Протеиногена аминокиселина

Протеиногене аминокиселине су мала фракције свих аминокиселина

Протеиногене аминокиселине су аминокиселине које улазе у састав протеина и које су неопходне за формирање протеина ћелијским механизмом декодирања генетичког кода. Постоје 22 стандардне аминокиселине. Код еукариота је нађена 21 киселина из те групе. Од 22 стандардне киселине, 20 су директно кодиране универзалним генетичким кодом. Људи могу да синтетишу 11 од тих 20, једну из друге или из других молекула интермедијарног метаболизма. Других 9 се мора унети храном, те се стога називају есенцијалним аминокиселинама. Оне су хистидин, изолеуцин, леуцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, и валин. Остале две, селеноцистеин и пиролизин, се инкорпорирају у протеине путем јединствених синтетичких механизама.

Реч "протеиногене" значи "протеин градеће". Протеиногене аминокиселине могу се кондензовати у полипептид (подјединицу протеина) у процесу који се зове транслација (друга фаза биосинтезе протеина, део укупног процеса експресије гена).

Насупрот томе, непротеиногене аминокиселине или нису укључене у протеине (попут ГАБА, L-ДОПА, или тријодтиронина) или се не производе директно у изолацији и стандардним ћелијским процесима (попут хидроксипролина и селенометионина). Ове касније често настају путем посттранслационе модофикације протеина. За протеиногене аминокиселине је познато да их препознаје рибозимски аутоаминоацилацијски систем. Стога су непротеиногене аминокиселине искључене из контингента еволуцијски успешних нуклеотидно-базираних облика живота. Други разлози су понуђени за објањавање разлога зашто неке специфичне непротеиногене аминокиселине нису генерално укључене у протеине: на пример, орнитин и хомосерин се циклизују са основом пептида и фрагментирају протеин с релативно кратким полуживотом, док су друге токсичне јер се могу погрешно уградити у протеине, као што је аргинински аналог канаванин.

Непротеиногене аминокиселине су садржане у нерибозомним пептидима, који се не производе у рибозомима током транслације.

Структуре

Следе илуструје структура и скраћенице 21 аминокиселине које су директно кодиране за синтезу протеина у генетичком коду еукариота. Структуре које су дате у наставку су стандардне хемијске структуре, а не типични биполни облици који постоје у воденим растворима.

Груписана табела 21 аминоструктуре, номенклатура и пКа вредности њихових бочних група

• 
  L-Аланин
  (Ala / A)
• 
  L-Аргинин
  (Arg / R)
• 
  L-Аспарагине
  (Asn / N)
• 
  L-Аспартиц ацид
  (Asp / D)
• 
  L-Цистеин
  (Cys / C)
• 
  L-Глутаминска киселина
  (Glu / E)
• 
  L-Глутамин
  (Gln / Q)
• 
  Глицин
  (Gly / G)
• 
  L-Хистидин
  (His / H)
• 
  L-Изолеуцин
  (Ile / I)
• 
  L-Леуцин
  (Leu / L)
• 
  L-Лизин
  (Lys / K)
• 
  L-Метионин
  (Met / M)
• 
  L-фенилаланин
  (Phe / F)
• 
  L-Пролин
  (Pro / P)
• 
  L-Серин
  (Ser / S)
• 
  L-Треонин
  (Thr / T)
• 
  L-Триптофан
  (Trp / W)
• 
  L-Тирозин
  (Tyr / Y)
• 
  L-Валин
  (Val / V)

IUPAC/IUBMB такође препоручују стандардне ознаке за следеће аминокиселине:

• 
  L-Селеноцистеин
  (Sec / U)
• 
  L-Пиролизин
  (Pyl / O)

Неспецифичне скраћенице

Понекад се специфичност идентитета аминокиселине не може одредити једнозначно. Одређене технике протеинског секвенцирања не праве разлику међу појединим паровима. Зато се користе ови кодови:

• Асx (Б) је "аспарагин или аспарагинска киселина"
• Глx (З) је "глутаминска киселина или глутамин"
• Xле (Ј) је "леуцин или изолеуцин"

Додатно, симбол X је употребљен за ознаку аминокиселине која је комплетно неидентифицирана.

