Аминокислоты и их биологическая роль¶

Аминокислоты — класс органических соединений, объединяющих в одной молекуле аминогруппу (–NH₂) и карбоксильную группу (–COOH). В биохимии под аминокислотами обычно понимают α-аминокислоты, в которых обе функциональные группы связаны с одним и тем же атомом углерода. Именно они служат мономерами, из которых построены белки всех живых организмов.

¶Строение и свойства

Общая формула α-аминокислоты — R–CH(NH₂)–COOH, где R — боковая цепь (радикал), различная у разных аминокислот. Благодаря наличию кислотной и основной групп аминокислоты амфотерны: в растворе они существуют в виде цвиттер-ионов и обладают буферными свойствами. При определённом значении pH (изоэлектрическая точка) молекула электронейтральна.

За исключением простейшей аминокислоты глицина, все α-аминокислоты хиральны и существуют в виде L- и D-форм. В состав белков входят почти исключительно L-аминокислоты.

¶Классификация

По возможности синтезироваться в организме человека и животных различают:

• Заменимые — синтезируются в достаточных количествах (аланин, аспарагин, глутамин и др.).
• Незаменимые — не синтезируются и должны поступать с пищей (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, гистидин).
• Условно заменимые — образуются в недостаточном объёме при определённых состояниях (аргинин, тирозин, цистеин).

По свойствам боковых цепей выделяют аминокислоты неполярные (гидрофобные), полярные незаряженные, положительно и отрицательно заряженные. Эта классификация важна для понимания укладки белковой молекулы.

¶Биологическая роль

Аминокислоты выполняют в организме несколько ключевых функций.

Структурная (пластическая). Соединяясь пептидными связями, аминокислоты образуют полипептидные цепи — основу первичной структуры белков. Последовательность аминокислот задаётся генетическим кодом: каждой аминокислоте соответствуют один или несколько триплетов (кодонов) матричной РНК. Из 64 кодонов 61 кодирует аминокислоты, три являются стоп-сигналами.

Каталитическая. Из аминокислотных остатков построены активные центры ферментов, ускоряющих практически все реакции обмена веществ.

Транспортная и регуляторная. Аминокислоты участвуют в переносе веществ (гемоглобин, транспортные белки мембран), в работе гормонов и сигнальных молекул.

Метаболическая. Аминокислоты служат предшественниками многих биологически активных соединений:

Энергетическая. При избытке или голодании аминокислоты расщепляются с образованием энергии; углеродные скелеты вступают в цикл трикарбоновых кислот, а азот выводится в виде мочевины.

¶Применение

Аминокислоты используются в медицине (парентеральное питание, инфузионные растворы), в пищевой промышленности (усилитель вкуса глутамат натрия, подсластитель аспартам), в спортивном питании и в сельском хозяйстве как кормовые добавки. Отдельные аминокислоты применяются в химическом синтезе и фармацевтике.

¶Значение в питании

Полноценность пищевого белка определяется его аминокислотным составом, прежде всего наличием незаменимых аминокислот. Белки животного происхождения обычно ближе к «идеальному» составу, чем растительные; лимитирующими в растительных продуктах чаще всего оказываются лизин, метионин и триптофан. Недостаток незаменимых аминокислот приводит к нарушению синтеза белка, замедлению роста и обмена веществ.