اسید آمینه چیست؟ – ساختار، عملکرد و انواع اسیدهای آمینه

به واحدهای سازنده پروتئین ها که دارای گروه های آمینی و کربوکسیلیک اسید است، اسید آمینه گفته می شود. پروتئین ها در تمام فعالیت های بیولوژیکی بدن نقش داشته و ۲۰ درصد وزن بدن را تشکیل می دهند. از به هم پیوستن اسیدهای آمینه با پیوندهای پپتیدی، پلی پپتید و از پیوند پلی پپتیدها با هم پروتئین ها تشکیل می شوند. کتب علوم پایه هشتم و نهم اسیدهای آمینه را توصیف کرده است. این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک به توضیح ساختار و انواع اسیدهای آمینه می پردازد.

 

 

اسید آمینه چیست

پروتئین ها پلیمری از اسیدهای آمینه می باشند و تنوع زیادی بین پروتئین ها وجود دارد. چون اسیدهای آمینه می توانند به طرق نامحدودی کنار هم قرار بگیرند و زنجیرهای پلی پپتیدی را تشکیل دهند. این ترکیبات نقش بسیار مهمی در انجام فرآیندهای بدن مانند ساخت پروتئین، انتقال دهنده عصبی و سنتز هورمون ها دارند. اولین پیدایش اسیدهای آمینه در هنگام تشکیل زمین بوده است و انواع بسیار زیادی دارند ولی از بین اسیدهای آمینه فقط ۲۰ نوع آن ها در ساختار سلول های موجودات زنده یافت می شود. دلیل این موضوع هنوز نامعلوم می باشد.

گروه های آمینه (NH_۲)، کربوکسیلیک اسید (COOH) و یک گروه R در شاخه های هر اسید آمینه وجود دارد. هر پروتئین با توجه به نوع ترتیب قرار گرفتن اسیدهای آمینه در آن، دارای شکل سه بعدی خاصی بوده و با توجه به ساختار، دارای عملکرد خاصی می باشد.

ساختار اسید آمینه

در هر اسید آمینه یک کربن نامتقارن به نام کربن α وجود دارد. این کربن چون دارای چهار گروه متفاوت است به آن نامتقارن می گویند. گروه های آمینو و کربوکسیل و هیدروژن در تمام اسیدهای آمینه یکی است. تفاوت اسیدهای آمینه در گروه جانبی R می باشد که متفاوت می باشد. برای تشکیل زنجیر پلی پتیدی و پروتئین ها، گروه آمین از یک اسید آمینه با گروه کربوکسیل از اسید آمینه دیگر، خنثی شده و با تشکیل پیوند، مولکول آب را تولید می کنند. با این حساب نوع گروه R در شاخه جانبی نشان دهنده داشتن خاصیت اسیدی یا بازی و خواص برای اسید آمینه است.

اگر این شاخه جانبی قطبی باشد، مانند سرین، در آب محلول می باشد. اما برخی دیگر از اسیدهای آمینه موجود در ساختار پروتئین ها مانند غشا، آبگریز هستند. پروتئین های دارای اسیدهای آمینه با بار منفی مانند گلوتامات به مولکول های با بار مثبت و برعکس پروتئین های با اسیدهای آمینه با بار مثبت مانند لیزین، به مولکول های با بار منفی متصل می شوند. همچنین بیشتر اسیدهای آمینه در آب با گرفتن هیدروژن در گروه NH_۲ و از دست دادن هیدروژن در گروه COOH، به یک دو قطبی تبدیل می شوند.

ساختار زنجیر جانبی (R) می تواند به غیر از شاخه ای بودن، حلقوی باشد و این ساختار فقط در اسید آمینه پرولین وجود دارد. همچنین زنجیر جانبی می تواند دارای گروه هایی مانند الکل، آمین، کربوکسیل و حتی اتم گوگرد نیز باشد. اتم های کربنی که در ساختار شاخه جانبی وجود دارد، بعد از کربن α به ترتیب با حروف β، γ و δ مشخص می شوند.

ایزومری در اسیدهای آمینه

اسیدهای آمینه به دو ایزومر L و D تقسیم می شوند. با این تعریف که اگر NH_۲ متصل به کربن α، سمت راست باشد، نوع اسید آمینه D، و اگر سمت چپ باشد، نوع اسید آمینه L خواهد بود. این ایزومرها نسبت به هم انانتیومر هستند. بیشتر اسیدهای آمینه ای که در ساختار پروتئین ها می باشند از نوع ایزومر L می باشند. اما اسیدهای آمینه نوع D هم در دیواره سلولی باکتری ها وجود دارند و هم می توانند توسط حلزون های مخروطی سنتز شوند.

