Sta su za biohemiju aminokiseline?

         Prirodne aminokiseline su organske kiseline, alifatične, aromatične i heterocikljične koje poseduju jednu amino-grupu (-NH2), vezanu za ugljenikov atom koji je susedan karboksilnoj grupi (-COOH), tj. koji se nalazi u alfa položaju u odnosu na karboksilnu grupu.

         Aminokiseline su ugrađene u belančevinsku molekulu prema jednom redu koji je svojstven svakoj belančevinskoj vrsti, pa i više od toga. Svaka belančevina iste vrste ima svoj sopstveni raspored aminokiselina. Otprilike 20 L-alfa-aminokiselina predstavljaju monomerne jedinice ("gradivne cigle") od kojih su sagrađeni svi makromolekuli proteina svih živih bića koja žive na zemlji. Vrsta aminokiselina, redosled kojim su one međusobno spojene, i njihovi međusobni prostorni odnosi određuju trodimenzionalne strukture i biološke osobine i prostih i složenih proteina. Pored toga neke aminokiseline predstavljaju prekursore nekih veoma važnih biološki aktivnih supstanci (hormona, neurotransmitera itd.).

         Prilikom kuvanja belančevine sa sonom ili sumpornom kiselinom aminokiseline se oslobađaju iz međusobne vezanosti.

         Opšta formula aminokiselina se može predstaviti sledećom opštom formulom:

         Kao što se vidi, sve aminokiseline koje učestvuju u izgradnji proteina imaju dve funkcionalne grupe, karboksilnu i amino-grupu vezanu na C atom koji je u susednom, alfa položaju u odnosu na karboksilnu grupu. Ove dve grupe su iste u svim aminokiselinama (sem prolina), one mogu da učestvuju u svim hemijskim reakcijama karakterističnim za njih, mogu da disoduju, ali im je najvažnija uloga u međusobnom povezivanju aminokiselina u nizove formiranjem peptidske veze. Rezidua obeležena slovom R označava bilo koju manju ili veću atomsku grupu koja je slobodna čak i nakon vezivanja u nizove, ona prominira iz molekule i specifična je za svaku aminokiselinu. Navedene R grupe su ustvari alifatični ili aromatični bočni lanci koji mogu da sadrže reaktivne grupe (hidroksilnu -OH, sulfhidrilnu -SH, amidsku -CONH2, dodatne COOH i NH2), mogu da budu hidrofilnog ili hidrofobnog karaktera pa i raznih acidobaznih osobina. Zbog toga one daju hemijsko fizičke karakteristike svakoj aminokiselini pa čak i proteinima u koje je ta aminokiselina ugrađena u većem broju.

         Iz formule se takođe vidi da u svakoj aminokiselini (sem glicina) postoji jedan asimetričan C-atom za koji su vezane četiri različite atomske grupe, pa se one zbog toga mogu javiti u levoj L, ili desnoj D konfiguraciji.

         Treba naglasiti da se sve aminokiseline koje ulaze u sastav proteina nalaze u levoj, L konfiguraciji. Kao što je poznato, stereoizomerija aminokiselina se određuje upoređivanjem sa gliceraldehidom koji je dogovorno referentno jedinjenje.

         Fizičko-hemijske osobine aminokiselina

         Sve fizičko-hemijske osobine aminokiselina proističu iz prisustva dve funkcionalne grupe NH2 i COOH koje postoje u svakoj aminokiselini. Obe ove grupe mogu da se jonizuju i to grupa R – COOH koja je donor protona disocira kao kiselina, a grupa R – NH2 je akceptor protona te deluje kao baza. Odnos pozitivno i negativno naelektrisanih grupa aminokiselina, odnosno grupa koje se ponašaju kao baze i grupa koje se ponašaju kao kiseline u vodenom rastvoru zavisi od pH sredine. Ustvari, pri različitim koncentracijama pH aminokiseline se pojavljuju u tri oblika:

         Pri niskim pH sredine aminokiseline pretežno imaju pozitivan naboj, ponašaju se kao baze, a pri visokom pH imaju pretežno negativan naboj ponašajući se kao kiseline. To znači da aminokiseline imaju snažno izraženu amfoternu osobinu na kojoj se zasniva i puferska sposobnost proteina koja je od velikog biološkog značaja. U neutralnoj sredini aminokiselina se ponaša podjednako i kao baza i kao kiselina i ukupan električni naboj je ravan nuli (bipolarna forma II). pH sredine pri kojoj je aminokiselina električki neutralna, tj. u kojoj je zbir pozitivnih naelektrisanja jednak zbiru negativnih naelektrisanja naziva se izoelektrična tačka (pI).