Хемијска својства

У наставку је табела са једнословним и трословним симболима и хемијским својствима бочних ланаца стандардних аминокиселина. Наведене масе су базиране на пондерираном просеку елементарних изотопа њихове природне заступлености. Формирање пептидне везе доводи до елиминације молекула воде, тако да је јединице масе аминокиселина у протеинским ланцима смањена за 18,01524 Да.

Општа хемијска својства

Аминокиселина	Кратко	Скраћеница	Атомска маса (Да)	Изоелектрична тачка (пИ)	Дисоцијацијска константа пК1 (α-ЦООХ)	пК2 (α-+НХ3)
Аланин	А	Ала	89.09404	6.01	2.35	9.87
Цистеин	C	Цyс	121.15404	5.05	1.92	10.70
Аспарагинска киселина	D	Асп	133.10384	2.85	1.99	9.90
Глутаминска киселина	Е	Глу	147.13074	3.15	2.10	9.47
Фенилаланин	Ф	Пхе	165.19184	5.49	2.20	9.31
Глицин	Г	Глy	75.06714	6.06	2.35	9.78
Хистидин	Х	Хис	155.15634	7.60	1.80	9.33
Изолеуцин	I	Иле	131.17464	6.05	2.32	9.76
Лизин	К	Лyс	146.18934	9.60	2.16	9.06
Леуцин	L	Леу	131.17464	6.01	2.33	9.74
Метионин	M	Мет	149.20784	5.74	2.13	9.28
Аспарагин	Н	Асн	132.11904	5.41	2.14	8.72
Пиролизин	О	Пyл	255.31
Пролин	П	Про	115.13194	6.30	1.95	10.64
Глутамин	Q	Глн	146.14594	5.65	2.17	9.13
Аргинин	Р	Арг	174.20274	10.76	1.82	8.99
Серин	С	Сер	105.09344	5.68	2.19	9.21
Треонин	Т	Тхр	119.12034	5.60	2.09	9.10
Селеноцистеин	У	Сец	168.053	5.47
Валин	V	Вал	117.14784	6.00	2.39	9.74
Триптофан	W	Трп	204.22844	5.89	2.46	9.41
Тирозин	Y	Тyр	181.19124	5.64	2.20	9.21

Особености бочног ланца

Аминокиселина	Кратко	Скраћеница	Бочни ланац	Хидро- фобна	Дисоцијацијска константа (пК)	Поларност	пХ	Мала	Ситна	Ароматична или алифатична	Ван дер Валсова запремина
Аланин	А	Ала	-ЦХ3	X	-	-	-	X	X	-	67
Цистеин	C	Цyс	-ЦХ2Тиол (СХ)	X	8.18	-	Кисела	X	X	-	86
Аспарагинска киселина	D	Асп	-ЦХ2ЦООХ	-	3.90	X	Кисела	X	-	-	91
Глутаминска киселина	Е	Глу	-ЦХ2ЦХ2ЦООХ	-	4.07	X	Кисела	-	-	-	109
Фенилаланин	Ф	Пхе	-ЦХ2C6Х5	X	-	-	-	-	-	Ароматска	135
Глицин	Г	Глy	-Х	X	-	-	-	X	X	-	48
Хистидин	Х	Хис	-ЦХ2-C3Х3Н2	-	6.04	X	Благо базна	-	-	Ароматска	118
Изолеуцин	I	Иле	-ЦХ(ЦХ3)ЦХ2ЦХ3	X	-	-	-	-	-	Алифатска	124
Лизин	К	Лyс	-(ЦХ2)4НХ2	-	10.54	X	Базна	-	-	-	135
Леуцин	L	Леу	-ЦХ2ЦХ(ЦХ3)2	X	-	-	-	-	-	Алифатска	124
Метионин	M	Мет	-ЦХ2ЦХ2СЦХ3	X	-	-	-	-	-	-	124
Аспарагин	Н	Асн	-ЦХ2ЦОНХ2	-	-	X	-	X	-	-	96
Пиролизин	О	Пyл	-(ЦХ2)4НХЦОC4Х5НЦХ3	-	-	X	Благо базна	-	-	-
Пролин	П	Про	-ЦХ2ЦХ2ЦХ2-	X	-	-	-	X	-	-	90
Глутамин	Q	Глн	-ЦХ2ЦХ2ЦОНХ2	-	-	X	Благо базна	-	-	-	114
Аргинин	Р	Арг	-(ЦХ2)3НХ-C(НХ)НХ2	-	12.48	X	Јако базна	-	-	-	148
Серин	С	Сер	-ЦХ2ОХ	-	5.68	X	Благо кисела	X	X	-	73
Треонин	Т	Тхр	-ЦХ(ОХ)ЦХ3	-	5.53	X	Благо кисела	X	-	-	93
Селеноцистеин	У	Сец	-ЦХ2СеХ	-	5.73	-	Кисела	X	X	-
Валин	V	Вал	-ЦХ(ЦХ3)2	X	-	-	-	X	-	Алипхатска	105
Триптофан	W	Трп	-ЦХ2C8Х6Н	-	5.885	X	Благо базна	-	-	Ароматична	163
Тирозин	Y	Тyр	-ЦХ2-C6Х4ОХ	-	10.46	X	Благо кисела	-	-	Ароматска	141

