Hóa học các axit amin
Các axit amin có tầm quan trọng lớn trong các quá trình hóa học của các sinh vật sống (hóa sinh), vì chúng là cơ sở xây dựng của protein (peptit và protein). XNUMX axit amin được mã hóa trong vật liệu di truyền (bộ gen), từ đó quan trọng protein được sản xuất. Hai mươi hai axit amin này được gọi là axit amin tạo protein.
Các axit amin được liên kết với nhau thành chuỗi và tùy thuộc vào độ dài của chuỗi axit amin, chúng được gọi là peptit (lên đến 100 axit amin) hoặc protein (hơn 100 axit amin). Các axit amin tạo protein được chia thành các nhóm khác nhau tùy thuộc vào chuỗi bên phản ứng mà chúng có. Điều này cũng dẫn đến các đặc tính hóa lý khác nhau của các axit amin.
Ví dụ, nếu một axit amin chỉ có một chuỗi bên dài không phân cực, điều này ảnh hưởng, trong số những thứ khác, tính chất hòa tan của axit amin. Ngoài ra, giá trị pH (thước đo đặc tính axit hoặc cơ bản của dung dịch nước) đóng một vai trò quan trọng đối với các thuộc tính của chuỗi bên, vì chuỗi bên hoạt động khác nhau khi nó được sạc hoặc không được sạc. Ví dụ, trong dung môi phân cực, các chuỗi bên tích điện làm cho một axit amin dễ hòa tan hơn, trong khi các chuỗi bên không tích điện làm cho axit amin khó hòa tan hơn.
Trong protein, nhiều axit amin tích điện khác nhau được gắn vào nhau, làm cho một số phần nhất định trở nên ưa nước hơn (hút nước) hoặc kỵ nước (đẩy nước). Vì lý do này, việc gấp và hoạt động của enzyme (chất xúc tác của các phản ứng sinh hóa, thực hiện các chức năng quan trọng trong quá trình trao đổi chất) phụ thuộc vào giá trị pH. Tương tự như vậy, điện tích và hành vi hòa tan của các chuỗi bên giải thích tại sao protein có thể bị biến tính bởi các dung dịch axit hoặc bazơ mạnh.
Axit amin còn được gọi là cái gọi là zwitterions vì chúng có thể mang các điện tích khác nhau tùy thuộc vào môi trường (điện tích dương hoặc âm). Hiện tượng này là do hai nhóm chức của một axit amin, tức là amin và nhóm cacboxyl. Đơn giản hơn, người ta có thể nhớ rằng một axit amin hòa tan trong dung dịch axit mang điện tích dương và một axit amin trong dung dịch kiềm mang điện tích âm.
Trong dung dịch nước trung tính, các axit amin có mặt như nhau ở dạng điện tích dương và âm. Tiếp xúc với nhiệt, axit và kiềm có thể phá hủy các protein hoặc chuỗi axit amin và khiến chúng không sử dụng được. Việc phân loại các axit amin tạo protein thành các axit amin phân cực hoặc không phân cực cũng dựa trên các nhóm chức năng.
Tuy nhiên, việc phân loại theo tính chất hóa lý của các axit amin riêng lẻ không chỉ dựa trên độ phân cực, mà còn dựa trên đặc tính, răng hàm khối lượng, tính kỵ nước (tính chất không thấm nước), tính axit hoặc tính bazơ (axit amin có tính axit, bazơ hoặc trung tính) và tính chất điện của axit amin. Ngoài các axit amin tạo protein, cũng có một số lượng lớn (hơn 400) axit amin không xuất hiện trong protein, được gọi là axit amin không tạo protein. Ví dụ về những điều này là L-thyroxin (hormone tuyến giáp), GABA (ức chế dẫn truyền thần kinh), ornithine (chất trung gian chuyển hóa trong Urê chu kỳ), và nhiều người khác.
Hầu hết các axit amin không tạo protein đều có nguồn gốc từ các axit amin tạo protein. Mỗi trong số 20 axit amin tạo protein có ít nhất hai nguyên tử cacbon (nguyên tử C). Nguyên tử cacbon này rất cần thiết cho việc phân loại axit amin tương ứng.
