Сред огромното разнообразие от естествени вещества, аминокиселините заемат специално място. Това се обяснява с изключителното им значение както в биологията, така и в органичната химия. Факт е, че молекулите на прости и сложни протеини са съставени от аминокиселини, които са в основата на всички форми на живот на Земята без изключение. Именно поради тази причина науката обръща сериозно внимание на изучаването на въпроси като структурата на аминокиселините, техните свойства, производство и използване. Тези съединения са от голямо значение и в медицината, където се използват като лечебни препарати. За тези хора, които се грижат сериозно за собственото си здраве и водят активен начин на живот, протеиновите мономери са форма на храна (т.нар. спортно хранене). Някои от техните видове се използват в химията на органичния синтез като суровина при производството на синтетични влакна - енант и капрон. Както можете да видите, аминокарбоксилните киселини играят много важна роля както в природата, така и в живота на човешкото общество, така че нека ги опознаем по-подробно.
Характеристики на структуратааминокиселини
Съединенията от този клас принадлежат към амфотерни органични вещества, тоест те съдържат две функционални групи и следователно проявяват двойни свойства. По-специално, молекулите съдържат въглеводородни радикали, комбинирани с NH2 амино групи и COOH карбоксилни групи. При химични реакции с други вещества аминокиселините действат или като основи, или като киселини. Изомерията на такива съединения се проявява поради промяна или в пространствената конфигурация на въглеродния скелет, или в позицията на аминогрупата, а класификацията на аминокиселините се определя въз основа на структурните характеристики и свойствата на въглеводородния радикал. Може да бъде под формата на права или разклонена верига, както и да съдържа циклични структури.
Оптична активност на аминокарбоксилните киселини
Всички мономери на полипептиди и техните 20 вида, представени в организми на растения, животни и хора, принадлежат към L-аминокиселини. Повечето от тях съдържат асиметричен въглероден атом, който върти поляризиран светлинен лъч вляво. Два мономера, изолевцин и треонин, имат два такива въглеродни атома, а аминооцетната киселина (глицинът) няма нито един. Класификацията на аминокиселините според тяхната оптична активност се използва широко в биохимията и молекулярната биология при изучаване на процеса на транслация в биосинтеза на протеини. Интересното е, че D-формите на аминокиселините никога не са част от полипептидните вериги на протеините, но присъстват в бактериалните мембрани и в метаболитните продукти на актиномицетните гъби, тогававсъщност ги има в естествени антибиотици, например в грамицидин. В биохимията са широко известни вещества с пространствена структура на D-форма, като цитрулин, хомозерин, орнитин, които играят важна роля в реакциите на клетъчния метаболизъм.
Какво са zwitterions?
Припомнете си още веднъж, че протеиновите мономери съдържат функционални групи от амини и карбоксилни киселини. Частиците -NH2 и COOH взаимодействат помежду си вътре в молекулата, което води до появата на вътрешна сол, наречена биполярен йон (цвитерион). Тази вътрешна структура на аминокиселините обяснява тяхната висока способност да взаимодействат с полярни разтворители, като вода. Наличието на заредени частици в разтворите определя тяхната електрическа проводимост.
Какво са α-аминокиселини
Ако аминогрупата се намира в молекулата при първия въглероден атом, като се брои от местоположението на карбоксилната група, тази аминокиселина се класифицира като α-аминокиселина. Те заемат водещо място в класификацията, тъй като именно от тези мономери се изграждат всички биологично активни протеинови молекули, например, като ензими, хемоглобин, актин, колаген и др. Може да се разгледа структурата на аминокиселините от този клас използвайки примера на глицин, същият, който се използва широко в неврологичната практика като успокоително при лечението на леки форми на депресия и неврастения.
Международното име на тази аминокиселина е α-аминооцетна, тоима оптична L-форма и е протеиногенен, тоест участва в процеса на транслация и е част от протеиновите макромолекули.
Ролята на протеините и техните мономери в метаболизма
Невъзможно е да си представим нормалното функциониране на организма на бозайниците, включително и на хората, без хормони, състоящи се от протеинови молекули. Химичната структура на аминокиселините, които съставляват техния състав, потвърждава принадлежността им към α-формите. Например, трийодтиронин и тироксин се произвеждат от щитовидната жлеза. Те регулират метаболизма и се синтезират в клетките му от α-аминокиселината тирозин. В простите и сложните протеини има както 20 основни мономера, така и техните производни. Карбоксиглутаминовата киселина присъства в протромбина, който регулира съсирването на кръвта, метилизинът се намира в миозина (мускулния протеин), а селеноцистеинът се намира в ензима пероксидаза.
Хранителна стойност на протеините и техните мономери
Имайки предвид структурата на аминокиселините и тяхната класификация, нека се спрем на градацията въз основа на способността или невъзможността на протеиновите мономери да се синтезират в клетките. Аланин, пролин, тирозин и други съединения се образуват в реакции на пластичен метаболизъм, докато триптофанът и седем други аминокиселини трябва да влизат в тялото ни само с храна.
Един от показателите за правилното и балансирано хранене е нивото на консумация от човека на протеинови храни. Тя трябва да бъде поне една четвърт от общото количество храна, която е постъпила в тялото на ден. Особеноважно е протеините да съдържат валин, изолевцин и други незаменими аминокиселини. В този случай протеините ще се наричат пълноценни. Те влизат в човешкото тяло от растителни храни или храни, съдържащи гъби.
Самите основни протеинови мономери не могат да бъдат синтезирани в клетките на бозайници. Ако разгледаме структурата на молекулите на аминокиселините, които са незаменими, можем да се уверим, че те принадлежат към различни класове. И така, валинът и левцинът принадлежат към алифатната серия, триптофанът принадлежи към ароматните аминокиселини, а треонинът принадлежи към хидроксиаминокиселините.