Напомена: пКа вриједности аминокиселина су обично мало другачије када су унутар протеина. У овој ситуацији, протеински пКа прорачуни се понекад користе за израчунавање промјена у пКа вриједности аминокиселина.

Генска експресија и биохемија

Аминокиселина	Кратко	Скраћеница	Кодон(и)	Појава у људским протеинима (%)	Есенцијалне‡ код људи
Аланин	А	Ала	ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ	7.8	Но
Цистеин	C	Цyс	УГУ, УГЦ	1.9	Увјетно
Аспарагинска киселина	D	Асп	ГАУ, ГАЦ	5.3	Не
Глутаминска киселина	Е	Глу	ГАА, ГАГ	6.3	Увјетно
Фенилаланин	Ф	Пхе	УУУ, УУЦ	3.9	Да
Глицин	Г	Глy	ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ	7.2	Увјетно
Хистидин	Х	Хис	ЦАУ, ЦАЦ	2.3	Да
Изолеуцин	I	Иле	АУУ, АУЦ, АУА	5.3	Да
Лизин	К	Лyс	ААА, ААГ	5.9	Да
Леуцин	L	Леу	УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ	9.1	Да
Метионин	M	Мет	АУГ	2.3	Да
Аспарагин	Н	Асн	ААУ, ААЦ	4.3	Не
Пиролизин	О	Пyл	УАГ*	0	Не
Пролин	П	Про	ЦЦУ, CCC, ЦЦА, ЦЦГ	5.2	Не
Глутамин	Q	Глн	ЦАА, ЦАГ	4.2	Не
Аргинин	Р	Арг	ЦГУ, ЦГЦ, ЦГА, ЦГГ, АГА, АГГ	5.1	Увјетно
Серин	С	Сер	УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ	6.8	Не
Треонин	Т	Тхр	АЦУ, АЦЦ, АЦА, АЦГ	5.9	Да
Селеноцистеин	У	Сец	УГА**	>0	Не
Валин	V	Вал	ГУУ, ГУЦ, ГУА, ГУГ	6.6	Да
Триптофан	W	Трп	УГГ	1.4	Yес
Тирозин	Y	Тyр	УАУ, УАЦ	3.2	Увјетно
Стоп кодон†	-	Терм	УАА, УАГ, УГА††	-	-

* УАГ је нормално амбер стоп кодон, али и кодирање пирролизина ако је присутан ПYЛИС елемент.
** УГА је нормално опал (или амбер) стоп кодон, али кодира и селеноцистеин, је присутан СЕЦИС елемент.
†Стоп кодон није аминокиселина, али је укључен за комплетирање шифре.
†† УАГ и УГА не делују увек као стоп кодони (види горе).
‡ Есенцијална аминокиселина се не може синтетисати код људи, па се мора конзумирати. Условне есенцијалне аминокиселине обично нису неопходне у исхрани, али морају бити егзогено додаване специфичним групама људи који их не синтетишу у довољној количини.

