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Aminosäuren: Struktur, Klassifikation und Funktion

Aminosäuren sind organische Moleküle, die zusammen mit anderen Aminosäuren ein  Protein bilden. Aminosäuren sind lebenswichtig, da die von ihnen gebildeten Proteine ​​an praktisch allen  Zellfunktionen beteiligt  sind. Einige Proteine  fungieren  als Enzyme, einige als  Antikörper. während andere strukturelle Unterstützung bieten. Obwohl es in der Natur Hunderte von Aminosäuren gibt, werden Proteine ​​aus einem Satz von 20 Aminosäuren konstruiert.

Die zentralen Thesen

  • Fast alle Zellfunktionen beinhalten Proteine. Diese Proteine ​​bestehen aus organischen Molekülen, die Aminosäuren genannt werden.
  • Während es in der Natur viele verschiedene Aminosäuren gibt, werden unsere Proteine ​​aus zwanzig Aminosäuren gebildet.
  • Aus struktureller Sicht bestehen Aminosäuren typischerweise aus einem Kohlenstoffatom, einem Wasserstoffatom, einer Carboxylgruppe zusammen mit einer Aminogruppe und einer variablen Gruppe.
  • Basierend auf der variablen Gruppe können Aminosäuren in vier Kategorien eingeteilt werden: unpolar, polar, negativ geladen und positiv geladen.
  • Von den zwanzig Aminosäuren können elf vom Körper auf natürliche Weise hergestellt werden und werden als nicht essentielle Aminosäuren bezeichnet. Aminosäuren, die vom Körper nicht auf natürliche Weise hergestellt werden können, werden als essentielle Aminosäuren bezeichnet.

Struktur

Grundlegende Aminosäurestruktur: Alpha-Kohlenstoff, Wasserstoffatom, Carboxylgruppe, Aminogruppe, „R“ -Gruppe (Seitenkette). Yassine Mrabet / Wikimedia Commons

Im Allgemeinen haben Aminosäuren die folgenden strukturellen Eigenschaften:

  • Ein Kohlenstoff (der Alpha-Kohlenstoff)
  • Ein Wasserstoffatom (H)
  • Eine Carboxylgruppe (-COOH)
  • Eine Aminogruppe (-NH 2 )
  • Eine „variable“ Gruppe oder „R“ Gruppe

Bei allen Aminosäuren ist der Alpha-Kohlenstoff an ein Wasserstoffatom, eine Carboxylgruppe und eine Aminogruppe gebunden. Die „R“ -Gruppe variiert zwischen Aminosäuren und bestimmt die Unterschiede zwischen diesen Proteinmonomeren. Die Aminosäuresequenz eines Proteins wird durch die Informationen bestimmt, die im zellgenetischen Code gefunden werden. Der genetische Code ist die Sequenz von Nukleotidbasen in Nukleinsäuren. DNA und RNA ), die für Aminosäuren kodieren. Diese Gen. Codes nicht nur bestimmen die Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein, sondern sie auch ein Protein der Struktur und Funktion bestimmen.

Aminosäuregruppen

Aminosäuren können basierend auf den Eigenschaften der „R“ -Gruppe in jeder Aminosäure in vier allgemeine Gruppen eingeteilt werden. Aminosäuren können polar, unpolar, positiv oder negativ geladen sein. Polare Aminosäuren haben „R“ -Gruppen, die hydrophil sind. was bedeutet, dass sie Kontakt mit wässrigen Lösungen suchen. Unpolare Aminosäuren sind insofern umgekehrt (hydrophob), als sie den Kontakt mit Flüssigkeiten vermeiden. Diese Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei der Proteinfaltung und verleihen Proteinen ihre 3-D-Struktur. Nachfolgend finden Sie eine Auflistung der 20 Aminosäuren, die nach ihren „R“ -Gruppeneigenschaften gruppiert sind. Die unpolaren Aminosäuren sind hydrophob. während die übrigen Gruppen hydrophil sind.

