آمینو اسید به ساده ترین بیان

پروتئین‌ها یکی از مهم‌ترین مولکول‌های زیستی هستند که از زیرواحدهای آمینواسید تشکیل می‌شوند. ساختار اصلی و تکراری همه آمینواسیدها یک اتم کربن است که به دو گروه عاملی کربوکسیل و آمین، یک هیدروژن و یک زنجیره کربنی R با گروه‌های عاملی متفاوت متصل می‌شود. در این مطلب توضیح می‌دهیم آمینو اسید چیست و انواع آن چه وظیفه‌ای در بدن انسان دارد

آمینو اسید چیست ؟

آمینواسید‌ها یکی از مهم‌ترین مولکول‌های آلی در بدن موجودات زنده هستند که از یک گروه عاملی آمین و یک گروه عاملی کربوکسیل متصل به کربن کایرال تشکیل می‌شوند. این مولکول‌ها زیرواحد پروتئین‌ها هستند و بر اساس گروه عاملی زنجیره جانبی، نیاز بدن و شرکت در ساختار پروتئین به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.

• نیاز بدن: آمینواسیدها بر این اساس به دو گروه ضروری و غیرضروری تقسیم می‌شوند.
  • ضروری: بدن آنزیم‌های لازم برای سنتز آن‌ها را ندارد. به همین دلیل باید حتما از رژیم غذایی دریافت شوند.
  • غیرضروری: بدن در واکنش‌های آنزیمی مختلف این آمینواسیدها را می‌سازد و به جز مواقع نقص آنزیمی یا بیماری‌های متابولیسمی نیاز به دریافت آن‌ها از رژیم غذایی وجود ندارد.
• گروه عاملی: زنجیره جانبی این مولکول‌ها تنوع زیادی دارد. بر این اساس آمینواسیدها به گروه‌های قطبی، غیرقطبی، آروماتیک، ایمیدین و سولفیدی تقسیم می‌شوند.
• شرکت در ساختار پروتئین: دو دسته آمینواسیدهای استاندارد و غیراستاندار در این گروه قرار می‌گیرند.
  • آمینواسید استاندراد: در ساختار پروتئین شرکت می‌کند.
  • آمینواسید غیراستاندارد: در ساختار پروتئین شرکت نمی‌کند.

زنجیره جانبی آمینو اسید چیست ؟

زنجیره جانبی آمینواسید، یک گروه عاملی آلی است که بار کلی آمینواسید را تغییر می‌دهد و با ایجاد نیروهای بین مولکولی نقش مهمی در ایجاد ساختار دوم و سوم زنجیره پلی‌پپتیدی دارد. بر اساس خواص شیمیایی این زنجیره می‌توان آمینواسیدها را به ۴ دسته مختلف تقسیم کرد.

• غیرقطبی
• قطبی
• بازی
• اسیدی

کدام آمینو اسیدها غیرقطبی هستند ؟

آمینواسیدهای غیرقطبی یا آبگریز شامل گروهی از این مولکول‌ها می‌شود که زنجیره جانبی آن‌ها از آلکیل‌های ساده ($$C_n{H}_{\mathrm{۲}n+\mathrm{۱}}$$

) یا ترکیبات آروماتیک (حلقه‌های بنزنی) تشکیل شده است. به‌علاوه تعداد کربن‌های زنجیره جانبی در میزان غیرقطبی بودن آمینواسید نقش دارد. برای مثال والین از آلانین و لوسین از والین غیرقطبی‌تر است.

آمینواسیدهای قطبی کدامند ؟

زنجیره جانبی اسید، آمید، الکل و آمین، آمینواسید را تبدیل به یک مولکول آبدوست یا قطبی می‌کند. قطبیت این نوع آمینواسید بر اساس قطبیت نوع گروه عاملی زنجیره جانبی و تعداد کربن‌ها متفاوت است. برای مثال گروه عاملی هیدروکسیل در زنجیره جانبی سرین ویژگی آبدوستی این مولکول را نسبت به تیروزین (حلقه بنزن) و ترئونین (زنجیره آلکیلی) افزایش می‌دهد.

آمینو اسید بازی و اسیدی چیست ؟

بار الکتریکی کلی آمینواسید در pH فیزیولوژیک بدن صفر است و این مولکول خاصیت بازی یا اسیدی ندارد. اما گروه عاملی آمین یا کربوکسیل در زنجیره جانبی، این مولکول را به یک اسید یا باز تبدیل می‌کند. آسپارتیک‌اسید و گلوتامیک‌اسید دو آمینواسید بازی و لیزین، آرژینین و هیستیدین سه آمینواسید بازی هستند که در ساختار پروتئین‌ها شرکت می‌کنند.

