Proteinogena aminokiselina

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Jump to navigation Jump to search
Proteinogene aminokiseline su male frakcije svih aminokiselina

Proteinogene aminokiseline su aminokiseline koje su prekursori proteina i koje su u proteine uklučene kontranslacijski – to jest, za vrijeme prevođenja genetičkog koda.[1][2] Kod prokariota postoje 22 proteinogene aminokiseline, ali je kod eukariota samo 21 kodirana iz jedarnih gena.

Od 22, pirolizin (O/Pyl) je uključen u proteine različitih posttranslacijskih modifikacija biosintetičkih mehanizama; preostala 21 su direktno kodirane izvornim genetičkim kodom, uključujući i selenocistein (U/Sek), koji koristi poseban oblik ubacivanja u translacijskoj inkorporaciji, ali to se ne smatra posttranslacijskom modifikacijom. Od svih preostalih (20), ljudi mogu sintetizirati 11, koje nastaju od drugih ili iz drugih molekula, posrednika metabolizma. Ostalih devet mora biti konzumirano (obično kao njihovi derivati u proteinima), pa se nazivaju esencijalne aminokiseline. Esencijalne aminokiseline su histidin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan i valin (tj. skraćeno: H I L K M F T).

Riječ "proteinogene" znači "protein gradeće". Proteinogene aminokiseline mogu se kondenzirati u polipeptid (podjedinice proteina) u procesu koji se zove translacija (druga faza biosinteze proteina, dio ukupnog procesa ekspresije gena).[3][4][5][6]

Nasuprot tome, neonproteinogene amino kiseline ili nisu uključene u proteine (poput GABA, L-DOPA, ili trijodtironina) ili se ne proizvode izravno u izolaciji i standardnim ćelijskim procesima (poput hidroksiprolina i selenometionina). Potonji često nastaje iz posttranslacijske modofikacije proteina. Za proteinogene aminokiseline je tvrđeno je da su se u vezi sa aminokiselinama koje se mogu prepoznati po ribozimima autoaminoacilacijskog sistema. Stoga, nonproteinogene aminokiseline bi bili isključeni iz kontingenta evolucijski uspješnih nukleotida, na bazi postojećih oblika života. Drugi razlozi koji mogu objasniti zašto neke specifične nonproteinogene aminokiseline nisu generalno uključene u proteine su naprimjer, za ornitin i homoserin da cikliziraju protiv okosnice peptida i fragmentiranja proteina s relativno kratkim poluraspadom, a drugi su otrovni jer oni mogu biti pogrešno ugrađeni u proteine, kao što je argininu analogni kanavanin.

Neproteinogene aminokiseline su uključene u neribosomni peptidi, koji se ne proizvode u ribozomima tokom translacije.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Slijede ilustruje struktura i skraćenice 21 aminokiseline koje su direktno kodirane za sintezu proteina u genetičkom kodu eukariota. Strukture koje su date u nastavku su standardne hemijske strukture, a ne tipični bipolni oblici koji postoje u vodenim otopinama.

Table of amino acids
Grupirana tabla 21 aminostrukture, nomenklatura i pKa vrijednosti njihovih bočnih grupa

IUPAC/IUBMB sada također preporučuju standardne skraćenice za slijedeće dvije aminokiseline:

Nespecifične skraćenice[uredi | uredi izvor]

Ponekad se specifičnost identiteta aminokiseline ne može odrediti jednoznačno. Određene tehnike proteinskog sekvenciranja ne prave razliku među pojedinim parovima. Zato se koriste ovi kodovi:

Dodatno, simbol X je upotrebljen za oznaku aminokiseline koja je kompletno neidentificirana.

Hemijske osobenosti[uredi | uredi izvor]

U nastavku je tabela sa jednoslovnim i troslovnim simbolima i hemijskim svojstvima bočnih lanaca standardnih aminokiselina. Navedene mase su bazirane na ponderiranom prosjeku elementarnih izotopa njihovie prirodne abundancije. Formiranje peptidne veze rezultira u eliminaciji molekula vode, tako da je jedinice mase aminokiselina u proteinskim lancima smanjena za 18,01524 Da.