نقش ها و عملکرد اسیدهای آمینه

اسیدهای آمینه علاوه بر این که در نقش سازنده های پروتئین ها هستند بلکه گاهی بیان ژن ها را نیز کنترل و تنظیم می کنند. وجود اسیدهای آمینه به کنترل متابولیسم های مربوط به رشد، ایمنی بدن و تولید مثل کمک بسیاری می کند. پیش ساز بیشتر هورمون هایی از جنس پروتئین، اسیدهای آمینه هستند. گلیسین و گلوتامات انتقال دهنده عصبی بوده و کارنیتین حمل و نقل لیپیدها را بر عهده دارد. گلایسین در سنتز «هم» تشکیل دهنده گلبول قرمز خون نقش مهمی دارد. در سنتز هورمون اسید نیتریک به آرژنین نیاز است. تنظیم خلق و خو را سروتونین بر عهده دارد که تریپتوفان پیش ساز آن است.

می توان گفت فعالیت اسیدهای آمینه در سلول های بدن هنوز به طور دقیق مشخص نیست. وجود اسیدهای آمینه بیش از حد طبیعی می تواند اختلالات زیادی مانند بیماری های قلبی و عروقی، استرس و اختلالات عصبی را ایجاد کند.

انواع اسیدهای آمینه (استاندارد و غیراستاندارد)

اسیدهای آمینه استاندارد

اسیدهای آمینه ای که توسط گیاهان سنتز می شوند، با نیتروژنی که از تثبیت نیتروژن به دست می آید، با هیدروژنی که از آب گرفته می شود و با اکسیژن و کربنی که از هوا گرفته می شود، سنتز می شود.

در معده حیوانات نشخوار کننده ای چون گاو، باکتری های خاصی وظیفه سنتز این اسیدهای آمینه را بر عهده دارند. اما در بدن جانوران یک سری از اسیدهای آمینه هستند که سلول های بدن این جانداران قادر به سنتز آن ها نیستند و بدن برای تأمین آن ها باید از رژیم های غذایی مناسب استفاده کند. به آن ها اسیدهای آمینه ضروری می گویند. اما در بدن انسان ها اسیدهای آمینه ضروری باید از مواد غذایی که توسط آن ها مصرف می شود تأمین شود. همان طور که گفته شد، ۲۰ نوع اسید آمینه هستند که در بدن انسان با ترجمه الگوهای mRNA می توانند پروتئین های خاص را سنتز کنند و به آن ها، اسیدهای آمینه استاندارد می گویند.

اسیدهای آمینه غیراستاندارد

به غیر از اسیدهای آمینه استاندارد، دو اسید آمینه وجود دارد که به طور غیر عادی توسط مولکول DNA کدگذاری می شود. علاوه بر این، اسیدهای آمینه دیگری وجود دارد که نه در کدهای ژنتیکی استاندارد کدگذاری می شود و نه در پروتئین ها وجود داردف بلکه از بعد از شکل گیری پروتئین ها با تغییراتی که در اسیدهای آمینه استاندارد به وجود می آید، تشکیل می شوند و به آن ها اسیدهای آمینه غیراستاندارد می گویند. اسیدهای آمینه غیر استاندارد توسط گیاهان و میکروارگانیسم ها ساخته می شود. وجود برخی از آن ها در شهاب سنگ ها ثابت شده است.

اسیدهای آمینه ضروری

از ۲۰ نوع اسید آمینه استاندارد، تقریبا تعداد نصف آن ها نمی توانند در بدن و توسط سلول ها ساخته نمی شوند و به آن ها، اسیدهای آمینه ضروری می گویند. این اسیدهای آمینه باید از غذاهای پروتئینی کاملی که دارای انواع اسیدهای آمینه باشد مانند سفیده تخم مرغ و یا از غذاهایی که پروتئین ناقص دارند تأمین شود. از انواع غذاهای حاوی پروتئین می توان به مرغ و انواع گوشت اشاره کرد. با خوردن این غذاها، پروتئین های آنان به اسید آمینه تجزیه شده و برای فعالیت های بیولوژیکی مختلف بدن مورد استفاده قرار می گیرد. اسیدهای آمینه ضروری عبارتند از : هیستیدین، ایزولوسین، لوسین، لیزین، متیونین، فنیل آلانین، ترئونین، تریپتوفان و والین می باشد.