ایمینواسید چیست ؟

پرولین تنها آمینواسیدی است که زنجیره جانبی آن با گروه آمین ساختار اصلی حلقه ایمیدین تشکیل می‌دهد. به همین دلیل به آن ایمینواسید نیز گفته می‌شود. این مولکول یکی از آمینواسیدهای غیرضروری است که از واکنش ‌های آنزیمی گلوتامیک‌اسید تولید می‌شود. این آمینواسید برخلاف گلاسین به‌راحتی در ساختارهای مختلف پروتئین شرکت نمی‌کند. برای مثال بخشی از زنجیره پلی پپتیدی که پرولین در ساختار آن وجود دارد، ساختار دوم آلفا هلیکس تشکیل نمی‌دهد. پرولین یک آمینواسید غیرقطبی است.

گلایسین

گلایسن ساده‌ترین آمینواسید غیرضروری بدن و زیرواحد اصلی کلاژن است. زنجیره جانبی این مولکول از یک اتم هیدروژن تشکیل می‌شود. به همین دلیل در تشکیل بسیاری از ساختارهای پروتئین شرکت می‌کند. گلایسین یکی از آمینواسیدهای غیرقطبی است.

ایزومر فضایی آمینو اسید چیست ؟

ایزومرهای فضایی، مولکول‌های هستند که ساختار شیمیایی یکسانی دارند اما گروه‌های عاملی آن‌ها در جهات مختلف قرار می‌گیرد. با توجه به زاویه ثابت سه گروه آمین-کربن و کروبکسیل، هیدروژن و زنجیره جانبی در دو موقعیت قرار می‌گیرند که سبب ایجاد دو ایزمر فضایی L- و D- برای یک مولکول آمینواسید می‌شود. بلور این دو ایزومر، نور قطبیده را در دو جهت مخالف راست (D) و چپ (L) می‌چرخاند. تنها ایزومر L در ساختار پروتئین‌های پستانداران شرکت می‌کند.

آمینو اسیدهای ضروری و غیرضروری کدامند ؟

در بخش‌های قبلی خواندیم که آمینو اسید چیست و چه دسته‌بندی‌هایی دارد. در این بخشی یکی از این دسته‌بندی‌ها یعنی آمینواسیدهای ضروری، غیرضروری و شرطی را بررسی می‌کنیم.

• آمینواسیدهای ضروری: لوسین، ایزولوسین، والین، لیزین، متیونین، فنیل آلانین، ترئونین، هیستیدین و تریپتوفان آمینواسیدهای ضروری هستند که آنزیم‌های سنتز آن‌ها در بدن پستانداران وجود ندارد.
• آمینواسیدهای غیرضروری: آلانین، آسپارژین، آسپارتیک‌اسید، گلوتامیک‌اسید، آرژنین، سیستئین، گلوتامین، گلایسین، پرولین، سرین و تیروزین، آمینواسیدهای غیرضروری هستند که بدن نیاز به دریافت آن‌ها از رژیم غذایی ندارد.
• آمینواسیدهای نیمه ضروری: آرژینین، سیستئین، گلوتامین، تیروزین، گلایسین، پرولین و سرین، هفت آمینواسید غیرضروری هستند که در شرایط غیرعادی ازجمله تنش‌های شدید، تمرین ورزشی مداوم و مصرف داروهای شیمی‌درمانی دریافت‌های آن‌ها از رژیم غذایی ضروری است.

نقش آمینو اسیدهای ضروری چیست ؟

۹ آمینواسید ضروری بدن، آمینواسیدهای استانداری هستند که به طورمستقیم (مولکول‌های تنظیمی) یا غیرمستقیم (شرکت در ساختار پروتئین) در تنظیم فرایندهای مختلف بدن نقش دارند.

هیستیدین

هیستیدین مولکول پیش‌ساز بسیاری از هورمون‌ها و متابولیت‌های مهم تنظیم عملکرد کلیه، لوله گوارش، سیستم ایمنی و انتقال پیام عصبی است. این آمینواسید در تشکیل هموگلوبین و گلبول‌های قرمز خون شرکت می‌کند. به علاوه هیستیدین در توالی پروتئینی جایگاه فعال بسیاری از آنزیم‌ها وجود دارد. کمبود این آمینواسید در بدن منجر به آنمی، اختلال عملکرد کلیه، استرس اکسیداتیو و اختلال‌های التهابی می‌شود.

