تحقیق در مورد اسید آمینه ( آمینو اسید ) و انواع آن

اسیدهای آمینه مانند آجرهای ساختمان بدن ما هستند. این مولکول‌های کوچک و مهم، واحدهای سازنده پروتئین‌ها به شمار می‌روند. پروتئین‌ها نیز برای رشد، ترمیم و عملکرد درست تمام بخش‌های بدن ما ضروری هستند.

هر اسید آمینه از یک ساختار اصلی و ساده تشکیل شده است. این ساختار شامل یک مرکز کربن است که به چهار بخش مختلف متصل شده است:

* یک گروه آمینه (بخشی که شامل نیتروژن است)
* یک گروه کربوکسیل (بخشی که خاصیت اسیدی دارد)
* یک اتم هیدروژن
* یک زنجیره جانبی منحصربه‌فرد (که با حرف R نشان داده می‌شود)

این زنجیره جانبی یا گروه R است که مشخص می‌کند هر اسید آمینه چه ویژگی‌هایی دارد و چه کاری می‌تواند انجام دهد. برخی از این زنجیره‌ها آب‌گریز هستند، برخی آب‌دوست، برخی بار الکتریکی مثبت و برخی بار منفی دارند.

وقتی این اسیدهای آمینه کنار هم قرار می‌گیرند و به هم متصل می‌شوند، زنجیره‌های بلندی به نام پلی‌پتید را تشکیل می‌دهند. این زنجیره‌ها سپس با تا خوردن و پیچیدن به شکل‌های پیچیده سه‌بعدی درمی‌آیند و در نهایت به پروتئین‌های کامل و فعال تبدیل می‌شوند.

آشنایی با اسید آمینه یا آمینو اسیدها

اسیدهای آمینه مولکول‌هایی هستند که در علم شیمی مطالعه می‌شوند. این مولکول‌ها دارای دو بخش اصلی به نام‌های گروه آمینه و گروه کربوکسیلیک اسید هستند. در واقع، اسیدهای آمینه مانند آجرهای سازنده پروتئین‌ها در بدن موجودات زنده عمل می‌کنند. وقتی بدن می‌خواهد پروتئین بسازد، این واحدهای سازنده بر اساس دستورهای دریافتی از مولکولی به نام RNA پیام‌رسان، کنار هم قرار می‌گیرند و به یکدیگر متصل می‌شوند.

نحوه تبدیل اسید آمینه ها به پروتئین

پروتئین‌ها از به هم پیوستن زنجیره‌های بلندی به نام پلی‌پپتید ساخته می‌شوند. هر زنجیره پلی‌پپتید نیز خود از واحدهای کوچکی به نام اسید آمینه تشکیل شده است. این اسیدهای آمینه مانند دانه‌های یک گردنبند، با پیوندهای شیمیایی مخصوصی به نام پیوند پپتیدی به هم متصل می‌شوند.

چیدمان اسیدهای آمینه در این زنجیره، کاملاً بر اساس دستورالعمل‌های موجود در ژن‌ها انجام می‌شود. در واقع، DNA درون هر سلول، مانند یک نقشه کامل ژنتیکی عمل می‌کند. اما سلول‌ها نمی‌توانند مستقیماً پیام DNA را بخوانند. بنابراین، اینجا است که RNA وارد عمل می‌شود تا اطلاعات را ترجمه کند.
اگر DNA را یک نقشه ساختمان‌سازی در نظر بگیریم، RNA مانند یک معمار است که این نقشه را می‌خواند و عملیات ساخت پروتئین را اجرا می‌کند. RNA (اسید ریبونوکلئیک) یک اسید نوکلئیک است که همانطور که گفتیم در ساخت پروتئین‌ها در سلول نقش دارد. اسیدهای نوکلئیک خانواده بزرگی از مولکول‌ها هستند که شامل DNA (اسید دئوکسی ریبونوکلئیک) و RNA می‌شوند.