Opće hemijske osobenosti

Aminokiselina Kratko Skraćenica Atomska masa (Da) Izoelektrična tačka (pI) Disocijacijska konstanta pK1
(α-COOH)
pK2
(α-+NH3)
Alanin A Ala 89.09404 6.01 2.35 9.87
Cistein C Cys 121.15404 5.05 1.92 10.70
Asparaginska kiselina D Asp 133.10384 2.85 1.99 9.90
Glutaminska kiselina E Glu 147.13074 3.15 2.10 9.47
Fenilalanin F Phe 165.19184 5.49 2.20 9.31
Glicin G Gly 75.06714 6.06 2.35 9.78
Histidin H His 155.15634 7.60 1.80 9.33
Izoleucin I Ile 131.17464 6.05 2.32 9.76
Lizin K Lys 146.18934 9.60 2.16 9.06
Leucin L Leu 131.17464 6.01 2.33 9.74
Metionin M Met 149.20784 5.74 2.13 9.28
Asparagin N Asn 132.11904 5.41 2.14 8.72
Pirolizin O Pyl 255.31
Prolin P Pro 115.13194 6.30 1.95 10.64
Glutamin Q Gln 146.14594 5.65 2.17 9.13
Arginin R Arg 174.20274 10.76 1.82 8.99
Serin S Ser 105.09344 5.68 2.19 9.21
Treonin T Thr 119.12034 5.60 2.09 9.10
Selenocistein U Sec 168.053 5.47
Valin V Val 117.14784 6.00 2.39 9.74
Triptofan W Trp 204.22844 5.89 2.46 9.41
Tirozin Y Tyr 181.19124 5.64 2.20 9.21

Osobenosti bočnog lanca[uredi | uredi izvor]

Aminokiselina Kratko Skraćenica Bočni lanac Hidro-
fobna
Disocijacijska konstanta (pK) Polarnost pH Mala Sitna [[Aromatičnost|Aromatični ili alifatski Van der Waals volumen
Alanin A Ala -CH3 X - - - X X - 67
Cistein C Cys -CH2Tiol (SH) X 8.18 - Kisela X X - 86
Asparaginska kiselina D Asp -CH2COOH - 3.90 X Kisela X - - 91
Glutaminska kiselina E Glu -CH2CH2COOH - 4.07 X Kisela - - - 109
Fenilalanin F Phe -CH2C6H5 X - - - - - Aromatska 135
Glicin G Gly -H X - - - X X - 48
Histidin H His -CH2-C3H3N2 - 6.04 X Blago bazna - - Aromatska 118
Izoleucin I Ile -CH(CH3)CH2CH3 X - - - - - Alifatska 124
Lizin K Lys -(CH2)4NH2 - 10.54 X Bazna - - - 135
Leucin L Leu -CH2CH(CH3)2 X - - - - - Alifatska 124
Metionin M Met -CH2CH2SCH3 X - - - - - - 124
Asparagin N Asn -CH2CONH2 - - X - X - - 96
Pirolizin O Pyl -(CH2)4NHCOC4H5NCH3 - - X Blago bazna - - -
Prolin P Pro -CH2CH2CH2- X - - - X - - 90
Glutamin Q Gln -CH2CH2CONH2 - - X Blago bazna - - - 114
Arginin R Arg -(CH2)3NH-C(NH)NH2 - 12.48 X Jako bazna - - - 148
Serin S Ser -CH2OH - 5.68 X Blago kisela X X - 73
Treonin T Thr -CH(OH)CH3 - 5.53 X Blago kisela X - - 93
Selenocistein U Sec -CH2SeH - 5.73 - Kisela X X -
Valin V Val -CH(CH3)2 X - - - X - Aliphatska 105
Triptofan W Trp -CH2C8H6N - 5.885 X Blago bazna - - Aromatska 163
Tirozin Y Tyr -CH2-C6H4OH - 10.46 X Blago kisela - - Aromatska 141

Napomena: pKa vrijednosti aminokiselina su obično malo drugačije kada su unutar proteina. U ovoj situaciji, proteinski pKa proračuni se ponekad koriste za izračunavanje promjena u pKa vrijednosti aminokiselina.

Genska ekspresija i biohemija[uredi | uredi izvor]

Aminokiselina Kratko Skraćenica Kodon(i) Pojava
u ljudskim proteinima
(%)
Esencijalne kod ljudi
Alanin A Ala GCU, GCC, GCA, GCG 7.8 No
Cistein C Cys UGU, UGC 1.9 Uvjetno
Asparaginska kiselina D Asp GAU, GAC 5.3 Ne
Glutaminska kiselina E Glu GAA, GAG 6.3 Uvjetno
Fenilalanin F Phe UUU, UUC 3.9 Da
Glicin G Gly GGU, GGC, GGA, GGG 7.2 Uvjetno
Histidin H His CAU, CAC 2.3 Da
Izoleucin I Ile AUU, AUC, AUA 5.3 Da
Lizin K Lys AAA, AAG 5.9 Da
Leucin L Leu UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG 9.1 Da
Metionin M Met AUG 2.3 Da
Asparagin N Asn AAU, AAC 4.3 Ne
Pirolizin O Pyl UAG* 0 Ne
Prolin P Pro CCU, CCC, CCA, CCG 5.2 Ne
Glutamin Q Gln CAA, CAG 4.2 Ne
Arginin R Arg CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG 5.1 Uvjetno
Serin S Ser UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC 6.8 Ne
Treonin T Thr ACU, ACC, ACA, ACG 5.9 Da
Selenocistein U Sec UGA** >0 Ne
Valin V Val GUU, GUC, GUA, GUG 6.6 Da
Triptofan W Trp UGG 1.4 Yes
Tirozin Y Tyr UAU, UAC 3.2 Uvjetno
Stop kodon - Term UAA, UAG, UGA†† - -