فنیل آلانین

تیروئیدین، دوپامین، اپی نفرین و نورپی نفرین که در ساختمان آنزیم ها و پروتئین ها وجود داشته و نقش مهمی در عملکرد آن ها و تولید اسیدهای آمینه دیگر دارند، دارای فنیل آلانین می باشند.

والین

والین اسید آمینه ای است که در ساختار خود داری زنجیره جانبی بوده و در بازسازی عضلات نقش داشته و در تحریک رشد و تولید انرژی نقش مهمی دارد.

لوسین

لوسین اسید آمینه ای است که مانند والین دارای شاخه جانبی بوده و در سنتز پروتئین نقش دارد.

ترئونین

پروتئین های که نقش ساختاری دارند، مانند کلاژن و الاستین، دارای اسید آمینه ترئونین می باشند. این پروتئین ها در ساختار پوست و بافت پیوندی ترکیب داشته و همچنین در فرآیند متابولیسم چربی نقش دارند.

تریپتوفان

سروتونین به عنوان انتقال دهنده عصبی در بدن می تواند تنظیم و کنترل خواب، اشتها و خلق و خوی را انجام دهد، از اسید آمینه تریپتوفان تشکیل شده است. این اسید آمینه می تواند تعادل نیتروژن در بدن را حفظ کند.

متیونین

متیونین اسید آمینه ای است که در جذب مواد معدنی، روی و سلنیوم مفید بوده و موجب رشد بافت های بدن می شود. همچنین این اسید آمینه در فرآیند سم زدایی بدن نقش دارد.

انواع اسیدهای آمینه بر اساس ساختمان آن ها

اسیدهای آمینه آلیفاتیک

اسیدهای آمینه آلیفاتیک که شامل آلانین، گلایسین، ایزولوسین، لوسین، پرولین و والین می باشند، غیرقطبی و آب گریز هستند. این اسیدهای آمینه به دلیل خنثی بودن و توزیع بار یکسان در مولکول، واکنش ناپذیر هستند.

اسیدهای آمینه آروماتیک

این اسیدهای آمینه که شامل فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان هستند معطر و فاقد بار الکتریکی بوده و آب دوست و یا آب گریز هستند. ترکیبات آروماتیکی به دلیل داشتن حلقه آریلی، پایدار بوده و میل واکنش پذیری کمی دارند. اسید آمینه هیستیدین در گروه ترکیبات آروماتیکی بوده ولی با خواص آب گریزی، واکنش پذیر هستند.

اسیدهای آمینه بازی

اگر در گروه جانبی اسیدهای آمینه مثلا مولکول نیتروژن باشد، می تواند از خود خاصیت بازی نشان داده و به پروتون ها وصل شوند و بار مثبت بگیرند. این اسیدهای آمینه که آب گریز هستند شامل آرژنین (دارای سه گروه نیتروژنی)، لیزین و هیستیدین (فاقد نیتروژن در گروه آمینی) هستند.

اسیدهای آمینه اسیدی

اسیدهای آمینه اسیدی در زنجیر جانبی خود، گروه کربوکسیلیک اسید دارند و خاصیت اسیدی داشته و می توانند با از دست دادن پروتون ها، بار منفی بگیرند. این اسیدهای آمینه شامل اسید آسپارتیک و اسید گلوتامیک است و آب دوست می باشند.

اسیدهای آمینه هیدروکسیلیک

اسیدهای آمینه هیدروکسیلیک دارای گروه OH در زنجیر جانبی خود هستند. این اسیدهای آمینه شامل سرین و ترئونین می باشد و بدون بار، قطبی و آب دوست هستند.

اسیدهای آمینه گوگرددار

اسیدهای آمینه گوگرد دار دارای گروه تیول در زنجیر جانبی خود هستند. دو اسید آمینه ای که دارای گوگرد هستند سیستئین و متیونین است که سیستئین ها می توانند دیمر سیستین (موجود در مو، ناخن و انگشت) تشکیل دهند. متیونین خاصیت آب گریزی با دو گروه گوگرد دار است.

