Содержание · 7 разделов
Аминокислоты — структурные единицы белков, определяющие их свойства и функции. В организме человека 20 протеиногенных аминокислот, из них 8 незаменимых. Знание классификации, свойств и метаболизма аминокислот — основа биохимии и клинической медицины. В этой статье — полная систематизация с клиническими корреляциями.
Общая структура аминокислот
Все протеиногенные аминокислоты — α-аминокислоты с общей формулой:
- α-углерод (хиральный, кроме глицина) — связан с 4 группами:
- Аминогруппа (−NH₂)
- Карбоксильная группа (−COOH)
- Атом водорода (−H)
- Радикал (R-группа) — определяет свойства аминокислоты
В физиологическом pH 7,4 аминокислоты существуют как цвиттерионы (−NH₃⁺ и −COO⁻). Все протеиногенные аминокислоты — L-изомеры.
Классификация по свойствам R-группы
| Группа | Аминокислоты | Характеристика |
|---|---|---|
| Неполярные (гидрофобные) | Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met, Phe, Trp | Располагаются внутри глобулярных белков, стабилизируют структуру |
| Полярные незаряженные | Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn, Gln | Образуют водородные связи, участвуют в катализе |
| Положительно заряженные (основные) | Lys, Arg, His | При pH 7,4 несут (+) заряд. His — единственная с pKa ~6, буферная при физиологическом pH |
| Отрицательно заряженные (кислые) | Asp, Glu | При pH 7,4 несут (−) заряд. Глутамат — главный возбуждающий нейромедиатор |
Незаменимые аминокислоты
8 аминокислот не синтезируются в организме человека и должны поступать с пищей:
Мнемоника: «Фен Вал Три Лей Иле Лиз Мет Тре» (PVT TIM HALL: Phe, Val, Trp, Thr, Ile, Met, His*, Arg*, Leu, Lys)
| Аминокислота | Однобуквенный код | Функция / дефицит |
|---|---|---|
| Фенилаланин (Phe) | F | Предшественник тирозина → дофамин, норадреналин. Дефект: фенилкетонурия (ФКУ) |
| Валин (Val) | V | BCAA (с разветвлённой цепью) — метаболизируется в мышцах |
| Триптофан (Trp) | W | Предшественник серотонина и мелатонина, НАД⁺ (ниацин). Дефицит → пеллагра |
| Треонин (Thr) | T | Гликозилирование белков, синтез муцинов |
| Изолейцин (Ile) | I | BCAA, кетогенная и глюкогенная одновременно |
| Метионин (Met) | M | Донор метильных групп (через SAM), инициирующая АК в трансляции |
| Лейцин (Leu) | L | BCAA, чисто кетогенная (вместе с лизином). Активатор mTOR |
| Лизин (Lys) | K | Чисто кетогенная, гидроксилирование → входит в состав коллагена |
*His и Arg — условно незаменимые (незаменимы у детей).
Глюкогенные и кетогенные аминокислоты
- Глюкогенные — метаболизируются до пирувата или интермедиатов ЦТК → могут давать глюкозу (глюконеогенез). Большинство аминокислот
- Кетогенные — метаболизируются до ацетил-КоА или ацетоацетата → кетоновые тела. Чисто кетогенные только Leu и Lys
- Смешанные (и глюко-, и кетогенные): Ile, Phe, Thr, Trp, Tyr
Мнемоника для кетогенных: «Only Leucine and Lysine are purely Ketogenic» → LL.
Посттрансляционные модификации
- Гидроксилирование пролина и лизина (витамин C!) → коллаген. Дефицит витамина C → цинга (непрочный коллаген)
- Фосфорилирование серина, треонина, тирозина → регуляция ферментов (киназы/фосфатазы)
- Карбоксилирование глутамата (витамин K!) → факторы свёртывания (II, VII, IX, X)
- Метилирование лизина и аргинина в гистонах → регуляция экспрессии генов
- Дисульфидные связи между цистеинами → стабилизация третичной структуры (иммуноглобулины, инсулин)
Клинические корреляции
| Заболевание | Дефект | Аминокислота |
|---|---|---|
| Фенилкетонурия (ФКУ) | Дефицит фенилаланингидроксилазы | ↑ Phe, ↓ Tyr |
| Болезнь кленового сиропа | Дефицит дегидрогеназы α-кетокислот BCAA | ↑ Val, Leu, Ile |
| Гомоцистинурия | Дефицит цистатионин-β-синтазы | ↑ гомоцистеин, ↓ цистеин |
| Алкаптонурия | Дефицит гомогентизатоксидазы | ↑ гомогентизиновая кислота (из Tyr) |
| Цинга | Дефицит витамина C → нарушение гидроксилирования | Pro, Lys в коллагене |
Часто задаваемые вопросы
Почему лейцин и лизин — чисто кетогенные?
Их катаболизм даёт только ацетил-КоА и/или ацетоацетат. Ацетил-КоА не может быть преобразован в пируват или ОАА (у человека нет глиоксилатного цикла) → не может давать глюкозу. Все остальные аминокислоты хотя бы частично глюкогенные.
Зачем нужен скрининг новорождённых на ФКУ?
Фенилкетонурия (1:10000) — без лечения накопление фенилаланина вызывает тяжёлую умственную отсталость. Ранняя диагностика (тест Гатри на 4-5 день жизни) и безфенилаланиновая диета предотвращают повреждение мозга. Это один из самых успешных примеров неонатального скрининга.
Изучайте химию через интерактивные уроки на платформе. Связанные темы: цикл Кребса, митоз и мейоз, антибиотики. Используйте клинические калькуляторы для биохимических расчётов.