Строение и классификация протеиногенных аминокислот

Все аминокислоты белков относятся к L-аминокислотам, содержащим аминогруппу - NН2 в α-положении (отмечено красным):

Радикал R в простейшем случае представлен атомом водорода (глицин), а может иметь и сложное строение. Поэтому α-аминокислоты отличаются друг от друга прежде всего строением бокового радикала, а следовательно, и физико-химическими свойствами, присущими этим радикалам. Приняты три классификации аминокислот:

1. структурная, т. е. по строению бокового радикала (см. табл. 1 [показать])

2. электрохимическая, т. е. по кислотно-основным свойствам аминокислот [показать]

По электрохимическим (или кислотно-основным) свойствам аминокислоты делятся на три группы в зависимости от физико-химических свойств бокового радикала:

o кислые - аминокислоты с дополнительными карбоксильными группами в боковом радикале, которые обеспечивают кислые свойства этой группы аминокислот: аспарагиновая, глутаминовая, амино-лимонная кислоты. Некоторые авторы считают, что у тирозина и цистеина гидроксильная и сульфгидрильная группы в боковом радикале обладают слабовыраженными кислыми свойствами

o основные - лизин, аргинин и гистидин, т. е. аминокислоты, имеющие дополнительную группировку, соответственно аминогруппу, гуанидиновую или имидазольную, что придает им основные свойства.

o нейтральные - все остальные аминокислоты. У них боковой радикал не проявляет ни кислых, ни основных свойств.

В зависимости от полярности радикала аминокислоты первых двух групп (кислые и основные) относятся к полярным, а аминокислоты третьей группы (нейтральные)- к неполярным, или гидрофобным.

3. биологическая, или физиологическая, т. е. по степени незаменимости аминокислот для организма [показать]

По биологическому, или физиологическому, значению аминокислоты также подразделяются на три группы:

o незаменимые аминокислоты - не могут синтезироваться организмом из других соединений, поэтому они обязательно должны поступать извне (с пищей). Абсолютно незаменимых аминокислот для человека восемь: из алифатических незамещенных — валин, лейцин, изолейцин; из алифатических замещенных — треонин, лизин, метионин, из ароматических — фенилаланин; из гетероциклических — триптофан.

o полузаменимые аминокислоты - образуются в организме, но в недостаточном количестве, поэтому частично должны поступать с пищей. Для организма человека такими аминокислотами являются аргинин, тирозин, гистидин.

o заменимые аминокислоты - синтезируются в организме в достаточных количествах из незаменимых аминокислот или других соединений. Организм может обходиться без них долгое время, если, конечно, с пищей поступают вещества, из которых эти аминокислоты могут быть синтезированы. К заменимым аминокислотам относятся остальные аминокислоты.

Приведенная физиологическая классификация аминокислот не универсальна в отличие от первых двух классификаций и до некоторой степени условна, поскольку действительна только для организмов данного вида.

Для крыс и мышей незаменимых аминокислот уже девять (к восьми известным добавляется гистидин). Нормальный рост и развитие курицы возможны только при наличии одиннадцати незаменимых аминокислот (добавляются гистидин, аргинин, тирозин), т. е. полузаменимые для человека аминокислоты абсолютно незаменимы для курицы. Для москитов глицин является абсолютно незаменимой, а тирозин, наоборот, заменимой аминокислотой.

Значит, для разных видов организмов возможны существенные отклонения в потребности в отдельных аминокислотах, что определяется особенностями их обмена.

Сложившийся для каждого вида организма состав незаменимых аминокислот, или так называемая ауксотрофность организма в отношении аминокислот, отражает скорее всего стремление его к минимальным энергетическим затратам на синтез аминокислот. Действительно, выгоднее получать готовый продукт, чем производить его самому. Поэтому организмы, потребляющие незаменимые аминокислоты, тратят примерно на 20% энергии меньше, чем те, которые синтезируют все аминокислоты. С другой стороны, в ходе эволюции не сохранилось таких форм жизни, которые бы полностью зависели от поступления всех аминокислот извне. Им трудно было бы приспосабливаться к изменениям внешней среды, учитывая, что аминокислоты являются материалом для синтеза такого вещества, как белок, без которого жизнь невозможна.