بنابراین، اولین قدم این است که اطلاعات DNA به RNA تبدیل شود؛ فرآیندی که به آن “رونویسی” می‌گویند. در مرحله بعد، RNA ساخته شده “ترجمه” می‌شود. رشته‌های mRNA که در مرحله رونویسی تولید می‌شوند، حاوی کدهای ژنتیکی برای چیدن اسیدهای آمینه به ترتیب صحیح هستند. این اسیدهای آمینه در نهایت یک پروتئین را می‌سازند. (کد ژنتیکی مجموعه‌ای از قوانین است که مشخص می‌کند چگونه کد چهار حرفی DNA به کد بیست حرفی اسیدهای آمینه ترجمه شود.)

در پایان، اسیدهای آمینه طی فرآیند ترجمه در جای درست خود قرار می‌گیرند و زنجیره پلی‌پپتیدی را تشکیل می‌دهند. اگر در این فرآیند اشتباهی رخ دهد و یک اسید آمینه در جای نادرستی از زنجیره قرار بگیرد، پیامدهای مهمی خواهد داشت.
در بسیاری از موارد، این اشتباه باعث می‌شود پلی‌پپتید نتواند پروتئین درستی بسازد و پروتئین تولیدشده غیرفعال می‌شود. این وضعیت ممکن است باعث از کار افتادن برخی ویژگی‌ها یا فرآیندها در یک فرد شود.

مفید یا مضر بودن این تغییر به این بستگی دارد که فرد با این تغییر جدید چقدر می‌تواند با محیط زندگی خود سازگار شود. اگر تغییر در اسید آمینه مفید باشد، این ویژگی انتخاب خواهد شد و فرد می‌تواند به زندگی خود ادامه داده و تولید مثل کند و در نتیجه، این توالی جدید اسید آمینه را تثبیت و گسترش دهد.

نقش اسید آمینه در بدن

بخش عمده‌ای از سلول‌ها، ماهیچه‌ها و بافت‌های بدن ما از اسیدهای آمینه تشکیل شده‌اند. این مواد وظایف مهمی در بدن بر عهده دارند؛ مثلاً به سلول‌ها شکل و ساختار می‌دهند. اسیدهای آمینه همچنین در جابه‌جایی و انبار کردن مواد غذایی در بدن نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند.

اسیدهای آمینه بر کارکرد اعضای بدن، غده‌ها، تاندون‌ها و رگ‌ها تأثیر می‌گذارند. علاوه بر این، آن‌ها در بهبود زخم‌ها و بازسازی بافت‌ها — به ویژه در ماهیچه‌ها، استخوان‌ها، پوست و مو — نقش کلیدی دارند. همچنین این مواد برای دفع تمام مواد زائدی که در اثر سوخت و ساز بدن تولید می‌شوند، کاملاً ضروری هستند.

انواع اسیدهای آمینه

• منو اسیدهای آمینه

  ◊ گلیسین (Gly): این اسید آمینه که با نام گلیکوکول هم شناخته می‌شود، تنها اسید آمینه‌ای است که کربن ناقرینه ندارد. این ماده به مقدار زیادی در ساختار پروتئین‌هایی مثل کلاژن، الاستین و ابریشم وجود دارد.

  ◊ آلانین (Ala): این اسید آمینه در همه انواع پروتئین‌ها به میزان قابل توجهی دیده می‌شود.

  ◊ والین (Val): این یک اسید آمینه ضروری برای بدن انسان است و در بیشتر پروتئین‌ها به مقدار کم وجود دارد.

  ◊ لوسین (Leu): لوسین نیز یک اسید آمینه ضروری برای انسان محسوب می‌شود و در بسیاری از پروتئین‌ها به مقدار فراوان یافت می‌شود.

  ◊ ایزولوسین (Ile): این اسید آمینه هم برای بدن انسان ضروری است، اما مقدار آن در پروتئین‌ها معمولاً کمتر از سایر اسیدهای آمینه است. ایزولوسین دارای دو کربن ناقرینه است.