Масена спектофотометрија

У масеној спектрофотометрији пептида и протеина, корисно је познавање масе остатака. Маса пептида или протеина је збир масе остатка плус маса воде.

Аминокиселина	Кратко	Скраћеница	Формула	Атомска маса (Да)	Атомска маса (Да)
Аланин	А	Ала	C3Х5НО	71.03711	71.0788
Цистеин	C	Цyс	C3Х5НОС	103.00919	103.1388
Аспарагинска киселина	D	Асп	C4Х5НО3	115.02694	115.0886
Глутаминска киселина	Е	Глу	C5Х7НО3	129.04259	129.1155
Фенилаланин	Ф	Пхе	C9Х9НО	147.06841	147.1766
Глицин	Г	Глy	C2Х3НО	57.02146	57.0519
Хистидин	Х	Хис	C6Х7Н3О	137.05891	137.1411
Изолеуцин	I	Иле	C6Х11НО	113.08406	113.1594
Лизин	К	Лyс	C6Х12Н2О	128.09496	128.1741
Леуцин	L	Леу	C6Х11НО	113.08406	113.1594
Метионин	M	Мет	C5Х9НОС	131.04049	131.1986
Аспарагин	Н	Асн	C4Х6Н2О2	114.04293	114.1039
Пиролизин	О	Пyл	C12Х21Н3О3	255.15829	255.3172
Пролин	П	Про	C5Х7НО	97.05276	97.1167
Глутамин	Q	Глн	C5Х8Н2О2	128.05858	128.1307
Аргинин	Р	Арг	C6Х12Н4О	156.10111	156.1875
Серин	С	Сер	C3Х5НО2	87.03203	87.0782
Треонин	Т	Тхр	C4Х7НО2	101.04768	101.1051
Селеноцистеин	У	Сец	C3Х5НОСе	150.95364	150.0388
Валин	V	Вал	C5Х9НО	99.06841	99.1326
Триптофан	W	Трп	C11Х10Н2О	186.07931	186.2132
Тирозин	Y	Тyр	C9Х9НО2	163.06333	163.1760

Стехиометрија и метаболичка потрошња у ћелији

Наредна табела наводи обиље аминокиселина у ћелији Есцхерицхиа цоли и метаболички утрошак АТП за синтезу аминокиселина. Негативни бројеви указују на метаболичке процесе који су енергетски повољни и не троше нето АТП ћелије. Скуп расположивих аминокиселина садржи оне у облику и у полимеризираном облику (протеини).

Аминокиселина	Абунданција (молекула×108) по ћелији Е. цоли)	Утрошак АТП у синтези у аеробним увјетима	Утрошак АТП у синтези у анаеробним увјетима
Аланин	2.9	-1	1
Цистеин	0.52	11	15
Аспарагинска киселина	1.4	0	2
Глутаминска киселина	1.5	-7	-1
Фенилаланин	1.1	-6	2
Глицин	3.5	-2	2
Хистидин	0.54	1	7
Изолеуцин	1.7	7	11
Лизин	2.0	5	9
Леуцин	2.6	-9	1
Метионин	0.88	21	23
Аспарагин	1.4	3	5
Пролин	1.3	-2	4
Глутамин	1.5	-6	0
Аргинин	1.7	5	13
Серин	1.2	-2	2
Треонин	1.5	6	8
Триптофан	0.33	-7	7
Тирозин	0.79	-8	2
Валин	2.4	-2	2

