20 חומצות האמינו של חלבונים ותפקידיהם - ביולוגיה - 2025

חומצות אמינו הן תרכובות אורגניות כי חלבוני טופס שבו הם האמינו שרשרות חומצה. כפי שמשתמע משמם, אלה מכילים שתי קבוצות בסיסיות (אמינו, NH2) וקבוצות חומצות (קרבוקסיל, COOH).

תת יחידות אלה מהוות מפתח ליצירת מאות אלפי חלבונים שונים באורגניזמים השונים כמו חיידק ופיל או פטריה ועץ.

דיאגרמת Ven לחומצות אמינו (מקור: Amino_Acids_Venn_Diagram.png: עבודה של קלאוס הופמאיירderivative: solde9 / רשות הרבים, באמצעות Wikimedia Commons)

למעלה מ- 200 חומצות אמינו שונות תוארו, אך חוקרים מהנושא קבעו כי החלבונים של כל היצורים החיים (פשוטים או מורכבים) מורכבים תמיד מאותם 20, המחוברים זה לזה ליצירת רצפים לינאריים אופייניים.

מכיוון שכל חומצות האמינו חולקות את אותו "עמוד שדרה" עיקרי, שרשרות הצדדיות שלהן הן שמבדלות אותן; לפיכך ניתן לחשוב על מולקולות אלה כ"אלף-בית "בו שפת מבנה החלבונים" כתובה ".

עמוד השדרה השכיח לכל 20 חומצות האמינו מורכב מקבוצה קרבוקסילית (COOH) וקבוצת אמינו (NH2) המקושרים דרך אטום פחמן, המכונה α-פחמן (20 חומצות האמינו הנפוצות הן חומצות אמיניות).

20 חומצות האמינו והמבנים שלהן

אל פחמן α מצטרפים גם אטום מימן (H) ושרשרת צדדית. שרשרת צדדית זו, המכונה גם קבוצת R, משתנה בגודלה, במבנה, בטעינה החשמלית ובמסיסותה לפי כל חומצת אמינו המדוברת.

כיצד מסווגים חומצות אמינו?

ניתן לחלק את 20 חומצות האמינו הנפוצות ביותר, כלומר חומצות אמינו חלבוניות, לשתי קבוצות: חיוניות ולא חיוניות. האחרונים מסונתזים על ידי גוף האדם, אך יש לרכוש את הראשון בעזרת מזון והם הכרחיים לתפקוד התאים.

חיוני חומצות אמינו עבור בני אדם ובעלי חיים אחרים הם 9:

- היסטידין (H, שלו)

- איזולאוצין (I, Ile)

- לאוצין (L, Leu)

- ליזין (K, Lys)

- מתיונין (M, Met)

פנילאלנין (F, Phe)

- תראונין (T, Thr)

- טריפטופן (W, Trp) ו-

- וליין (V, Val)

שאינם חיוניים חומצות אמינו הן 11:

- אלנין (א ', עלא)

- ארגינין (R, Arg)

- אספרגין (N, Asn)

- חומצה אספרטית (D, Asp)

- ציסטאין (C, Cys)

- חומצה גלוטמית (E, Glu)

- גלוטמין (Q, Gln)

- גליצין (G, Gly)

- פרולין (P, Pro)

- סרין (S, Ser) ו-

- טירוזין (Y, Tyr)

בנוסף לסיווג זה, ניתן להפריד בין 20 חומצות האמינו החלבוניות (מאלו היוצרות חלבונים) בהתאם למאפיינים של קבוצות R שלהם ל:

- חומצות אמינו לא קוטביות או אליפטיות : גליצין, אלנין, פרולין, וואלין, לאוצין, איזולאוצין ומתיונין.

- חומצות אמינו עם קבוצות R ארומטיות : פנילאלנין, טירוזין וטריפטופן.

- חומצות אמיניות קוטביות נטענות : סרין, טרונין, ציסטאין, אספרגין וגלוטמין.

- חומצות אמיניות קוטביות טעונות באופן חיובי : ליזין, היסטידין וארגינין.

