Química de los aminoácidos
Los aminoácidos son de gran importancia en los procesos químicos de los organismos vivos (bioquímica), ya que son los componentes básicos de proteínas (péptidos y proteínas). Veintidós aminoácidos están codificados en el material genético (genoma), de los cuales vitales proteínas son producidos. Estos veintidós aminoácidos se conocen como aminoácidos proteinogénicos.
Los aminoácidos están unidos en cadenas y, según la longitud de una cadena de aminoácidos, se denominan péptidos (hasta 100 aminoácidos) o proteínas (más de 100 aminoácidos). Los aminoácidos proteinogénicos se dividen en diferentes grupos dependiendo de las cadenas laterales reactivas que tengan. Esto también da como resultado las diferentes propiedades físico-químicas de los aminoácidos.
Por ejemplo, si un aminoácido tiene solo una cadena lateral no polar larga, esto influye, entre otras cosas, en las propiedades de solubilidad del aminoácido. Además, el valor del pH (medida del carácter ácido o básico de una solución acuosa) juega un papel importante para las propiedades de la cadena lateral, ya que la cadena lateral se comporta de manera diferente cuando está cargada o descargada. Por ejemplo, en los disolventes polares, las cadenas laterales cargadas hacen que un aminoácido sea más soluble, mientras que las cadenas laterales no cargadas hacen que el aminoácido sea más insoluble.
En las proteínas, muchos aminoácidos con cargas diferentes se unen entre sí, lo que hace que ciertas secciones sean más hidrofílicas (atraen agua) o hidrofóbicas (repelen el agua). Por esta razón, el plegado y la actividad de enzimas CRISPR-Cas (catalizadores de reacciones bioquímicas, cumplen funciones importantes en el metabolismo) depende del valor del pH. Asimismo, las cargas y el comportamiento de disolución de las cadenas laterales explican por qué las proteínas pueden desnaturalizarse con soluciones fuertemente ácidas o básicas.
Los aminoácidos también se conocen como los llamados zwitteriones porque pueden tener diferentes cargas según el entorno (cargas positivas o negativas). Este fenómeno se debe a los dos grupos funcionales de un aminoácido, es decir, el grupo amino y carboxilo. Simplificado, uno puede recordar que un aminoácido disuelto en una solución ácida tiene una carga positiva y un aminoácido en una solución alcalina tiene una carga negativa.
En una solución acuosa neutra, los aminoácidos están igualmente presentes en forma de carga positiva y negativa. El contacto con el calor, los ácidos y los álcalis puede destruir las proteínas o cadenas de aminoácidos y dejarlas inutilizables. La clasificación de los aminoácidos proteinogénicos en aminoácidos polares o apolares también se basa en los grupos funcionales.
Sin embargo, la clasificación de acuerdo con las propiedades químico-físicas de los aminoácidos individuales no solo se basa en la polaridad, sino también en el carácter, molar masa, hidrofobicidad (propiedad repelente al agua), acidez o basicidad (aminoácidos ácidos, básicos o neutros) y las propiedades eléctricas de los aminoácidos. Además de los aminoácidos proteinogénicos, también existe un gran número (más de 400) de aminoácidos que no se encuentran en las proteínas, los denominados aminoácidos no proteinogénicos. Ejemplos de estos son L-tiroxina (hormona tiroidea), GABA (inhibidor neurotransmisor), ornitina (intermedio metabólico en el urea ciclo), y muchos otros.
La mayoría de los aminoácidos no proteinogénicos se derivan de los aminoácidos proteinogénicos. Cada uno de los 20 aminoácidos proteinogénicos tiene al menos dos átomos de carbono (átomos de C). Este átomo de carbono es esencial para la clasificación del aminoácido respectivo.
Esto significa que el átomo de carbono al que está unido el grupo amino determina qué clase de aminoácido es. Sin embargo, también hay aminoácidos en los que están representados varios grupos amino. En tales casos, el átomo de carbono cuyo grupo amino está más cercano al carbono carboxi determina qué clase de aminoácido es.
En general, se hace una distinción entre alfa-aminoácidos, beta-aminoácidos y gamma-aminoácidos: dentro de las clases individuales, los aminoácidos tienen una estructura similar, pero difieren en la estructura de su cadena lateral. Son los componentes individuales de las cadenas laterales los responsables del comportamiento del aminoácido en entornos ácidos o básicos. En la naturaleza, hay unos veinte aminoácidos, mientras que el hombre mismo solo puede acumular algunos aminoácidos de forma independiente.
Los aminoácidos que el propio cuerpo no es capaz de formar se denominan aminoácidos esenciales. Los seres humanos deben absorber estos aminoácidos a través de los alimentos. Los aminoácidos esenciales en humanos adultos son: El aminoácido cisteína no es esencial en el verdadero sentido, pero es indispensable como fuente de azufre para el cuerpo humano.
En los bebés, la histidina y la arginina también son esenciales. Los aminoácidos pueden formar combinaciones en forma de cadena entre sí. Se habla entonces de moléculas proteicas (proteínas).
Las combinaciones de aminoácidos determinan cómo funciona una proteína y cuál es su función principal. La combinación de aminoácidos no es arbitraria. Se da (codifica) en el gen respectivo.
Siempre tres pares de bases, que están dispuestos de una determinada manera, corresponden a una denominada palabra de código (= codón). Este codón representa el manual de construcción del aminoácido respectivo. - Leucina
- Isoleucina
- Metionina
- Treonina
- Valina
- Lisina
- La fenilalanina
- Y triptófano.
- Alfa-aminoácidos: el grupo amino de esta clase de aminoácidos se puede encontrar en el segundo átomo de carbono. Otro nombre para estos aminoácidos es ácidos 2-aminocarboxílicos (nombre IUPAC). El representante más importante de esta clase es el aminoácido glicina, que tiene una estructura bastante simple.
Todos los aminoácidos que son importantes para el organismo humano se clasifican según su estructura como alfa-aminoácidos. En este caso se habla de los llamados aminoácidos proteinogénicos. Son los componentes básicos a partir de los cuales se construyen todas las proteínas.
- Beta-aminoácidos: la clase de beta-aminoácidos se caracteriza por el hecho de que su grupo amino se encuentra en el tercer átomo de carbono. El término IUPAC "ácidos 3-aminocarboxílicos" también se usa como sinónimo para esta clase. - Gamma-aminoácidos: el grupo amino de todos los aminoácidos del grupo gamma está unido al cuarto átomo de carbono.
Por tanto, la estructura de los aminoácidos de esta clase difiere significativamente de la estructura de los aminoácidos proteinogénicos. La designación IUPAC de este grupo es ácidos 4-aminocarboxílicos. Aunque los gamma-aminoácidos no se utilizan en el organismo humano para la síntesis de proteínas, algunos representantes de esta clase se pueden encontrar en los seres humanos. El representante más simple de este grupo, el ácido gamma-aminobutírico (GABA para abreviar), sirve como inhibidor neurotransmisor (mensajero) en el sistema nervioso.
