בין המגוון העצום של חומרים טבעיים, חומצות אמינו תופסות מקום מיוחד. זה מוסבר בחשיבותם יוצאת הדופן הן בביולוגיה והן בכימיה אורגנית. העובדה היא שמולקולות של חלבונים פשוטים ומורכבים מורכבות מחומצות אמינו, שהן הבסיס לכל צורות החיים על פני כדור הארץ ללא יוצא מן הכלל. מסיבה זו המדע מקדיש תשומת לב רצינית לחקר נושאים כמו מבנה חומצות אמינו, תכונותיהן, ייצורן ושימושן. לתרכובות אלו חשיבות רבה גם ברפואה, שם הן משמשות כתכשירים רפואיים. עבור אותם אנשים שרציניים לגבי בריאותם ומנהלים אורח חיים פעיל, מונומרים חלבונים הם סוג של מזון (מה שנקרא תזונת ספורט). חלק מהסוגים שלהם משמשים בכימיה של סינתזה אורגנית כחומר הזנה לייצור סיבים סינתטיים - אננת' וקפרון. כפי שניתן לראות, לחומצות אמינו-קרבוקסיליות תפקיד חשוב מאוד הן בטבע והן בחיי החברה האנושית, אז בואו נכיר אותן ביתר פירוט.
תכונות מבנהחומצות אמינו
תרכובות של מחלקה זו שייכות לחומרים אורגניים אמפוטריים, כלומר, הם מכילים שתי קבוצות פונקציונליות, ולכן, מציגות תכונות כפולות. בפרט, המולקולות מכילות רדיקלים פחמימניים בשילוב עם קבוצות אמינו NH2 וקבוצות קרבוקסיל COOH. בתגובות כימיות עם חומרים אחרים, חומצות אמינו פועלות כבסיסים או כחומצות. האיזומריזם של תרכובות כאלה מתבטא עקב שינוי בתצורה המרחבית של שלד הפחמן או במיקום של קבוצת האמינו, והסיווג של חומצות אמינו נקבע על סמך התכונות המבניות והתכונות של רדיקל הפחמימנים. זה יכול להיות בצורה של שרשרת ישרה או מסועפת, וגם להכיל מבנים מחזוריים.
פעילות אופטית של חומצות אמינו-קרבוקסיליות
כל המונומרים של פוליפפטידים, ו-20 המינים שלהם, המוצגים באורגניזמים של צמחים, בעלי חיים ובני אדם, שייכים לחומצות L-אמינו. רובם מכילים אטום פחמן א-סימטרי המסובב קרן אור מקוטבת שמאלה. לשני מונומרים, איזולאוצין ותרונין, יש שני אטומי פחמן כאלה, ולחומצה אמינואצטית (גליצין) אין כזה. הסיווג של חומצות אמינו לפי פעילותן האופטית נמצא בשימוש נרחב בביוכימיה ובביולוגיה מולקולרית כאשר לומדים את תהליך התרגום בביו-סינתזה של חלבונים. באופן מעניין, צורות ה-D של חומצות אמינו לעולם אינן חלק משרשרות הפוליפפטידיות של חלבונים, אלא קיימות בממברנות חיידקיות ובתוצרים המטבוליים של פטריות אקטינומיציטים.יש, למעשה, הם נמצאים באנטיביוטיקה טבעית, למשל, בגרמיצידין. בביוכימיה ידועים חומרים בעלי מבנה מרחבי בצורת D, כגון ציטרולין, הומוסרין, אורניתין, אשר ממלאים תפקיד חשוב בתגובות המטבוליזם של התא.
מהם שוויטרונים?
נזכיר שוב שמונומרים של חלבון מכילים קבוצות פונקציונליות של אמינים וחומצות קרבוקסיליות. חלקיקים -NH2 ו-COOH מקיימים אינטראקציה זה עם זה בתוך המולקולה, מה שמוביל להופעת מלח פנימי הנקרא יון דו-קוטבי (צוויטריון). מבנה פנימי זה של חומצות אמינו מסביר את היכולת הגבוהה שלהן ליצור אינטראקציה עם ממיסים קוטביים, כמו מים. נוכחותם של חלקיקים טעונים בתמיסות קובעת את המוליכות החשמלית שלהם.
מהן חומצות אמינו α
אם קבוצת האמינו ממוקמת במולקולה באטום הפחמן הראשון, בספירה ממיקום הקרבוקסיל, חומצת אמינו זו מסווגת כחומצת α-אמינו. הם תופסים מקום מוביל בסיווג, מכיוון שממונומרים אלו בנויות כל מולקולות החלבון הפעילות ביולוגית, למשל, כגון אנזימים, המוגלובין, אקטין, קולגן וכו'. ניתן להתייחס למבנה של חומצות אמינו ממעמד זה. באמצעות הדוגמה של גליצין, אותו שימוש נרחב בפרקטיקה הנוירולוגית כחומר הרגעה בטיפול בצורות קלות של דיכאון ונוירסתניה.
השם הבינלאומי של חומצת אמינו זו הוא α-aminoacetic, itבעל צורת L אופטית והוא פרוטאונוגני, כלומר משתתף בתהליך התרגום ומהווה חלק ממקרומולקולות חלבון.
תפקידם של חלבונים והמונומרים שלהם במטבוליזם
אי אפשר לדמיין את התפקוד התקין של האורגניזם של יונקים, כולל בני אדם, ללא הורמונים המורכבים ממולקולות חלבון. המבנה הכימי של חומצות האמינו המרכיבות את הרכבן מאשר את השתייכותן לצורות α. לדוגמה, triiodothyronine ו-thyroxine מיוצרים על ידי בלוטת התריס. הם מווסתים את חילוף החומרים ומסונתזים בתאים שלו מחומצת האמינו טירוזין. בחלבונים פשוטים ומורכבים, ישנם גם 20 מונומרים בסיסיים וגם נגזרותיהם. חומצה קרבוקסיגלוטמית קיימת בפרותרומבין, המווסת את קרישת הדם, מתיליזין נמצא במיוזין (חלבון שריר), וסלנוציסטאין נמצא באנזים פרוקסידאז.
ערך תזונתי של חלבונים והמונומרים שלהם
בהתחשב במבנה של חומצות אמינו ובסיווג שלהן, הבה נתעכב על ההדרגה המבוססת על היכולת או אי-האפשרות של מונומרים חלבוניים להיות מסונתזים בתאים. אלנין, פרולין, טירוזין ותרכובות אחרות נוצרות בתגובות מטבוליזם פלסטי, בעוד טריפטופן ושבע חומצות אמינו אחרות צריכים להיכנס לגופנו רק עם מזון.
אחד המדדים לתזונה נכונה ומאוזנת הוא רמת הצריכה האנושית של מזונות חלבונים. זה צריך להיות לפחות רבע מכמות האוכל הכוללת שנכנסה לגוף ביום. במיוחדחשוב שהחלבונים יכילו ולין, איזולאוצין וחומצות אמינו חיוניות אחרות. במקרה זה, החלבונים ייקראו שלמים. הם נכנסים לגוף האדם ממזונות צמחיים או מזונות המכילים פטריות.
לא ניתן לסנתז את מונומרי החלבון החיוניים עצמם בתאי יונקים. אם ניקח בחשבון את מבנה המולקולות של חומצות אמינו שהן הכרחיות, נוכל לוודא שהן שייכות למחלקות שונות. אז, ולין ולאוצין שייכים לסדרה האליפטית, טריפטופן שייך לחומצות אמינו ארומטיות, ותריונין שייך לחומצות הידרוקסיאמינו.