- חומצות אמיניות קוטביות טעונות באופן שלילי : חומצה אספרטית וחומצה גלוטמית.

20 חומצות האמינו החלבוניות

להלן תיאור קצר של המאפיינים העיקריים והתפקודים של כל אחד מהתרכובות החשובות הללו:

1. גליצין (גלי, ג'י)

זו חומצת האמינו בעלת המבנה הפשוט ביותר, מכיוון שקבוצת R שלה מורכבת מאטום מימן (H), כך שהיא גם קטנה בגודל. הוא היה מבודד לראשונה בשנת 1820 מג'לטין, אך הוא גם שופע מאוד בחלבון המרכיב משי: פיברואין .

גליצין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

זו אינה חומצת אמינו חיונית ליונקים, מכיוון שהיא יכולה להיות מסונתזת על ידי תאים של בעלי חיים אלה מחומצות אמינו אחרות כמו סרין ותראונין.

הוא משתתף ישירות בכמה "תעלות" בקרומי התא השולטים על מעבר יוני סידן מצד אחד לצד השני. זה קשור גם לסינתזה של פורינים, פורפירינים וכמה מועברים עצביים מעכבים במערכת העצבים המרכזית.

1. אלנין (עלא, א)

לחומצה אמינית זו, המכונה גם חומצה 2-אמינופרופנואית , יש מבנה פשוט יחסית, מכיוון שקבוצת R שלה מורכבת מקבוצת מתיל (-CH3), כך שגודלה הוא גם די קטן.

אלנינה (מקור: בורב, באמצעות ויקימדיה Commons)

זה חלק מחלבונים רבים ומכיוון שהוא יכול להיות מסונתז על ידי תאי גוף, הוא לא נחשב חיוני, אך הוא חשוב מטבולי. הוא שופע מאוד בפיברוי משי, משם הוא היה מבודד לראשונה בשנת 1879.

ניתן לסנתז את אלנין מפירובט, תרכובת המיוצרת במסלול מטבולי המכונה גליקוליזה , המערבת פירוק גלוקוז לקבלת אנרגיה בצורה של ATP.

הוא משתתף במחזור הגלוקוז-אלנין, המתרחש בין הכבד לרקמות אחרות של בעלי חיים, והוא מסלול קטבולי התלוי בחלבון ליצירת פחמימות וליצור אנרגיה.

זה גם חלק מתגובות הטרנסמינציה, בגלוקונאוגנזה ובעצירת האנזים הגליקוליטי פירובאט קינאז, כמו גם באוטופאגיה של הכבד.

1. פרולין (Pro, P)

פרולין ( חומצה פיררולידית-2-קרבוקסילית ) היא חומצת אמינו שיש לה מבנה מסוים, מכיוון שקבוצת R שלה מורכבת מטבעת פירולידין, הנוצרת על ידי חמישה אטומי פחמן המקושרים זה לזה, כולל אטום הפחמן α.

פרולינה (מקור: המעלה המקורי היה Paginazero בוויקיפדיה האיטלקית. / נחלת הכלל, באמצעות ויקימדיה Commons)

בחלבונים רבים המבנה הנוקשה של חומצת אמינו זו שימושי מאוד להכנסת "פיתולים" או "קפלים". כך גם בסיבי קולגן אצל רוב בעלי החוליות, המורכבים משרידי פרולין וגליצין רבים.

בצמחים הוכח כי הוא משתתף בשמירה על הומאוסטזיס סלולרי, כולל איזון redox ומצבי אנרגיה. זה יכול לפעול כמולקולת איתות ולווסת פונקציות מיטוכונדריות שונות, להשפיע על התפשטות התא או המוות וכו '.

1. וואלין (Val, V)

זוהי חומצת אמינו נוספת עם קבוצת R אליפטית, המורכבת משלושה אטומי פחמן (CH3-CH-CH3). שם ה- IUPAC שלו הוא חומצה 2-3-אמינו-3-בוטנואית , אם כי ניתן למצוא אותה בספרות כחומצה α-aminovalerian .