Напомене

Аминокиселина	Скраћеница		Напомена
Аланин	А	Ала	Врло богат и врло свестран, крући од глицина, али довољно мали да представља само мала просторна ограничења за протеинске конформације. Понаша се прилично неутрално, а може се налазити у обе хидрофилне регије на протеину, изван и унутар хидрофобних подручја.
Аспарагин или аспарагинска киселина	Б	Асx	Држи место када било која аминокиселина може заузети ту позицију
Цистеин	C	Цyс	Атом сумпора се лако веже за јоне тешких метала. Под оксидирајућим условима, два цистеина се могу удружити у дисулфид и формирати аминокиселину цистин. Када су цистини део протеина, инсулина на примјер, терцијарна структура је стабилизована, што чини протеин отпорнијим на денатурације. Зато су дисулфидне везе честе у протеинима који морају бити у функцији у тешким условима, укључујући пробавне ензиме (нпр. пепсин и химотрипсин) и структурне протеине (нпр. кератин). Дисулфидне везе се такође налазе у пептидима који су премали да сами одрже стабилан облик (нпр. инсулин).
Аспарагинска киселина	D	Асп	Асп се понаша слично глутаминској киселини, а носи хидрофилну киселу групу са јаким негативним набојем. Обично се налази на спољној површини протеина, који је растворљив у води. Веже се за молекуле и јоне позитивног набоја, а често се користи у ензимима за фиксирање металних јона. Када се налазе унутар протеина, аспартат и глутамат су обично упарени са аргинином и лизином.
Глутаминска киселина	Е	Глу	Глу се понаша слично аспарагинској киселини, а има дуже, нешто флексибилније бочне ланце.
Фенилаланин	Ф	Пхе	Есенцијални за људе, фенилаланин, тирозин и триптофан садрже велике, круте ароматичне групе у бочном ланцу. То су највеће аминокиселине. Хидрофобне су као и изолеуцин, леуцин, валин и имају тенденцију да се оријентишу према унутрашњости протеинских молекула. Фенилаланин се може претворити у тирозин.
Глицин	Г	Глy	Због два атома водоника на α угљику, глицин није оптички активан. То је најмања аминокиселина, ротира лако и даје флексибилност протеинском ланцу. Може да се уклопи у уским местима, нпр. троструки хеликс колагена. Пошто превише флексибилности обично није пожељно као структурна компонента, мање је уобичајен од аланина.
Хистидин	Х	Хис	Од суштинског је значаја за људе. Чак и у благо киселим условима, долази се протонација азота, што мења својства хистидина и полипептида у целини. Налази се у многим протеинима као регулаторни механизам, променом конформације и понашање полипептида у киселим подручјима, као што су касни ендозоми или лизозоми, провођење промена конформација у ензимима. Међутим, за то је потребно само неколико хистидина, тако да је релативно оскудан.
Изолеуцин	I	Иле	Од есенцијалног значаја је за људе. Изолеуцин, леуцин и валин и имају велике алифатичне хидрофобне бочне ланце. Њихови молекули су крути, а међусобне хидрофобне интеракције су важне за правилно склапање протеина, јер ови ланци имају тенденцију да се налазе унутар молекула протеина.
Леуцин или изолеуцин	Ј	Xле	Чува место када било која аминокиселина може заузети ту позицију
Лизин	К	Лyс	Лизин је од суштинског значаја за људе, а понаша се слично аргинину. Садржи дуг, флексибилан бочни ланац с позитивним набојем на крају. Флексибилност ланца чини лизин и аргинин погодним за везивање молекула с многим негативним набојима на својој површини. Нпр. ДНК - везујући протеини имају активну регију богату аргинином и лизином. Снажан набој чини ове две аминокиселине склоним за спољне хидрофилне површине протеина. Када се налазе унутра, обично су упарени с одговарајућим негативно наелектрисаним аминокиселинама, нпр. аспартатом или глутаматом.
Леуцин	L	Леу	Леу је есенцијалан за људе, а понаша се слично изолеуцину и валину.
Метионин	M	Мет	Мет је од есенцијалног ог значаја за људе. Увек је прва аминокиселина која бива укључена у протеин, а понекад је уклоњен након транслације. Као и цистеин, садржи сумпор, али са метил групом, уместо водоника. Ова метил група се може активирати, а користи се у многим реакцијама у којима се додају нови атоми угљеника на други молекул.
Аспарагин	Н	Асн	Слично аспарагинској киселини, Асн садржи амидну групу, гдје Асп има карбоксил.
Пиролизин	О	Пyл	Сличан лизину, али има прикључен пролински прстен.
Пролин	П	Про	Пролин садржи необичан прстен са амино групом Н-краја, који присиљава ЦО-НХ амидну секвенцу на фиксну конформацију. То може пореметити склопове протеинске структуре, попут α хеликса или β листа. Уобичајен је у колагену, често пролази кроз посттранслационе модификације у хидроксипролину.
Глутамин	Q	Глн	Слично глутаминској киселини, Глн садржи амидну групу, у којој Глу има карбоксилну. Налази се у протеинима и као спремиште за амонијак; најобилнија је аминокиселина у организму.
Аргинин	Р	Арг	Функционално сличан лизину
Серин	С	Сер	Серин и треонин имају кратке молекуле које завршавају хидроксилном групом. Његов водоник је лако уклонити, тако да серин и треонин често понашају као донатораи водоника у ензимима. Оба су врло хидрофилна, тако да су спољне регије растворљивих протеина богате овим аминокиселинама.
Треонин	Т	Тхр	Есенцијалан за људе, Тхр се понаша слично серину.
Селеноцистеин	У	Сец	Селениран из цистеина, где селен замјењује сумпор.
Валин	V	Вал	Есенцијалан за људе, Вал се понаша слично изолеуцину и леуцину.
Триптофан	W	Трп	Есенцијалан за људе, Трп се понаша слично фенилаланину и тирозину. Прекурсор је серотонина и природно је флуоресцентан.
Непознати	X	Xаа	„Чувар места“ када је непозната аминокиселина безначајна.
Тирозин	Y	Тyр	Тyр се понаша слично фенилаланину (претходник тирозина) и триптофану, а претеча је меланина, епинефрина и хормона штитњаче. Његова флуоресценција се обично јавља као посљедица енергетског трансфера у триптофан.
Глутаминска киселина или глутамин	З	Глx	Чувар места када било која аминокиселина може заузети дату позицију.