* UAG je normalno amber stop kodon, ali i kodiranje pirrolizina ako je prisutan PYLIS element].
** UGA je normalno opal (ili amber) stop kodon, ali kodira i selenocistein, je prisutan SECIS element.
Stop kodon nije aminokiselina, ali je uključen za kompletiranje šifre.
†† UAG i UGA ne djeluju uvijek kao stop kodoni (vidi gore).
Esencijalna aminokiselina se ne miže sintetizirati kod ljudi, pa se mora konzumirati. Uvjetne esencijalne aminokisaeline se obično ne zahtijevaju u ishrani, ali moraju biti egzogeno dodvane u specifičnim skpinama koje ne sintetiziraju u dovoljne količine.

Masena spektofotometrija[uredi | uredi izvor]

U masenoj spektrofotometriji peptida i proteina, korisno je poznavanje mase ostataka . Masa peptida ili proteina je zbir mase ostatka plus masa vode.[7]

Aminokiselina Kratko Skraćenica Formula Atomska masa (Da) Atomska masa (Da)
Alanin A Ala C3H5NO 71.03711 71.0788
Cistein C Cys C3H5NOS 103.00919 103.1388
Asparaginska kiselina D Asp C4H5NO3 115.02694 115.0886
Glutaminska kiselina E Glu C5H7NO3 129.04259 129.1155
Fenilalanin F Phe C9H9NO 147.06841 147.1766
Glicin G Gly C2H3NO 57.02146 57.0519
Histidin H His C6H7N3O 137.05891 137.1411
Izoleucin I Ile C6H11NO 113.08406 113.1594
Lizin K Lys C6H12N2O 128.09496 128.1741
Leucin L Leu C6H11NO 113.08406 113.1594
Metionin M Met C5H9NOS 131.04049 131.1986
Asparagin N Asn C4H6N2O2 114.04293 114.1039
Pirolizin O Pyl C12H21N3O3 255.15829 255.3172
Prolin P Pro C5H7NO 97.05276 97.1167
Glutamin Q Gln C5H8N2O2 128.05858 128.1307
Arginin R Arg C6H12N4O 156.10111 156.1875
Serin S Ser C3H5NO2 87.03203 87.0782
Treonin T Thr C4H7NO2 101.04768 101.1051
Selenocistein U Sec C3H5NOSe 150.95364 150.0388
Valin V Val C5H9NO 99.06841 99.1326
Triptofan W Trp C11H10N2O 186.07931 186.2132
Tirozin Y Tyr C9H9NO2 163.06333 163.1760

Stehiometrija i metabolička potrošnja u ćeliji[uredi | uredi izvor]

Naredna tabela navodi obilje aminokiselina u ćeliji Escherichia coli i metabolički utrošak ATP za sintezu aminokiselina. Negativni brojevi ukazuju na metaboličke procese koji su energetski povoljni i ne troše neto ATP ćelije. Skup raspoloživih aminokiselina sadrži one u obliku i u polimeriziranom obliku (proteini).

Aminokiselina Abundancija
(molekula×108)
po ćeliji E. coli)
Utrošak ATP u sintezi
u aerobnim
uvjetima
Utrošak ATP u sintezi
u anaerobnim
uvjetima
Alanin 2.9 -1 1
Cistein 0.52 11 15
Asparaginska kiselina 1.4 0 2
Glutaminska kiselina 1.5 -7 -1
Fenilalanin 1.1 -6 2
Glicin 3.5 -2 2
Histidin 0.54 1 7
Izoleucin 1.7 7 11
Lizin 2.0 5 9
Leucin 2.6 -9 1
Metionin 0.88 21 23
Asparagin 1.4 3 5
Prolin 1.3 -2 4
Glutamin 1.5 -6 0
Arginin 1.7 5 13
Serin 1.2 -2 2
Treonin 1.5 6 8
Triptofan 0.33 -7 7
Tirozin 0.79 -8 2
Valin 2.4 -2 2

Napomene[uredi | uredi izvor]

Aminokiselina Skraćenica Napomena
Alanin A Ala Vrlo bogat i vrlo svestran, više nego krut glicin, ali dovoljno mali da predstavlja samo mala prostorna ograničenja za proteinske konformacije. Ponaša se prilično neutralno, a može se nalaziti u obje hidrofilne regije na proteinu, izvan i unutar hidrofobnih područja.
Asparagin ili asparaginska kiselina B Asx Drži mjesto kada bilo koja aminokiselina može zauzeti tu poziciju
Cistein C Cys Atom sumpora se lako veže za ione teških metala. Pod oksidirajućim uvjetima, dva cisteina mogu udružiti u disulfid i formirati aminokiselinu cistin. Kada su cistini dio proteina, insulina naprimjer, u tercijarna struktura je stabilizirana, što čini protein otpornijim na denaturacije. Zato su disulfidne veze česte u proteinima koji moraju biti u funkciji u teškim uvjetima, uključujući probavne enzime (npr. pepsin i himotripsin) i strukturne proteine (npr. keratin). Disulfidne veze se također nalaze u peptidima koji su premali da sami održe stabilan oblik sami (npr. insulin).
Asparaginska kiselina D Asp Asp se ponaša slično glutaminskoj kiselini, a nosi hidrofilnu kiselu grupu sa jakim negativnim nabojem. Obično se nalazi na vanjskoj površini proteina, koji je topiv u vodi. Veže se za molekule i ione pozitivnog naboja, a često se koristi u enzimima za fiksiranje metalnih iona. Kada se nalaze unutar proteina, aspartat i glutamat su obično upareni sa argininom i lizinom.
Glutaminska kiselina E Glu Glu se ponaša slično asparaginskoj kiselini, a ima duže, nešto fleksibilnije bočne lance.
Fenilalanin F Phe Esencijalni za ljude, fenilalanin, tirozin i triptofan sadrže velike, krute aromatične grupe u bočnom lancu. To su najvećie aminokiseline. Hidrofobni su kao i izoleucin, leucin, valin i imaju tendenciju da se orijentiraju prema unutrašnjosti proteinskih molekula. Fenilalanin se može pretvoriti u tirozin.
Glicin G Gly Zbog dva atoma vodika na α ugljiku, glicina nije optički aktivan. To je najmanja aminokiselina, rotira lako i daje fleksibilnost proteinskom lancu. Može da se uklopi u uskim mestima, npr. trostruki heliks kolagena. Pošto previše fleksibilnosti obično nije poželjno, kao strukturna komponenta, manje je uobičajen od alanina.
Histidin H His Od suštinskog je značaja za ljude. Čak i u blago kiselim uvjetima, dogodi se protonacija dušika, što mijenjaju svojstva histidina i polipeptida u cjelini. Nalazi se u mnogim proteinima kao regulatorni mehanizam, promjenom konformacije i ponašanje polipeptida u kiselim područjima, kao što su kasni endosomi ili lizosomi, provođenje promjena konformacija u enzimima. Međutim, za to je potrebno samo nekoliko histidina, tako da je relativno oskudan.
Izoleucin I Ile Od esencijalnog značaja je za ljude. Izoleucin, leucin i valin i imaju velike alifatskiehidrofobne bočne lance. Njihove molekule su krute, a međusobne hidrofobne interakcije su važni za pravilno sklapanje proteina, jer ovi lanci imaju tendenciju da se nalaze unutar molekula proteina.
Leucin ili izoleucin J Xle Čuva mjesto kada bilo koja aminokiselina može zauzeti tu poziciju
Lizin K Lys Lizin je od suštinskog značaja za ljude, a ponaša se slično argininu. Sadrži dug, fleksibilan bočni lanac s pozitivnim nabojem na kraju. Fleksibilnost lanca čini lizin i arginin pogodnim za vezivanje molekula s mnogim negativnim nabojima na svojoj površini. Npr. DNK - vezujući proteini imaju aktivnu regiju bogatu argininom i lizinom. Snažan naboj čini ove dvije aminokiseline sklonim za vanjske hidrofilne površine proteina. Kada se nalaze unutra, obično su upareni s odgovarajućim negativno nabijenih aminokiselinama, npr. aspartatom ili glutamatom.
Leucin L Leu Leu je esencijalan za ljude, a ponaša se slično izoleucinu i valinu.
Metionin M Met Met je od esencijalnog og značaja za ljude. Uvijek je prva aminokiselina koja biti uključena u protein, a ponekad je uklonjen nakon translacije. Kao i cistein, sadrži sumpor, ali sa metil grupom, umjesto vodika. Ova metil grupa se može aktivirati, a koristi se u mnogim reakcijama u kojima se dodaju novi atomi ugljika na drugu molekulu.
Asparagin N Asn Slično asparaginskoj kiselini, Asn sadrži amidnu grupu, gdje Asp ima karboksil.
Pirolizin O Pyl Sličan lizinu, ali ima priključen prolinski prsten.
Prolin P Pro Prolin sadrži neobičan prsten sa amino grupom N-kraja, koji prisiljava CO-NH amidnu sekvencu na fiksnu konformaciju. To može poremetiti sklopove proteinske strukture, poput α heliksa ili β lista. Uobičajen je u kolagenu, često prolazi kroz posttranslacijske modifikacije u hidroksiprolinu.
Glutamin Q Gln Slično glutaminskoj kiselini, Gln sadrži amidnu grupu, u kojoj Glu ima karboksilnu. Nalazi se u proteinima i kao spremište za amonijak; najobilnija je aminokiselina u organizmu.
Arginin R Arg Funkcionalno sličan lizinu
Serin S Ser Serin i treonin imaju kratke molekule koje završavaju hidroksilnom grupom. Njegov vodik je lako ukloniti, tako da serin i treonin često ponašaju kao donatorai vodika u enzimima. Oba su vrlo hidrofilna, tako da vanjskie regije topivih proteina bogate ovim aminokiselinama.
Treonin T Thr Esencijalan za ljude, Thr se ponaša slično serinu.
Selenocistein U Sec Seleniran iz cisteina, gdje selen hzamjenjuje sumpor.
Valin V Val Esencijalan za ljude, Val se ponaša slično izoleucinu i leucinu.
Triptofan W Trp Esencijalan za ljude,Trp se ponaša slično fenilalanin]u i tirozinu. Prekursor je serotonina i prirodno je fluorescentan.
Nepoznati X Xaa „Čuvar mjesta“ kada je nepoznata aminokiselina beznačajna.
Tirozin Y Tyr Tyr se ponaša slično fenilalaninu (prethodnik tirozina) i triptofanu, a preteča je melanina, epinefrina i hormona štitnjače. Njegova fluorescencija se obično javlja kao posljedica energetskog transfera u triptofan.
Glutaminska kiselina ili glutamin Z Glx Čuvar mjesta kada bilo koja aminokiselina može zauzeti datu poziciju.