וואלין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

וואלין טוהרה לראשונה בשנת 1856 מתמצית מימית מהלבלב של בן אנוש, אך שמה נטבע בשנת 1906 בגלל הדמיון המבני שלה לחומצה ולרית שהופקה מכמה צמחים.

זוהי חומצת אמינו חיונית, מכיוון שהיא לא יכולה להיות מסונתזת על ידי הגוף, אם כי לא נראה שהיא מבצעת פונקציות רבות אחרות בנוסף להיותה חלק מהמבנה של חלבונים כדוריים רבים.

מההשפלה שלה ניתן לסנתז חומצות אמינו אחרות כמו גלוטמין ואלנין.

1. לאוצין (Leu, L)

לאוצין היא עוד חומצת אמינו חיונית והיא חלק מקבוצת חומצות האמינו המסועפות, יחד עם וואלין ואיזולוצין. קבוצת R המאפיינת תרכובת זו היא קבוצת איזובוטיל ( CH2-CH-CH3-CH3 ), כך שהיא מאוד הידרופובית (דוחה מים).

לאוצין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

הוא התגלה בשנת 1819 כחלק מחלבוני סיבי שריר בעלי החיים וצמר כבשים.

הוא שופע מאוד בחלבונים כמו המוגלובין ומשתתף ישירות בוויסות תחלופת החלבון והסינתזה, שכן מדובר בחומצת אמינו פעילה מנקודת המבט של איתות תוך-תאי וביטוי גנטי. במקרים רבים זה משפר את הטעם של כמה מאכלים.

1. איזולוצין (איל, אני)

כמו כן, חומצה אמינית מסועפת, איזולוצין התגלתה בשנת 1904 מפיברין, חלבון המעורב בקרישת הדם.

Isoleucine (מקור: Taekyubabo, באמצעות Wikimedia Commons)

בדומה ללוצין, זוהי חומצת אמינו חיונית, שרשת הצד שלה מורכבת משרשרת מסועפת של 4 אטומי פחמן (CH3-CH-CH2-CH3).

זה נפוץ מאוד בחלבונים סלולריים, והוא יכול לייצג יותר מ -10% ממשקלם. זה עובד גם בסינתזה של גלוטמין ואלנין, כמו גם במאזן של חומצות אמינו מסועפות.

1. מתיונין (Met, M)

מתיונין, המכונה גם γ-methylthiol-α-aminobutyric acid , הוא חומצת אמינו שהתגלתה במהלך העשור הראשון של המאה העשרים, מבודד מקזאין, חלבון שנמצא בחלב פרה.

מתיונין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

זוהי חומצת אמינו חיונית, היא הידרופובית, מכיוון שקבוצת R שלה מורכבת משרשרת אליפטית עם אטום גופרית (-CH2-CH2-S-CH3).

זה חיוני לסינתזה של חלבונים רבים, כולל הורמונים, חלבונים מהעור, שיער וציפורניים של בעלי חיים. הוא משווק בצורה של טבליות העובדות כמרגיעות טבעיות, שימושיות לשינה ובנוסף, לשמירה על מצבם הטוב של השיער והציפורניים.

1. פנילאלנין (Phe, F)

פנילאלנין או חומצה ß-fenyl-α-aminopropionic , היא חומצת אמינו ארומטית שקבוצת R היא טבעת בנזן. הוא התגלה בשנת 1879 בצמח ממשפחת Fabaceae וכיום הוא ידוע כחלק מהרבה שרפים טבעיים כמו קלקר.

פנילאלנין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

כחומצה אמינית הידרופובית, פנילאלנין קיים כמעט בכל התחומים ההידרופוביים של חלבונים. בצמחים רבים חומצת אמינו זו חיונית לסינתזה של מטבוליטים משניים המכונים פניל-פרופנואידים ופלבנואידים.

אצל בעלי חיים, פנילאלנין נמצא גם בפפטידים חשובים ביותר כמו vasopressin, melanotropin ו- enkephalin, כולם חיוניים לתפקוד עצבי.