ایزولوسین

ایزولوسین یکی از سه آمینواسید شاخه‌دار است که با افزایش سرعت سنتز پروتئین در ماهیچه‌های اسکلتی، در افزایش حجم این بافت نقش دارد. به علاوه این آمینواسید در تنظیم مصرف گلوکز، تکامل روده و عملکرد سیستم ایمنی مشارکت می‌کند.

لیزین

لیزین یکی از زیرواحدهای اصلی فاکتورهای رشد است. به همین دلیل مصرف آن برای رشد و تقسیم سلولی ضروری است. به علاوه لیزین آمینواسیدی است که در متابولسیم چربی‌ها نقش دارد و کمبود آن منجر به کم‌خونی، اختلال متابولیسم چربی، کاهش سرعت ترمیم زخم، کاهش حجم ماهیچه و نقص بافت پیوندی می‌شود. افزایش غلظت لیزین بدن با اختلال‌های دستگاه عصبی همراه است.

متیونین

میتونین اولین آمینواسیدی است که در تشکیل زنجیره پلی‌پپتیدی همه پروتئین‌ها شرکت می‌کند. ممکن است این آمینواسید در تغییرات پس از ترجمه حذف شود اما بدون حضور آن هیچ پروتئینی ترجمه نمی‌شود. به همین دلیل یکی از مهم‌ترین آمینواسیدهای بدن است. این آمینواسید یکی از زیرواحدهای اصلی پروتئین‌های غضروف، ناخن و ساختار مو است.

فنیل آلانین

فنیل آلانین پیش‌ماده‌ای برای سنتز مولکول‌های کتکول‌آمین در بدن است. کتول‌آمین‌ها انتقال‌دهنده‌های عصبی هستند که بدون حضور آن‌ها بسیاری از عملکردهای سیستم عصبی مرکزی ازجمله تنظیم خلق دجار اختلال می‌شود. به علاوه فنیل آلانین در تنظیم ترشح انسولین و گلوکاگون شرکت می‌کند. کمبود این آمینواسید با گیجی، کاهش حافظه، افسردگی و کاهش انرژی بدن همراه است. اما مصرف بیش از اندازه آن در روز (غلظت بیش از ۵۰۰۰ میلی‌گرم در روز) منجر به ایجاد سمیت در سیستم عصبی و اختلال عملکرد نورون می‌شود.

تروئونین

افزایش میزان تروئونین در بدن، جذب آمینواسیدهای دیگر ازجمله فنیل آلانین را افزایش می‌دهد. این آمینواسید در سنتز انتقال‌دهنده‌های عصبی مغز، تشکیل بافت ماهیچه‌ای و عملکرد صحیح سیستم ایمنی نقش دارد.

تریپتوفان

تریپتوفان یکی از مولکول‌های پیش‌ساز در بسیاری از مسیرهای سنتزی بدن است. بدون حضور این آمینواسید نیاسین (ویتامین B۳)، ملاتونین (هورمون تنظیم خواب) و سروتونین (نروترنسمیتر تنظیم خلق) بدن تولید نمی‌شود. کمبود تریپتوفان با افسردگی و اختلال خواب همراه است.

نقش آمینواسیدهای غیرضروری چیست ؟

این آمینواسیدها به‌وسیله واکنش‌های آنزیمی بدن سنتز می‌شوند و سنتز آن‌ها در اندام‌های مختلف بدن انجام می‌شود. این آمینواسیدها در پروتئین‌های دریافتی رژیم غذایی نیز وجود دارند و مصرف آن‌ها به سنتز پروتئین‌های بدن کمک می‌کند.

آلانین و گلوتامین

آلانین و گلوتامین در سلول‌های ماهیچه اسکلتی و از پیرووات تولید می‌شوند. در زمان فعالیت شدید، سلول از این آمینواسیدها برای تامین انرژی استفاده می‌کند. به علاوه، آلانین برای سنتز تریپتوفان و عملکرد صحیح سیستم عصبی مرکزی ضروری است. گلوتامین بعد از گلوکز منبع اصلی تامین انرژی در توده‌های سرطان است.