Điều này có nghĩa là nguyên tử cacbon mà nhóm amin được gắn vào sẽ xác định loại axit amin đó thuộc loại nào. Tuy nhiên, cũng có các axit amin trong đó có một số nhóm amin được đại diện. Trong những trường hợp như vậy, nguyên tử cacbon có nhóm amin gần nhất với cacbon cacboxy sẽ xác định loại axit amin đó thuộc loại nào.
Nói chung, sự phân biệt được thực hiện giữa axit alpha-amino, axit beta-amino và axit gamma-amino: Trong các lớp riêng lẻ, các axit amin có cấu trúc tương tự, nhưng khác nhau về cấu trúc của chuỗi bên của chúng. Chính các thành phần riêng lẻ của chuỗi bên chịu trách nhiệm về hoạt động của axit amin trong môi trường axit hoặc bazơ. Trong tự nhiên, có khoảng XNUMX axit amin, trong khi bản thân con người chỉ có thể tạo ra một số axit amin một cách độc lập.
Các axit amin mà bản thân cơ thể không có khả năng hình thành được gọi là axit amin thiết yếu. Con người phải hấp thụ các axit amin này thông qua thức ăn. Các axit amin thiết yếu ở người trưởng thành là: Axit amin cysteine không cần thiết theo đúng nghĩa, nhưng nó không thể thiếu như một nguồn cung cấp lưu huỳnh đối với cơ thể con người.
Ở trẻ sơ sinh, histidine và arginine cũng rất cần thiết. Các axit amin có thể tạo thành chuỗi kết hợp với nhau. Sau đó người ta nói đến các phân tử protein (protein).
Sự kết hợp của các axit amin xác định cách thức hoạt động của protein và chức năng chính của nó. Sự kết hợp của các axit amin không phải là tùy tiện. Nó được cho (mã hóa) trong gen tương ứng.
Luôn luôn có ba cặp cơ sở, được sắp xếp theo một cách nhất định, tương ứng với cái gọi là từ mã (= codon). Mã hóa này đại diện cho hướng dẫn xây dựng cho axit amin tương ứng. - Leucine
- Isoleucine
- Methyonin
- Threonine
- Valine
- Lysine
- Phenylalanine
- Và tryptophan.
- Axit alpha-amino: Nhóm amino của loại axit amin này có thể được tìm thấy trên nguyên tử cacbon thứ hai. Một tên khác của các axit amin này là axit 2-aminocarboxylic (tên IUPAC). Đại diện quan trọng nhất của lớp này là axit amin glycine, có cấu trúc khá đơn giản.
Tất cả các axit amin quan trọng đối với cơ thể con người được phân loại theo cấu trúc của chúng là axit amin alpha. Trong trường hợp này, người ta nói đến cái gọi là axit amin tạo protein. Chúng là các khối xây dựng mà từ đó tất cả các protein được xây dựng.
- Axit amin beta: Phân loại axit amin beta được đặc trưng bởi thực tế là nhóm amin của chúng nằm trên nguyên tử cacbon thứ ba. Thuật ngữ IUPAC “axit 3-aminocarboxylic” cũng được sử dụng đồng nghĩa cho lớp này. - Axit amin gamma: Nhóm amin của tất cả các axit amin từ nhóm gamma được liên kết với nguyên tử cacbon thứ tư.
Do đó, cấu trúc của các axit amin thuộc lớp này khác biệt đáng kể so với cấu trúc của các axit amin tạo protein. Tên IUPAC của nhóm này là axit 4-aminocarboxylic. Mặc dù axit gamma-amino không được sử dụng trong cơ thể người để tổng hợp protein, một số đại diện của lớp này có thể được tìm thấy ở người. Đại diện đơn giản nhất của nhóm này, axit gamma-aminobutyric (viết tắt là GABA), hoạt động như một chất ức chế dẫn truyền thần kinh (người đưa tin) trong hệ thần kinh.
Tất cả các bài trong loạt bài này:
