Aminokwasy - budowa i rodzaje

Aminokwasy to związki zbudowane z węgla, wodoru, tlenu i azotu, a niektóre zawierają także siarkę. Każdy aminokwas posiada dwie ważne grupy funkcyjne: zasadową grupę aminową $-NH2$ oraz kwasową grupę karboksylową $-COOH$.

Możemy podzielić aminokwasy na dwie główne grupy. Aminokwasy białkowe (jest ich 20) mogą łączyć się ze sobą, tworząc peptydy i białka. Natomiast aminokwasy niebiałkowe nie wchodzą w skład białek, ale pełnią inne ważne funkcje - np. ornityna i cytrulina uczestniczą w wytwarzaniu mocznika, a kwas γ-aminomasłowy działa jako neuroprzekaźnik w układzie nerwowym.

Każdy aminokwas ma swoją nazwę zwyczajową (często pochodzącą od materiału, z którego został wyizolowany) oraz trzyliterowy kod będący skrótem angielskiej nazwy. W aminokwasach białkowych grupa aminowa jest połączona z tak zwanym α-węglem, który znajduje się bezpośrednio przy grupie karboksylowej. Ten atom węgla jest także połączony z atomem wodoru i podstawnikiem (oznaczanym literą R), który może zawierać dodatkowe grupy funkcyjne.

Warto zapamiętać! To właśnie podstawnik (R) nadaje każdemu aminokwasowi jego unikalne właściwości i decyduje o funkcjach, jakie będzie pełnił w białku.

Właściwości aminokwasów

Właściwości aminokwasów wynikają głównie z obecności dwóch grup funkcyjnych (aminowej i karboksylowej) oraz podstawnika. Dzięki tym grupom aminokwasy są związkami o charakterze kwasowo-zasadowym i mogą występować w trzech formach jonowych:

1. Jony obojnacze - obie grupy są zjonizowane
2. Kationy - tylko grupa aminowa jest zjonizowana
3. Aniony - tylko grupa karboksylowa jest zjonizowana

Jony obojnacze pełnią super ważną funkcję buforującą - utrzymują stałe pH środowiska. Kiedy środowisko staje się kwaśne, przechodzą w kationy, a w środowisku zasadowym - w aniony.

Podstawnik ma ogromny wpływ na rozpuszczalność aminokwasu w wodzie. Ze względu na to aminokwasy dzielimy na hydrofilowe (rozpuszczalne w wodzie) i hydrofobowe (nierozpuszczalne w wodzie). Różnią się one także ładunkiem elektrycznym.

Ciekawostka! W warunkach fizjologicznych (takich jak w naszym organizmie) większość aminokwasów występuje w postaci jonów obojniaczych, ale aminokwasy kwasowe występują jako aniony, a zasadowe jako kationy.

Rodzaje aminokwasów i tworzenie peptydów

Aminokwasy dzielimy na trzy grupy ze względu na ich ładunek:

1. Aminokwasy obojętne - mają grupę aminową i karboksylową (większość aminokwasów białkowych)
2. Aminokwasy kwasowe - mają dodatkowe grupy karboksylowe (kwas asparaginowy i glutaminowy)
3. Aminokwasy zasadowe - mają dodatkowe grupy aminowe (lizyna, histydyna, arginina)

Ze względu na rozpuszczalność w wodzie, aminokwasy dzielimy na hydrofilowe (m.in. cysteina, seryna, lizyna, histydyna) i hydrofobowe (m.in. glicyna, alanina, walina, fenyloalanina).

Aminokwasy łączą się ze sobą poprzez wiązania peptydowe, które powstają między grupą aminową jednego aminokwasu a grupą karboksylową drugiego aminokwasu. W reakcji tej wydziela się cząsteczka wody. Gdy połączy się 2-50 aminokwasów, powstają peptydy, a gdy ponad 50 - białka (polipeptydy).

Zapamiętaj! Informacja o liczbie i kolejności aminokwasów w białku (struktura pierwszorzędowa) jest zapisana w DNA - to jak genetyczny przepis na białko!

Struktura białek

Białka mają skomplikowaną budowę, którą opisujemy za pomocą czterech poziomów organizacji:

1. Struktura pierwszorzędowa - to sekwencja aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi, zakodowana w DNA.

2. Struktura drugorzędowa - powstaje dzięki wiązaniom wodorowym i może przyjmować formę:

   • α-helisy - prawoskrętnie zwinięty łańcuch polipeptydowy wokół osi
   • β-harmonijki - łańcuch polipeptydowy ułożony na płaszczyźnie

3. Struktura trzeciorzędowa - powstaje przez fałdowanie łańcucha o strukturze drugorzędowej, utrzymywana przez oddziaływania między podstawnikami aminokwasów.

4. Struktura czwartorzędowa - występuje gdy białko składa się z kilku łańcuchów polipeptydowych utrzymywanych razem przez oddziaływania między ich podstawnikami.

Białka dzielimy na proste (zbudowane wyłącznie z aminokwasów, np. histony, keratyny) i złożone (zawierające część niebiałkową, np. hemoglobina, mioglobina).

Czy wiesz że? Hemoglobina transportuje tlen w krwi, a mioglobina magazynuje go w mięśniach. Bez tych białek nie mógłbyś normalnie funkcjonować!

Białka w organizmie i ich przemiany

Białka pełnią różnorodne funkcje w organizmie. Keratyny są składnikami skóry, włosów i paznokci, pełniąc funkcje ochronne. Kolagen nadaje wytrzymałość tkankom łącznym, a histony (białka zasadowe o dodatnim ładunku) są związane z DNA.

Białka w organizmie mogą ulegać różnym przemianom. Z wodą tworzą roztwór koloidalny. Mogą też łączyć się w większe grupy w procesie zwanym agregacją. Ważnym zjawiskiem jest też koagulacja (wytrącanie) - proces, który może być odwracalny.

Pod wpływem różnych czynników (fizycznych lub chemicznych) białka mogą ulegać denaturacji - zmianie struktury, która może być odwracalna lub nieodwracalna. Podczas denaturacji białko traci swoje właściwości biologiczne.

Praktyczna wskazówka! Denaturację białek możesz zaobserwować w kuchni - np. gdy smażysz jajko, białko zmienia kolor z przezroczystego na biały właśnie w wyniku denaturacji.