Unpolare Aminosäuren

  • Ala: AlaninGly: Glycin   Ile: IsoleucinLeu: Leucin
  • Erfüllt: Methionin   Trp: Tryptophan Phe: Phenylalanin Pro: Prolin
  • Val : Valine

Polare Aminosäuren

  • Cys: Cystein  Ser: SerinThr: Threonin
  • Tyr: TyrosinAsn: Asparagin  Gln: Glutamin

Polare basische Aminosäuren (positiv geladen)

  • Sein: Histidin   Lys: LysinArg: Arginin

Polare saure Aminosäuren (negativ geladen)

  • Asp: AspartatGlu: Glutamat

Während Aminosäuren für das Leben notwendig sind, können nicht alle auf natürliche Weise im Körper produziert werden. Von den 20 Aminosäuren können 11 auf natürliche Weise hergestellt werden. Diese nicht essentiellen Aminosäuren sind Alanin, Arginin, Asparagin, Aspartat, Cystein, Glutamat, Glutamin, Glycin, Prolin, Serin und Tyrosin. Mit Ausnahme
von Tyrosin werden nicht essentielle Aminosäuren aus Produkten oder Zwischenprodukten entscheidender Stoffwechselwege synthetisiert. Zum Beispiel werden Alanin und Aspartat von Substanzen abgeleitet, die während der Zellatmung erzeugt werden. Alanin wird aus Pyruvat, einem Produkt der Glykolyse, synthetisiert . Aspartat wird aus Oxalacetat, einem Zwischenprodukt des Zitronensäurezyklus, synthetisiert. Sechs der nicht essentiellen Aminosäuren (Arginin, Cystein, Glutamin, Glycin, Prolin und Tyrosin) werden als bedingt essentiell angesehen, da im Verlauf einer Krankheit oder bei Kindern eine Nahrungsergänzung erforderlich sein kann. Aminosäuren, die nicht auf natürliche Weise hergestellt werden können, werden als essentielle Aminosäuren bezeichnet . Sie sind Histidin, Isoleucin, Leucin, Lysin, Methionin, Phenylalanin, Threonin, Tryptophan und Valin. Essentielle Aminosäuren müssen über die Nahrung aufgenommen werden. Übliche Nahrungsquellen für diese Aminosäuren sind Eier, Sojaprotein und Weißfisch. Im Gegensatz zum Menschen können Pflanzen alle 20 Aminosäuren synthetisieren.

Aminosäuren und Proteinsynthese

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme von DNA (pink). Während der Transkription werden mRNA-Stränge (grün) synthetisiert und durch Ribosomen (blau) translatiert.

DR. ELENA KISELEVA / Getty Images

Proteine ​​werden durch die Prozesse der DNA-Transkription und -Translation hergestellt. Bei der Proteinsynthese wird DNA zuerst transkribiert oder in RNA kopiert. Das resultierende RNA-Transkript oder die Messenger-RNA (mRNA) wird dann translatiert, um Aminosäuren aus dem transkribierten genetischen Code zu produzieren. Organellen namens Ribosomen und ein anderes RNA-Molekül namens Transfer-RNA helfen bei der Translation von mRNA. Die resultierenden Aminosäuren werden durch Dehydratisierungssynthese miteinander verbunden, ein Prozess, bei dem eine Peptidbindung zwischen den Aminosäuren gebildet wird. Eine Polypeptidkette wird gebildet, wenn eine Anzahl von Aminosäuren durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind. Nach mehreren Modifikationen wird die Polypeptidkette zu einem voll funktionsfähigen Protein. Eine oder mehrere Polypeptidketten, die zu einer 3-D-Struktur verdreht sind, bilden ein Protein .

Biologische Polymere

Während Aminosäuren und Proteine ​​eine wesentliche Rolle für das Überleben lebender Organismen spielen, gibt es andere biologische Polymere. die ebenfalls für eine normale biologische Funktion notwendig sind. Kohlenhydrate. Lipide und Nukleinsäuren bilden neben Proteinen die vier Hauptklassen organischer Verbindungen in lebenden Zellen.

Quellen

  • Reece, Jane B. und Neil A. Campbell. Campbell Biology . Benjamin Cummings, 2011.

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