آرژینین

یکی از آمینواسیدهای شرطی یا نیمه‌ضروری است که نوزادان به مصرف آن نیاز دارند. این آمینواسید با شرکت در ساختارهای پروتئینی سیستم ایمنی، در افزایش تولید سلول‌های T شرکت می‌کند. آرژینین با شرکت در ساختار پروتئین در تنظیم ترشح هورمون رشد و انسولین، تجزیه آمونیاک در کبد و ترمیم زخم پوست نقش دارد.

آسپارژین

وجود آمین در زنجیره جانبی، این آمینواسید را به یکی از زیرواحدهای اصلی گلیکوپروتئین‌ها تبدیل می‌کند که با ایجاد پیوند کووالانسی به زنجیره کربوهیدارتی متصل می‌شود.

آسپارتیک‌اسید

آسپارتیک‌اسید یکی از ترکیبات حدواسط چرخه کربس و اوره است که در سنتز بسیاری از آمینواسیدهای دیگر شرکت می‌کند. این آمینواسید در ساقه مغز و نخاع نوعی انتقال‌دهنده عصبی تحریکی و اثر آن مخالف گلایسین است. به همین دلیل اختلال در غلظت این دو آمینواسید غیرضروری بسیاری از عملکردهای بدن را دچار مشکل می‌کند.

سیستئین

متیونین و سیستئن دو اسیدآمینه گوگردی هستند که در ساختار پروتئین شرکت می‌کنند. زنجیره جانبی سیستئین از گروه عاملی تیول (SH) تشکیل شده است که در تشکیل پیوندهای دی‌سولفیدی ساختار سوم و چهارم پروتئین بسیار مهم است. از ترانس‌متیلاسیون میتیونین، هموسیستئین و از ترانس‌سولفوراسیون هموسیستئین، آمینواسید سیستئین در بدن سنتز می‌شود. سیستئین علاوه بر ساختار پروتئین‌ها ازجمله بتاکراتین و کلاژن، در سنتز استیل کوآنزیم A و گلوتاتیون شرکت می‌کند. همچنین پیرووات و تائورین از تغییر این آمینواسید سنتز می‌شوند.

گلوتامیک‌اسید

گلوتامیک‌اسید انتقال‌دهنده عصبی تحریکی در سیستم عصبی مرکزی و پیش‌ساز GABA (گاما آمینوبوتیریک‌اسید)، انتقال‌دهنده عصبی مهاری در مغز و نخاع است.

پرولین

پرولین از تغییر آمینواسید گلوتامین، به‌وسیله آنزیم پرولین هیدروکسیلاز و فاکتورهای کمکی اکسیژن، ویتامین C و آهن در بدن سنتز می‌شود. این آمینواسید در شرایط استرس یکی از منابع انرژی بدن است. پرولین یکی از ۱۸ آمینواسید استانداردی است که در ساختار کلاژن شرکت می‌کنند. به همین دلیل تجزیه کلاژن، مسیر دوم بدن برای تولید پرولین است.

سرین

سرین ناقل متیل در بسیاری از واکنش‌های آنزیمی بدن است. به همین دلیل سنتز کراتین، اپی‌نفرین، DNA و RNA در نبود یا کمبود این مولکول دچار اختلال می‌شود. غلظت سرین در سلول‌های سرطانی افزایش می‌یابد و ایزومر D این مولکول در تنظیم عصبی نقش دارد. به علاوه گلایسین، سیستئین، تائورین و فسفولیپیدها بدون سرین سنتز نمی‌شوند.

تیروزین

تیروزین علاوه بر شرکت در ساختار پروتئن‌های ساختاری و عملکردی متفاوت، مولکول پیش‌ساز تعدادی از انتقال‌دهنده‌های عصبی (دوپامین و نورآدرنالین) هورمون‌ها (ملاتونین و تیروکسین) است.

آمینو اسید غیراستاندارد و استاندار چیست ؟

آمینواسیدهای غیراستاندارد به دو دسته تقسیم می‌شوند. گروه اول این آمینواسیدها در زنجیره پلی‌پپتیدی وجود دارند و بر اثر تغییرات شیمیایی پس از ترجمه ایجاد می‌شود. اضافه شدن گروه‌های آمینی، کربوکسیل، فسفات یا سولفات ازجمله تغییراتی هستند که این آمینواسیدها را ایجاد می‌کنند. برای مثال اضافه شدن گروه کربوکسیل به گلوتامات تمایل این مولکول به کلسیم را افزایش می‌هد یا هیدروکسیله شدن پرولین برای عملکرد بافت پیوندی ضروری است.