1. טירוזין (טיר, י)

טירוזין ( β-parahydroxyphenyl-a-aminopropionic acid) היא חומצה אמינית ארומטית נוספת, שקבוצת R היא טבעת ארומטית הקשורה בקבוצה הידרוקסילית (-OH), כך שהיא מסוגלת לתקשר עם אלמנטים שונים. הוא התגלה בשנת 1846 ומתקבל בדרך כלל מפנילאלנין.

טירוזין (מקור: NEUROtiker / רשות הרבים, באמצעות Wikimedia Commons)

זו אינה חומצת אמינו חיונית, אך יכולה להיות אם מסלוליו הביוסינתטיים נכשלים. יש לו פונקציות רבות בגוף האדם, וביניהן בולטות השתתפותו כמצע לסינתזה של מעבירים עצביים והורמונים כמו אדרנלין והורמון בלוטת התריס.

זה חיוני לסינתזה של המלנין, מולקולה שמעניקה לנו הגנה מפני קרני האולטרה סגול של השמש. זה גם תורם לייצור אנדורפינים (משככי כאבים אנדוגניים) ונוגדי חמצון כמו ויטמין E.

זה פועל ישירות בזרחן של חלבונים, כמו גם בתוספת קבוצות חנקן וגופרית.

1. טריפטופן (Trp, W)

חומצת אמינו זו, המכונה גם חומצה אמינית-3-אינדוליל-פרופריונית , היא חלק מקבוצת חומצות האמינו החיוניות והיא גם חומצת אמינו ארומטית, שכן קבוצת R שלה מורכבת מקבוצת אינדול.

טריפטופן (מקור: המעלה המקורי היה Paginazero בוויקיפדיה האיטלקית. / רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons)

תפקידיה העיקריים בבעלי חיים נדרשים לבצע, בנוסף לסינתזת חלבון, סינתזה של סרוטונין , מוליך עצבי ומלטונין , נוגד חמצון המתפקד גם במחזורי השינה והעירות.

חומצה אמינית זו משמשת גם על ידי התאים כמבשר ליצירת הקופקטור NAD, שמשתתף בתגובות אנזימטיות מרובות להפחתת חמצון.

בצמחים, טריפטופן הוא אחד המקדימים העיקריים לסינתזה של הורמון הצמח אוקסין , שמשתתף בוויסות הגידול, ההתפתחות ותפקודים פיזיולוגיים אחרים באורגניזמים אלה.

1. סרין (סר, ש)

סרין, או חומצה אמינית-3-הידרוקספרופנואנית , היא חומצת אמינו לא חיונית שניתן לייצר מגליצין. קבוצת R שלו היא אלכוהול עם פורמולה -CH2OH, ולכן היא חומצת אמינו קוטבית ללא מטען.

סרינה (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

זה חשוב מבחינה תפקודית בחלבונים חיוניים רבים ונדרש למטבוליזם של שומנים, חומצות שומן וממברנות תאים. משתתף בגדילת שרירים ובבריאות מערכת החיסון של יונקים.

תפקידיהם קשורים גם לסינתזה של ציסטאין, פורינים ופירימידינים (בסיסים חנקניים), סרמיד ופוספטידילסרין (פוספוליפיד ממברנה). בחיידקים הוא משתתף בסינתזה של טריפטופן ובמידי גידולים בגלוקונאוגנזה.

זהו חלק מהאתר הפעיל של אנזימים עם פעילות הידרוליטית המכונה פרוטאזות סרין ומשתתף גם בזרחן של חלבונים אחרים.

1. Threonine (Thr, T)

Threonine או threo-Ls-α-amino-β-butyric חומצה נוספת היא חומצת אמינו שהיא חלק ממספר גדול של חלבונים תאיים בבעלי חיים וצמחים. זו הייתה אחת מחומצות האמינו האחרונות שהתגלו (1936) ויש לה תפקידים חשובים רבים בתאים, כולל:

- זהו אתר מחייב לשרשראות הפחמימות של גליקופרוטאינים

- זהו אתר זיהוי לקינאזות חלבון עם פונקציות ספציפיות

זה חלק מחלבונים חשובים כמו אלה היוצרים אמייל שיניים, אלסטין וקולגן, כמו גם אחרים במערכת העצבים.