         Kao što je poznato, u rastvoru slabe kiseline, na primer sirćetne, dolazi do disocijacije molekule CH3COOH (forma I) na jon vodonika H+ tj. proton i konjugat baze tj. acetat CH3COO+. Odnosi između ovih formi su konstantni, karakteristični za svaku kiselinu i opisani su konstantom disocijacije K.

         Ako se ovakvom rastvoru u kome postoji skoro samo forma I, postepeno dodaje jaka baza na primer NaOH, na kraju će potpuno preovladati konjugat baze tj. acetat (forma II). Ako se pri tome kontinuirano meri promena pH dobija se titraciona kriva sirćetne kiseline. Iz ove krive se vidi da je u podrčju pH između 4 i 5 moguće dodati relativno velike količine baze, a da pri tome skoro ne dolazi do promene pH. U tom regionu se ovaj rastvor opire promeni pH i ponaša se kao pufer. U njegovoj sredini postoji tačka pH pri kojoj u rastvoru postoji jednaka količina kiseline i konjugata baze, ona se obeležava sa pK i karakteristika je svakog puferskog sistema, u ovom slučaju iznosi pK = 4,8.

         Na isti način može se dobiti i titraciona kriva aminokiseline koja međutim pokazuje dve regije u kojima se aminokiselina ponaša kao pufer, jer postoje ustvari najmanje dve pK vrednosti aminokiseline: prva kada u rastvoru postoje jednake količine forme I i forme II, i druga kada postoje jednake količine forme II i forme III. Na primeru titracione krive alanina ove vrednosti iznose pK1 = 2,3 i pK2 = 9,1. Izoelektrična tačka aminokiseline, tj. vrednost pH pri kojoj se ona ponaša podjednako i kao baza i kao kiselina i ukupan električni naboj joj je ravan nuli (bipolarna forma II) nalazi se na sredini između ove dve pK vrednosti, u slučaju alanina:
pI = pK1 + pK2/2 = 2,3 + 9,1/2 = 5,7

         Prikazana titraciona kriva aminokiseline alaninaje najjednostavniji slučaj kada postoji samo jedna karboksilna i jedna amino grupa. Kod aminokiselina sa više ovakvih funkcionalnih grupa postoji još veći broj tačaka u kojima se aminokiselina ponaša kao pufer, a ako se ima u vidu da makromolekule proteina gradi ogroman broj ovakvih molekula sasvim je razumljivo zašto proteini predstavljaju najvažniji puferski sistem organizma sa ogromnim puferskim kapacitetom.

         Pošto su u aminokiselinama uvek prisutne brojne naelektrisane grupe, ovi molekuli su polarni i po pravilu su to hidrofilne molekule lako rastvorljive u vodi i drugim polarnim rastvaračima. Ipak, aminokiseline su rastvorljive i u nekim nepolarnim rastvaračima.

         Hemijske osobine

         Hemijske osobine aminokiselina proističu takođe iz prisustva dve funkcionalne grupe NH2 i COOH koje postoje u svakoj aminokiselini, kao i rezidue R koja može imati i veći broj funkcionalnih grupa.

         Karboksilne i amino grupe su iste u svim aminokiselinama (sem prolina) i one mogu da učestvuju u svim hemijskim reakcijama koje su karakteristične za ove dve funkcionalne grupe kao što su formiranje soli, esterifikacija, acilacija itd. Međutim, njihova biološki najvažnija reakcija je u međusobnom povezivanju aminokiselina putem formiranja peptidske veze. Ova kovalentna veza nastaje reakcijom alfa karboksilne grupe jedne aminokiseline, sa alfa amino grupom druge aminokiseline uz izdvajanje jednog molekula vode, naravno uz enzimsku katalizu. Između C atoma jedne aminokiseline i N atoma druge aminokiseline formira se amidska veza koja se u ovom slučaju naziva peptidska veza. Nakon stvaranja peptidske veze u prvoj aminokiselini ostaje slobodna NH2 grupa, a u drugoj aminokiselini slobodna COOH grupa koje mogu dalje da formiraju peptidske veze po istom principu sa drugim molekulima aminokiselina.