  اسید آمینه الکل‌دار

  ◊ سرین (Ser): این اسید آمینه به مقدار زیادی در ابریشم وجود دارد. همچنین در تشکیل چربی‌ها و پروتئین‌های ترکیبی نیز نقش دارد.

  ◊ ترئونین (Thr): این یک اسید آمینه از نوع الکل‌دار است که برای بدن انسان ضروری محسوب می‌شود. مشابه ایزولوسین، این اسید آمینه نیز یک مرکز کربن نامتقارن اضافی دارد.

  اسیدهای آمینه گوگرددار

  ◊ سیستئین (Cys): این اسید آمینه در شکل‌دهی به ساختار سه‌بعدی پروتئین‌ها بسیار اهمیت دارد. دلیل این موضوع آن است که بخش سولفیدریل (SH) در دو مولکول سیستئین می‌تواند با از دست دادن هیدروژن، یک پیوند محکم شیمیایی ایجاد کند. این اتفاق یا بین دو سیستئین در یک زنجیره پروتئینی رخ می‌دهد یا بین دو سیستئین در دو زنجیره جداگانه. نتیجه این پیوند، تشکیل اسید آمینه‌ای جدید به نام سیستئین است.

  ◊ متیونین (Met): متیونین یکی از اسیدهای آمینه ضروری برای بدن انسان به شمار می‌رود، یعنی بدن نمی‌تواند آن را بسازد و باید از طریق غذا دریافت شود. مقدار این اسید آمینه در منابع پروتئینی معمولاً کم است.

  دی اسیدهای منو آمینه

  اسیدهای آمینه‌ای وجود دارند که در ساختار خود یک گروه آمینو و دو گروه کربوکسیلیک اسید دارند. به این نوع از اسیدهای آمینه، اسید آمینه اسیدی می‌گویند.

  ◊ اسید آسپارتیک (Asp): این اسید آمینه در ساختمان پروتئین‌ها به میزان قابل توجهی وجود دارد. میزان اسیدی بودن آن بالا است.

  ◊ اسید گلوتامیک (Glu): این اسید آمینه نیز در پروتئین‌ها به مقدار فراوان یافت می‌شود و کارکرد اصلی آن، جابجایی گروه آمین در فرآیندهای شیمیایی بدن است.

  اسیدهای آمینه آمیدی

  این ترکیبات در بخش ریشه خود دارای یک گروه آمیدی می‌باشند. این اسیدهای آمینه در ساختن پروتئین‌ها نقش داشته و همچنین در جابه‌جایی و انتقال آمونیاک در بدن عملکرد بسیار مهمی دارند.
  ◊ گلوتامین (Gln)
  ◊ آسپاراژین (Asn)

  اسیدهای آمینه دی آمین

  این دسته از اسیدهای آمینه یک گروه آمین اضافه دارند.

  ◊ لیزین (Lys): این اسید آمینه برای بدن انسان ضروری است و در بسیاری از پروتئین‌ها، به ویژه در برخی از آن‌ها مثل هیستون‌ها، به میزان زیادی وجود دارد. لیزین در ساخت کلاژن نیز نقش دارد. اما بعد از این که کلاژن ساخته شد، لیزین به دلتا هیدروکسی لیزین تغییر می‌یابد.

  ◊ آرژنین (Arg): این اسید آمینه در پروتئین‌هایی مانند هیستون و پروتامین به مقدار بسیار زیادی یافت می‌شود. آرژنین خاصیت بازی بسیار قوی دارد. به گروه انتهایی این اسید آمینه که دارای سه اتم نیتروژن است، گوانیدین گفته می‌شود.

  اسیدهای آمینه حلقوی

  بعضی از اسیدهای آمینه به خاطر داشتن حلقه بنزن، در دسته مواد معطر (آروماتیک) قرار می‌گیرند و بعضی دیگر نیز دارای یک حلقه هتروسیلیک هستند.

  ◊ فنیل‌آلانین (Phe): این اسید آمینه برای بدن انسان ضروری است و مقدار زیادی از آن در پروتئین‌ها وجود دارد. ساختار شیمیایی آن شامل یک حلقه بنزن و یک زنجیره جانبی آلانین است.