اسیدهای آمینه آمیدی

اسیدهای آمینه آمیدی که دارای گروه آمیدی در زنجیر جانبی هستند شامل گلوتامین و آسپاراژین می باشد. این دو اسید آمینه بار الکتریکی نداشته و آب دوست هستند.

مکمل های اسید های آمینه

با این که می توان با رژیم های غذایی مناسب، انواع اسیدهای آمینه ضروری را وارد بدن کرد ولی از این اسیدهای آمینه، گاهی به عنوان مکمل استفاده می شود. از مزایای استفاده از مکمل ها می توان به بهبود در خلق و خو و خواب اشاره کرد که با اسید آمینه تریپتوفان در ساختار سروتونین این کنترل ها انجام می شود. اگر میزان سروتونین در بدن کاهش یابد علایم افسردگی مشاهده می شود که با مصرف مکمل تریپتوفان بهبود خواهد یافت.

یکی دیگر از مزایای مکمل های اسیدهای آمینه، تقویت عملکردهای تمرینی و حرکات عضلانی و کاهش خستگی است. از مزیت های دیگر این مکمل ها جلوگیری از تحلیل ماهیچه ها و شکستگی عضلات و همچنین حفظ ساختارهای بدن (به خصوص در ورزشکاران و سالمندان) است. استفاده از مکمل ها می تواند به کاهش چربی در بدن و کاهش وزن کمک کند.

از پرمصرف ترین مکمل های اسیدهای آمینه می توان به ترکیب اسیدهای آمینه لوسین، ایزولوسین و والین اشاره کرد. این مکمل می تواند تا ۳۰ درصد محرک به ساخته شدن پروتئین های ماهیچه باشد. همچنین این مکمل معروف می تواند نارسایی کلیه و سیروز کبدی را کم کند.

خواص کود اسید آمینه

همه ما می دانیم که کودهای آلی آینده کشاورزی هستند. آنها برای محیط زیست مضر نیستند و می توان آنها را برای گیاهان و باغ ها به راحتی استفاده کرد. آیا می دانید کودهای آمینه اسید چه فوایدی برای محصولات شما دارند؟ بیایید با هم نگاهی بیندازیم

ترویج فتوسنتز گیاهان

گلایسین موجود در اسیدهای آمینه می تواند محتوای کلروفیل گیاه را افزایش دهد، جذب و استفاده از دی اکسید کربن را در محصولات تقویت کند، قدرت فتوسنتز را افزایش دهد، فتوسنتز را قوی تر کند. اثر تغذیه ترکیبی اسیدهای آمینه چندگانه بهتر از اسید آمینه منفرد است

اثر کود مخلوط اسید آمینه بیشتر از مقدار نیتروژن یک اسید آمینه منفرد است، همچنین بیشتر از مقدار کود نیتروژن معدنی نیتروژن است. تعداد زیادی از اسیدهای آمینه با اثر برهم نهی خود، میزان استفاده از مواد مغذی را بهبود می بخشد.

اثر سریع کود

کودهای اسید آمینه می توانند مستقیماً توسط اندام های مختلف گیاهان جذب شوند، جذب غیرفعال تحت فتوسنتز یا جذب اسمزی، استفاده از یک دوره زمانی کوتاه برای مشاهده اثر آشکار در همان زمان، برای ترویج بلوغ زودرس محصولات، کوتاه شدن چرخه رشد

بهبود کیفیت محصول

کود غنی از اسیدهای آمینه می تواند کیفیت محصولات را بهبود ببخشد. مانند بافت کرکی گل پنبه، طعم خالص و تازه فیبر خام سبزیجات، گلهای طولانی ، گلهای روشن، عطر غنی، میوه های بزرگ، رنگارنگ. کود آمینو اسید باعث افزایش قابل توجهی بخش خوراکی مقاومت ذخیره سازی خوب و مزایای تبدیل می شود.

تمیز و بدون آلودگی

کود آمینو اسیدی که بدون کود باقیمانده بر روی زمین اعمال می شود، می تواند خواص فیزیکی و شیمیایی خاک را بهبود بخشد، حفظ آب و کود و نفوذپذیری هوا را بهبود بخشد، در حفظ، رسیدن و بهبود خاک نقش داشته باشد. فواید کودهای آمینواسید فراتر از این است، آنها به زندگی ما مرتبط هستند.