دسته دوم آمینواسیدهای غیراستاندارد کدون mRNA ندارند و در ساختار زنجیره پلی‌پپتیدی شرکت نمی‌کنند. در سلول‌های جانوری این آمینواسیدها مولکول‌های پیام‌رسان سیستم عصبی یا مولکول‌های حدواسط چرخه‌های مختلف هستند. اورنیتین، سیترولین و گاما آمینوبوتیریک اسید ازجمله آمینواسیدهای این گروه هستند. بخش زیادی از نیتروژن موجود در بدن پستانداران به شکل اوره از دفع می‌شود. این ترکیب در میتوکندری سلول‌های کبدی از آمونیاک تشکیل می‌شود. اورنیتین و سیترولین دو آمینواسید حدواسط در این چرخه هستند. حضور این دو آمینواسید برای تشکیل آمینواسید آرژینین ضروری است.

نقش آمینو اسیدهای استاندار در سنتز پروتئین

بسیاری از ساختارها و فعالیت‌های سلولی وابسته به پروتئین‌ها و پروتئین‌ها وابسته به آمینواسیدها هستند. در بخش‌های قبلی توضیح دادیم آمینواسیدهای استاندارد در سنتز پروتئین‌ها شرکت می‌کنند. اولین مرحله سنتز پروتئین رونویسی ژن‌ها و تشکیل mRNA است. در مرحله بعد mRNA از هسته خارج شده و با کمک ریبوزوم‌ها و tRNA‌های متصل به آمینواسید پروتئین سنتز می‌شود. پیوند پپتیدی نوعی پیوند کووالانسی است که برای تشکیل پروتئین بین گروه آمین و کربوکسیل آمینواسید برقرار می‌شود.

مکمل‌های آمینو اسید در بدنسازی کدامند ؟

والین، لوسین و ایزولوسین آمینواسیدهای BCAA یا شاخه‌داری (Branched-Chain Amino Acid) هستند که در ساختار پروتئین‌های مختلف بدن شرکت می‌کنند. بخش زیادی از پروتئین‌های ماهیچه از این سه آمینواسید تشکیل شده است و در مواقع فعالیت زیاد ماهیچه‌های اسکلتی از این مولکول برای تامین انرژی بهره می‌برد. به همین دلیل مکمل‌های BCAA یکی از پرمصرف‌ترین انواع مکمل آمینواسیدی در بدنسازی هستند. این آمینواسیدها در موادغذایی پروتئینی ازجمله تخم‌مرغ، گوشت و محصولات لبنی وجود دارد.

آمینو اسیدهای مهم در گیاهان کدامند ؟

آمینواسیدهای گیاهی مثل آمینواسیدهای جانوران علاوه بر تشکیل پروتئین‌های ساختاری و عملکردی، مولکول‌های تنظیمی هستند که به گیاه برای مقابله با تنش‌های محیطی و سنتز سایر مولکول‌های موردنیاز گیاه کمک می‌کنند. سلول‌های گیاهی تمام ۲۰ اسیدآمینه طبیعی را می‌سازند. به همین دلیل منابع غذایی گیاهی یکی از راه‌های تامین آمینواسیدهای ضروری برای انسان است. پرولین و گلوتامین دو آمینواسیدی هستند که در تنش‌های محیطی از گیاه محافظت می‌کنند.

• پرولین: این آمینواسید از گیاه در برابر رادیکال‌های آزاد محافظت می‌کند. به علاوه سنتز پرولین در تنش‌های آبی به تنظیم فشار اسمزی سلول و حفظ ساختار یکپارچه آن کمک می‌کند.
• گلوتامین:گلوتامین آمینواسیدی است که در سنتز کلروفیل، گلوتاتیون، پرولین و آرژینین نقش دارد.

جمع‌بندی

در این مطلب توضیح دادیم که آمینواسیدها مولکول‌های آلی هستند که تنها نقش ان‌ها در بدن شرکت در ساختار پروتئین نیست. وجود این ترکیبات برای سنتز بسیاری از انتقال‌دهنده‌های عصبی و ادامه یافتن بعضی چرخه‌های تشکیل مواد ازجمله کربس ضروری است. آمینواسیدها را می‌توان بر اساس نوع نیاز بدن به دو دسته ضروری (آنزیم سنتز آن در بدن نیست و باید از رژیم غذایی دریافت شود) و غیرضروری (در بدن سنتز می‌شوند) تقسیم کرد.