  ◊ تیروزین (Tyr): این اسید آمینه نیز در پروتئین‌ها به مقدار زیاد دیده می‌شود، اما حل‌شدن آن در آب کم است. به تیروزین، پاراهیدروکسی فنیل‌آلانین هم گفته می‌شود؛ زیرا از اکسید شدن فنیل‌آلانین به دست می‌آید.

  ◊ تریپتوفان (Trp): این اسید آمینه برای انسان ضروری است، اما مقدار آن در پروتئین‌ها کم است.

  ◊ هیستیدین (His): این اسید آمینه در همه پروتئین‌ها به مقدار کمی وجود دارد، اما در هموگلوبین میزان آن نسبتاً بیشتر است.

  ◊ پرولین (Pro): این اسید آمینه در پروتئین‌هایی مثل کلاژن و ابریشم به مقدار زیادی یافت می‌شود و نقش مهمی در شکل سه‌بعدی پروتئین‌ها دارد. در واقع پرولین که از حلقه ایمین به‌دست می‌آید، یک اسید ایمینه محسوب می‌شود. در کلاژن، بخشی از پرولین‌ها به هیدروکسی‌پرولین تبدیل می‌شوند.

  اسیدهای آمینه ضروری

  اسیدهای آمینه از نظر غذایی به دو گروه ضروری و غیرضروری تقسیم می‌شوند. اسیدهای آمینه ضروری آن دسته هستند که بدن نمی‌تواند آن‌ها را بسازد و باید از طریق غذا دریافت شوند. در مقابل، اسیدهای آمینه غیرضروری را سلول‌های بدن می‌توانند از مواد دیگر تولید کنند. جالب است بدانید که نوع اسیدهای آمینه ضروری در گونه‌های مختلف جانداران با یکدیگر تفاوت دارد.

  ساختار اسید آمینه

  هر واحد سازنده اسید آمینه، حول یک اتم کربن مرکزی به نام کربن آلفا شکل می‌گیرد. این کربن با چهار بخش مختلف پیوند دارد: گروه کربوکسیل (COOH)، یک اتم هیدروژن، گروه آمینه (NH₂) و یک زنجیره جانبی که آن را با حرف R نشان می‌دهند. این زنجیره R می‌تواند یک ساختار خطی یا حلقه‌ای از کربن باشد.

  مواد دیگری مثل الکل، آمین، کربوکسیل و گوگرد نیز ممکن است در ساختار زنجیره R حضور داشته باشند. خود این زنجیره شامل چندین اتم کربن است که با فاصله گرفتن از کربن آلفا، به ترتیب با نام‌های بتا (β)، گاما (γ) و دلتا (δ) شناخته می‌شوند.

  اگر گروه NH₂ به جای کربن آلفا، روی کربن‌های دیگر مثل بتا، گاما یا دلتا قرار گیرد، نوع اسید آمینه تغییر می‌کند. مقدار اسیدهای آمینه آزاد در سلول‌ها بسیار کم است.

  اغلب اسیدهای آمینه آلفا در ساخت پروتئین نقش دارند، در حالی که انواع بتا، گاما و دلتا معمولاً به عنوان مواد واسطه در واکنش‌های شیمیایی عمل می‌کنند. بیشتر اسیدهای آمینه در محیط خنثی (pH حدود ۷) به شکل دو قطبی درمی‌آیند؛ یعنی گروه آمینه یک پروتون جذب می‌کند و گروه کربوکسیل، هیدروژن خود را از دست داده و به صورت –COO⁻ درمی‌آید.

  زنجیره جانبی R در پروتئین‌ها می‌تواند بین ۲۰ حالت مختلف باشد و در نتیجه، یک الفبای ۲۰ حرفی برای ساختن پروتئین‌ها به وجود می‌آید. این بیست اسید آمینه قادرند به هر شکلی و به هر تعداد در کنار هم قرار گیرند و انواع گوناگون پروتئین‌ها را بسازند.