glicina que é mais flexível do que outros aminoácidos.

Muitas proteínas passam por uma série de modificações pós-tradução , em que os grupos químicos adicionais são ligados aos aminoácidos em proteínas. Algumas modificações podem produzir hidrofóbicos lipoproteínas , ou hidrofílicos glicoproteínas . Estes tipo de modificação permitir o direccionamento reversível de uma proteína a uma membrana. Por exemplo, a adição e remoção de ácido gordo de ácido palmítico para resíduos de cisteína em algumas proteínas de sinalização faz com que as proteínas para fixar e, em seguida, separar a partir de membranas celulares.

Tabela de abreviaturas de aminoácidos padrão e propriedades

Aminoácido 3 letras 1-letra Cadeia lateral

classe

Cadeia lateral

polaridade

Cadeia lateral

carga (pH 7,4)

Hidrotermais
índice
absorbância

λ max (nm)

ε em

λ max (mM -1 cm -1 )

MW

(peso)

Ocorrência

em proteínas (%)

Codificação no código genético padrão (usando a notação IUPAC )
alanina Ala UMA alifático apolar neutro 1.8 89,094 8,76 GCN
arginina Arg R básico básico polar positivo -4.5 174,203 5,78 MGN, CGY (codões codificadores também pode ser expressa por: CGN, AGR)
asparagina Asn N amida polar neutro -3.5 132,119 3,93 AAY
ácido aspártico áspide D ácido ácidos polares negativo -3.5 133,104 5,49 GAY
cisteína Cys C contendo enxofre- apolar neutro 2,5 250 0,3 121,154 1,38 UGY
Ácido glutâmico Glu E ácido ácidos polares negativo -3.5 147,131 6,32 GAR
glutamina Gln Q amida polar neutro -3.5 146,146 3,9 CARRO
Glycine Gli G alifático apolar neutro -0.4 75,067 7,03 GGN
histidina Dele H básico aromático básico polar positivo (10%)
neutro (90%)
-3.2 211 5,9 155,156 2,26 CAY
isoleucina Ile Eu alifático apolar neutro 4,5 131,175 5,49 AUH
leucina Leu eu alifático apolar neutro 3.8 131,175 9,68 YUR, CUY (codões codificadores também pode ser expressa por: CUN, UUR)
lisina Lys K básico básico polar positivo -3.9 146,189 5,19 AAR
metionina Conheceu M contendo enxofre- apolar neutro 1.9 149,208 2,32 agosto
fenilalanina Phe F aromático apolar neutro 2,8 257, 206, 188 0,2, 9,3, 60,0 165,192 3,87 UUY
prolina Pró P cíclico apolar neutro -1.6 115,132 5,02 CCN
serina Ser S contendo hidroxilo- polar neutro -0.8 105,093 7,14 UCN, AGY
treonina Thr T contendo hidroxilo- polar neutro -0.7 119,119 5,53 ACN
triptofano Trp W aromático apolar neutro -0.9 280, 219 5.6, 47.0 204,228 1,25 UGG
tirosina Tyr Y aromático polar neutro -1.3 274, 222, 193 1,4, 8,0, 48,0 181,191 2,91 Uay
valina Val V alifático apolar neutro 4,2 117,148 6,73 ARMA DE FOGO

Dois aminoácidos adicionais estão em algumas espécies codificados por codões que são normalmente interpretados como codões de paragem :

21 e aminoidos 22 de 3 letras 1-letra MW (peso)
selenocisteína sec você 168,064
pyrrolysine Pyl O 255,313

Além dos códigos de aminoácidos específicos, marcadores de posição são utilizados nos casos em produtos químicos ou cristalográfica análise de um péptido ou proteína não pode conclusivamente determinar a identidade de um resíduo. Eles são também utilizados para sintetizar sequências de proteínas conservadas motivos. O uso de letras individuais para indicar conjuntos de resíduos semelhantes é semelhante ao uso de códigos de abreviatura de bases degeneradas .

aminoácidos ambíguas 3 letras 1-letra Aminoácidos Incluiu códons incluído
Qualquer / unknown Xaa X Todos NNN
Asparagina ou ácido aspártico ASX B D, N RAIO
Glutamina ou ácido glutâmico Glx Z E, Q SAR
Leucina ou isoleucina XLE J I, L YTR, ATH, CTY (codões codificadores pode também ser expressa por: CTN, ATH, TTR; MTY, YTR, ATA; MTY, HTA, YTG)
hidrofóbica Φ V, I, L, M, W, Y, H NTN, TAY, TGG
Aromático Ω F, W, Y, H YWY, ​​TTY, TGG (codões codificadores pode também ser expressa por: TWY, CAY, TGG)
Alifático (não aromático) Ψ V, I, L, M VTN, a TTR (codões codificadores também pode ser expressa por: NTR, VTY)
Pequeno π P, L, A, S BCN, RGY, GGR
hidrofílico ζ S, T, H, N, Q, E, D, K, R VAN, WCN, CGN, AGY (codões codificadores pode também ser expressa por: VAN, WCN, MGY, CGP)
Carregado positivamente + K, R, H ARR, CRY, CGR
Cobrado negativamente - D, E GAN

Unk é por vezes utilizado em vez de Xaa , mas é menos padrão.

Além disso, muitos aminoácidos não padrão tem um código específico. Por exemplo, vários fármacos peptídicos, tais como bortezomib e MG132 , são artificialmente sintetizado e reter os seus grupos protectores , que têm códigos específicos. Bortezomib é Pyz -Phe-boroLeu, e MG132 é Z -Leu-Leu-Leu-al. Para auxiliar na análise da estrutura de proteínas, análogos de aminoácidos e foto-reactivo estão disponíveis. Estes incluem photoleucine ( pleu ) e photomethionine ( PMET ).

Veja também

Referências e notas

Outras leituras

links externos