Katabolizam[uredi | uredi izvor]

Aminokiseline mogu biti klasificirane prema osobenostima glavnog produkta svake od njih.
  • Glucogene, sa produktima koji imaju sposobnost formiranja glukoze putem glukogeneze.
  • Ketogene, sa produktima koji nemaju sposobnost formiranja glukoze: ovi produkti se mogu upotrebiti za ketogenezu ili sintezu lipida.
  • Aminokiseline katabolizirane i glukogenim i and ketogenim produktima.

Život na bazi alternativnih proteinogenih garnitura[uredi | uredi izvor]

Prema dosadašnjim saznanjima, čini se da su proteinogene garniture koje koriste poznati oblici života na Zemlji, proizvoljno odabrane evolucijom , od više stotina mogućih alfa-tipova aminokiselina. Ksenobiološke studije hipotetskih oblika života koji bi mogli biti izgrađeni korištenjem alternativnih skupova proširivanjem genetičkoih kodova. Stanley Millerov tip eksperimenta na umjetnom samozačeću pokazuje da alfa-tipovi aminokiselina dominiraju u osnovnoj vodi 'primordijalne supe', ali beta-tip aminokiselina dominira kada je prisutno manje vode. Oba, i alfa- i beta-bazirani setovi mogli su biti osnova za alternativne konstrukcije proteina i oblike života.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Ambrogelly A., Palioura S., Söll D. (2007): Natural expansion of the genetic code. Nat. Chem. Biol., 3 (1): 29–35, pmid=17173027.
  2. ^ http://www.nature.com/nchembio/journal/v3/n1/abs/nchembio847.html |doi=10.1038/nchembio847.
  3. ^ Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.
  4. ^ Graeme K. Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
  5. ^ Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013): Lehninger Biochemie. Springer, ISBN 978-3-540-68637-8.
  6. ^ Nelson D. L., Michael M. Cox M. M. (2013): Lehninger Principles of Biochemistry. W. H. Freeman, 2013.ISBN 978-1-4641-0962-1.
  7. ^ http://education.expasy.org/student_projects/isotopident/htdocs/aa-list.html |title=The amino acid masses |accessdate=2009-01-06, publisher: ExPASy.