Катаболизам

Аминокиселине могу бити класификоване према особеностима главног продукта сваке од њих.

• Глукогене, са продуктима који имају способност формирања глукозе путем глукогенезе.
• Кетогене, са продуктима који немају способност формирања глукозе: ови продукти се могу употребити за кетогенезу или синтезу липида.
• Аминокиселине катаболизиране и глукогеним и анд кетогеним продуктима.

Живот на бази алтернативних протеиногених гарнитура

Према досадашњим сазнањима, чини се да су протеиногене гарнитуре које користе познати облици живота на Земљи, произвољно одабране еволуцијом, од више стотина могућих алфа-типова аминокиселина. Ксенобиологија студира хипотетске облике живота који би могли бити изграђени кориштењем алтернативних скупова проширивањем генетичкоих кодова. Милеров тип експеримента на вептачком самозачећу показује да алфа-типови аминокиселина доминирају у основној води 'примордијалне супе', али бета-тип аминокиселина доминира када је присутно мање воде. Оба, и алфа- и бета-базирани сетови могли су бити основа за алтернативне конструкције протеина и облике живота.

Види још

• Глукогена аминокиселина
• Кетогена аминокиселина

Литература

• Нелсон, Давид L.; Цоx, Мицхаел M. (2000). Лехнингер Принциплес оф Биоцхемистрy (3рд изд.). Wортх Публисхерс. ИСБН 978-1-57259-153-0. 
• Кyте, Ј.; Доолиттле, Р. Ф. (1982). „А симпле метход фор дисплаyинг тхе хyдропатхиц цхарацтер оф а протеин”. Ј. Мол. Биол. 157 (1): 105—132. ПМИД 7108955. дои:10.1016/0022-2836(82)90515-0. 
• Меиерхенрицх, Уwе Ј. (2008). Амино ацидс анд тхе асyмметрy оф лифе (1ст изд.). Спрингер. ИСБН 978-3-540-76885-2. 

Спољашње везе

• Тхе оригин оф тхе сингле-леттер цоде фор тхе амино ацидс