         U pogledu nomenklature novonastalog jedinjenja važi pravilo da se aminokiselini koja je učestvovala u reakcji svojom karboksilnom grupom dodaje nastavak -il, a druga aminokiselina zadržava svoje ime. U navedenom primeru novonastalo jedinjenje će se prema toma zvati alanil-glicin, a pravilo se na određen način proširuje i na polipeptide.

         Peptidska veza ima nekoliko važnih fizičko-hemijskih karakteristika koje su od velike biološke važnosti u formiranju makromolekula proteina.

         Peptidska veza je veoma čvrsta veza koja se ne može raskinuti postupcima kao što su grejanje ili visoke koncentracije ureje koji inače veoma lako denaturišu proteine. Za neenzimsku hidrolizu ove veze potrebno je prisustvo veoma jake kiseline ili baze uz dugotrajno grejanje na vrlo visokoj temperaturi. Nasuprot tome, enzimska hidroliza specifičnim peptidazama obavlja se relativno lako.

         Iako je veza između ugljenika i azota jednostruka kovalentna veza ona je mnogo jača, jer je kraća pa ima karakter delimične dvostruke veze. Peptidska veza je kruta i planarna pa zbog toga slobodna rotacija atoma ugljenika i azota oko te veze nije moguća. Ovo uslovljava da dva alfa C atoma u susedstvu peptidske veze mogu da zauzmu cis ili trans izomerni položaj, iako su oni skoro uvek u trans položaju zbog interferencije R grupa. Zahvaljujući navedenim karakteristikama peptidske veze, sve peptidske veze u polipeptidnom lancu zajednočine semirigidan lanac sa predodređenom konfiguracijom koji predstavlja okosnicu, "kičmu" za strukturu proteinskog molekula.

         Treba takođe podsetiti, da O = C – i – N – H grupe uz peptidsku vezu iako ne mogu da primaju ili otpuštaju elektrone predstavljaju polarne grupe koje mogu da uspostavljaju vodonične veze sa istim takvim grupama iz obližnjih aminokiselina susednog polipeptidskog lanca. To je takođe od velikog značaja u formiranju i održavanju strukture proteinskih molekula. Uspostavljanje vodonične veze obljasnjeno je u temi o vodi, na portalu.

         Kao što je već napomenuto rezidualne R grupe aminokiselina imaju takođe mnogobrojne funkcionalne grupe koje mogu da ostvaruju najrazličitije hemijske reakcije. Ovde izdvajamo za primer samo dve od njih koje su od biološkog značaja, reakciju stvaranja disulfidne veze S – S i fosforilaciju proteina. Disulfidnu vezu koja je kao i vodonična veza takođe značajna u stabilizaciji strukture proteina, ostvaruje aminokiselina cistein koja na svojim reziduama ima sulfhidrilne SH grupe. Oksidacijom dve sulfidrilne grupe uspostavlja se disulfidna veza te nastaje cistin.

         Drugu reakciju rezidua aminokiselina, ostvaruju hidroksilne grupe serina, treonina i tirozina koje sa kiselinama mogu da formiraju estre. Među njima posebno su značajni estri koji stvaraju sa fosfornom kiselinom u toku fosforilacije proteina.

         Poznavanje fizičko – hemijskih osobina aminokiselina je veoma značajno za razumevanje građe i funkcije proteina, jer aminokiseline unose u proteine sve svoje bitne osobine među kojima su najvažnije puferska svojstva velikog kapaciteta i stvaranje čvrstog prostornog lanca putem peptidske veze koji služi kao okosnica viših struktura.

Zamolili bismo Vas da podelite tekst sa svojim prijateljima. Hvala :)

O autoru

Portal "Budi zdrav, produži život" osnovan je od strane studenata medicinskog fakulteta. Postavite pitanje na dnu teksta, a mi ćemo pokušati da odgovorimo na Vaša pitanja u najkraćem mogućem roku. Želite da nas bolje upoznate? Kliknite ovde >>

6 • Pitanja i odgovori

  1. Pingback: Regulacija metabolizma proteina • Budi zdrav, produži život.

  2. Pingback: Urea u krvi • Krvna slika • Budi zdrav, produži život.

  3. Pingback: Kortizol • Budi zdrav, produži život.

  4. Pingback: Insulin • Budi zdrav, produži život.

  5. Pingback: Glukagon i njegove funkcije • Budi zdrav, produži život.

  6. Pingback: Varenje i apsorpcija proteina - metabolizam • Budi zdrav, produži život.

Napišite Vaš odgovor/pitanje