- מבחינה פרמקולוגית הוא משמש כתוסף מזון, חרדתי ונוגד דיכאון

Threonine (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

קבוצת ה- Threonine R, כמו זו של סרין, מכילה קבוצת -OH, כך שהיא אלכוהול בעל המבנה -CH-OH-CH3.

1. ציסטאין (Cys, C)

חומצת אמינו לא חיונית זו התגלתה בשנת 1810 כמרכיב העיקרי של החלבון שנמצא בקרניים של בעלי חיים שונים.

ציסטאין (מקור: המעלה המקורי היה Paginazero בוויקיפדיה האיטלקית. / נחלת הכלל, באמצעות ויקימדיה Commons)

קבוצת ה- R שלה מורכבת מקבוצת תיול או סולפהידריל (-CH2-SH), ולכן היא חיונית ליצירת גשרים דיסולפידים תוך-מולקולריים בחלבונים שבהם הם נמצאים, וזה מאוד חשוב להקמת המבנה. תלת ממדיות אלה.

חומצת אמינו זו מעורבת גם בסינתזה של גלוטתיון, מתיונין, חומצה ליפואית, תיאמין, קו אנזים A, ומולקולות רבות אחרות בעלות חשיבות ביולוגית. בנוסף, זהו חלק מקרטינים, חלבונים מבניים הנמצאים בשפע מאוד בבעלי חיים.

1. אספרגין (Asn, N)

אספרגין היא חומצת אמינו לא חיונית, השייכת לקבוצת חומצות האמינו הקוטביות הלא טעונות. זו הייתה חומצת האמינו הראשונה שהתגלתה (1806), מבודדת ממיץ אספרגוס.

אספרגין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

זה מאופיין בכך שקבוצה R היא קרבוקסמיד (-CH2-CO-NH2), כך שהוא יכול ליצור בקלות קשרי מימן.

זה פעיל במטבוליזם של תאים ובפיזיולוגיה של בעלי חיים. זה עובד בוויסות ביטוי הגנים ומערכת החיסון, בנוסף להשתתפות במערכת העצבים ובגמילה מרעלים של אמוניה.

1. גלוטמין (Gln, G)

קבוצת R של גלוטמין מתוארת על ידי כמה מחברים כאמיד של השרשרת הצדדית של חומצה גלוטמית (-CH2-CH2-CO-NH2). זו אינה חומצת אמינו חיונית, מכיוון שיש דרכים לביוסינתזה שלה בתאים מהחי.

גלוטמין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

הוא משתתף ישירות במחזור החלבונים ובאותות תאים, בביטוי גנים ובמערכת החיסון של יונקים. זה נחשב כ"דלק "להפצת תאים ויש לו פונקציות כמעכב למוות של תאים.

הגלוטמין מעורב גם בסינתזה של פורינים, פירימידינים, אורניטין, סיטרולין, ארגינין, פרולין ואספרגין.

1. ליסין (ליס, ק)

חומצה ליזין או ε-aminocaproic היא חומצת אמינו חיונית לבני אדם ובעלי חיים אחרים. הוא התגלה בשנת 1889 כחלק מקזאין, ג'לטין, אלבומין ביצה וחלבונים מן החי.

ליסין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

בקבוצת R שלה, ליזין יש קבוצת אמינו טעונה בחיוב (-CH2-CH2-CH2-CH2-NH3 +) המאופיינת בהידרופוביות שלה.

זה לא רק משמש כמיקרו-תזונה לתאים בגוף, אלא שהוא גם מטבוליט לסוגים שונים של אורגניזמים. זה חיוני לצמיחת שרירים ועיצוב מחדש ונראה גם שהוא פעיל אנטי-ויראלי, במתילציה של חלבון ובשינויים אחרים.

1. היסטידין (שלו, ח)

זוהי חומצת אמינו "חיונית למחצה", שכן ישנם דרכים לסינתזה שלה אצל בני אדם מבוגרים, אך לא תמיד הן עונות על דרישות הגוף.

היסטידין (מקור: NEUROtiker / רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons)

זוהי חומצת אמינו קוטבית שיש לה קבוצת R המכונה imidazolium, בעלת מבנה מחזורי עם שני אטומי חנקן שתכונותיהם מאפשרות לה להשתתף בתגובות אנזימטיות שונות בהן מתרחשות העברות פרוטון.

היסטידין משתתף במתילציה של חלבונים, הוא חלק ממבנה ההמוגלובין (החלבון הנושא חמצן בדם של בעלי חיים), נמצא בכמה דיפפטידים נוגדי חמצון ומהווה מבשר למולקולות חשובות אחרות כמו היסטמין.

1. ארגינין (ארג, R)

חומצת אמינו טעונה חיובית מבודדת לראשונה בשנת 1895 מחלבוני הקרניים של כמה בעלי חיים. זו אינה חומצת אמינו חיונית, אך היא חשובה מאוד לסינתזה של אוריאה, אחת הדרכים בהן מופרש חנקן בבעלי חיים.

ארגינין (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

קבוצת R שלה היא -CH2-CH2-CH2-NH-C-NH-NH2 ומשמשת כנוגד חמצון, מווסת הפרשת הורמונים, ניקוי רעלים של אמוניום, ווסת ביטוי גנים, מאגר חנקן, במתילציה של חלבון וכו '. .

1. חומצה אספרטית (Asp, D)

לחומצה אספרטנית יש קבוצת R אחת עם קבוצה קרבוקסילית שנייה (-CH2-COOH) והיא חלק מהקבוצה של חומצות אמינו טעונות שלילית.

חומצה אספרטית (מקור: המעלה המקורי היה Paginazero בוויקיפדיה האיטלקית. / רשות הרבים, באמצעות ויקימדיה Commons)

תפקידיו העיקריים קשורים לסינתזה של פורינים, פירימידינים, אספרגין וארגינין. הוא משתתף בתגובות טרנסמינציה, במחזור האוריאה ובסינתזה של אינזיטול.

1. חומצה גלוטמית (Glu, E)

זה שייך גם לקבוצה של חומצות אמינו טעונות שלילית, עם קבוצת R של מבנה -CH2-CH2-COOH, דומה מאוד לזה של חומצה אספרטית. הוא התגלה בשנת 1866 מגלוטן חיטה הידרוליזה והוא ידוע כחלק מחלבונים נפוצים רבים בדברים חיים רבים.

חומצה גלוטמית (מקור: Borb, באמצעות ויקימדיה Commons)

לחומצה אמינית לא חיונית זו תפקידים חשובים רבים בתאי בעלי חיים, במיוחד בסינתזה של גלוטמין וארגינין, שתי חומצות אמיניות חלבוניות נוספות.

יתרה מזאת, זהו גורם מתווך חשוב להעברת אותות מעוררים במערכת העצבים המרכזית של בעלי חוליות, ולכן נוכחותם בחלבונים מסוימים היא מכריעה לתפקוד המוח, להתפתחות קוגניטיבית, זיכרון ולמידה.

הפניות

1. פונום, פ '(1984). גלוטמט: מוליך עצבי במוח היונק. Journal of Neurochemistry, 18 (1), 27–33.
2. נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
3. Szabados, L., & Savoure, A. (2010). פרולין: חומצת אמינו רב-פונקציונאלית. מגמות במדעי הצומח, 15 (2), 89-97.
4. וו, ג '(2009). חומצות אמינו: מטבוליזם, תפקודים ותזונה. חומצות אמינו, 37 (1), 1-17.
5. וו, ג '(2013). חומצות אמינו: ביוכימיה ותזונה. לחץ על CRC.