انواع آمینواسیدها | چیستی و طبقه‌بندی آن‌ها

آمینواسیدهای مختلف اجزای اصلی تشکیل‌دهنده پروتئین‌ها بوده و توسط همه موجودات زنده برای ساختن آن‌ها استفاده می‌شوند. اسیدهای آمینه به ترکیباتی اطلاق می‌شود که مولکول‌های آن‌ها دارای یک گروه آمین (-NH2) و یک گروه کربوکسیل (-COOH) است. آمینواسیدها بخش مشخصی از بدن انسان را تشکیل داده و برای عملکرد صحیح بدن بسیار حیاتی هستند؛ از این رو مهم است که بدانیم چه تعداد اسیدآمینه پروتئین‌ها را تشکیل می‌دهند. بدن افراد برای عملکرد صحیح به 20 اسیدآمینه مختلف نیاز دارد. 9 مورد از این اسیدهای آمینه را اسیدهای آمینه ضروری می‌نامند. آمینو‌اسیدهای ضروری از طریق غذایی که مصرف می‌شوند به بدن می‌رسند. این اسیدهای آمینه را می‌توان در انواع غذاها از جمله گوشت گاو، تخم‌مرغ و لبنیات یافت. در ادامه با مجله بیوزوم همراه باشید تا درباره انواع آمینواسیدهای تشکیل‌دهنده پروتئین‌ها بیشتر بدانیم.

آمینواسید چیست؟

در بدن انسان‌ها، هر پروتئین با استفاده از توالی خاصی از انواع آمینواسید ساخته می‌شود و در واقع آمینو‌اسیدها بلوک‌های سازنده پروتئین هستند. بدن انسان‌ها هزاران پروتئین مختلف دارد که هر کدام وظایف مهمی دارند. هر پروتئین، دارای توالی اسیدهای آمینه خاص خود بوده که این توالی باعث می‌شود پروتئین اشکال متفاوتی داشته و عملکردهای متفاوتی در بدن داشته باشد.

بیشتر بخوانید: پروتئین چیست به زبان ساده

شما می‌توانید انواع آمینواسیدها را مانند حروف الفبا در نظر بگیرید. وقتی حروف را به روش‌های مختلف ترکیب کنید، کلمات متفاوتی ساخته می‌شوند. همین امر در مورد اسیدهای آمینه نیز صدق می‌کند، وقتی آن‌ها به روش‌های مختلف ترکیب شوند، پروتئین‌های متفاوت ساخته می‌شوند.

موجودات دارای 20 اسید آمینه هستند که به دو گروه مختلف طبقه بندی می‌شوند. اسیدهای آمینه ضروری و اسیدهای آمینه غیر ضروری. از 20 اسید آمینه، 9 اسید آمینه ضروری و بقیه اسیدهای آمینه غیر ضروری هستند.

انواع آمینواسیدها (ضروری)

آمینو‌اسیدهای ضروری یکی از انواع آمینواسیدها هستند که از طریق غذا به بدن می‌رسند.

BCAA (والین Val، لوسین Leu و ایزولوسین Ile)

آمینواسیدهای BCAA گروهی از سه آمینواسید (والین، لوسین و ایزولوسین) هستند که ساختار مولکولی شاخه‌دار دارند. BCAAها در پروتئین‌های عضلانی فراوان بوده، رشد ماهیچه‌ها را در بدن تحریک و انرژی را در طول ورزش تأمین می‌کنند.

بیشتر بخوانید: بافت ماهیچه‌ای | موتور محرک بدن

لیزین (Lys)

لیزین یکی از رایج‌ترین انواع آمینواسیدهای ضروری است. غذاهایی مانند گندم، نان و برنج لیزین کمی دارند. دانشگاه سازمان ملل متحد تحقیقی را در مورد مردم کشورهای درحال‌توسعه که برای پروتئین به گندم وابسته هستند انجام داد و متوجه کمبود لیزین در رژیم غذایی آن‌ها شد. نداشتن لیزین و سایر اسیدهای آمینه کافی می‌تواند منجر به مشکلات جدی مانند توقف رشد و بیماری شدید شود.

ترئونین (Thr)

یک اسیدآمینه ضروری که برای ساختن جایگاه فعال آنزیم‌ها استفاده می‌شود.

فنیل‌آلانین (Phe)

یک اسیدآمینه ضروری که برای ساخت بسیاری از انواع آمین‌های مفید استفاده می‌شود.

متیونین (Met)

یک آمینواسید ضروری که برای ساخت بسیاری از مواد مختلف موردنیاز بدن استفاده می‌شود.

هیستیدین (His)

یک اسیدآمینه ضروری که برای ساخت هیستامین استفاده می‌شود.

تریپتوفان (Trp)

یک اسیدآمینه ضروری که برای ساخت بسیاری از انواع آمین‌های مفید استفاده می‌شود.

آمینواسیدهای غیرضروری

این دسته از انواع آمینواسیدها توسط بدن سنتز شده و اگر در رژیم غذایی نیز وجود نداشته باشند، برای فرآیندهای متابولیسمی مضر نخواهد بود.

گلوتامین (Gln)

گلوتامین، به‌عنوان یکی از رایج‌ترین انواع آمینواسید غیرضروری، نقش مهمی در بدن دارد. گلوتامین از معده و دستگاه گوارش محافظت کرده و به طور خاص، برای تولید انرژی برای دستگاه گوارش استفاده می‌شود. گلوتامین باعث افزایش متابولیسم الکل برای محافظت از کبد می‌شود.

بیشتر بخوانید: آناتومی دستگاه گوارش انسان _ به زبان ساده

آسپارتات (Asp)

آسپارتات بیشترین کاربرد را برای انرژی دارد. آسپارتات یکی از آمینواسیدهایی است که نزدیک‌ترین موقعیت به چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) در بدن داشته و انرژی تولید می‌کند. چرخه TCA مانند موتوری است که ماشین‌ها را به حرکت درآورده و این چرخه در هر سلول بدن ما برای تولید انرژی کار می‌کند.

گلوتامات (Glu)

یک اسیدآمینه غیرضروری و مهم‌ترین سوخت برای روده است. استاک‌کامبو (Stock Combo) که در آشپزی ژاپنی استفاده می‌شود حاوی گلوتامات بوده و گلوتامات آزاد در کامبو، گوجه‌فرنگی و پنیر یافت می‌شود.

آرژنین (Arg)

آرژنین نقش مهمی در باز کردن رگ‌ها برای افزایش جریان خون دارد. نیتریک اکسید که رگ‌ها را باز می‌کند از آرژنین ساخته شده است. آرژنین یک آمینواسید مفید برای دفع آمونیاک اضافی از بدن بوده و همچنین باعث افزایش ایمنی می‌شود.

آلانین (Ala)

آلانین از عملکرد کبد پشتیبانی کرده و برای تولید گلوکز موردنیاز بدن استفاده می‌شود. آلانین همچنین متابولیسم الکل را بهبود می‌بخشد.

پرولین (Pro)

پرولین یکی از اسیدهای آمینه موجود در کلاژن است که بافت پوست را می‌سازد. پرولین یکی از مهم‌ترین آمینواسیدهای عامل مرطوب‌کننده طبیعی (NMF) است.

سیستئین (Cys)

سیستئین میزان رنگ‌دانه سیاه ملانین ایجاد شده را کاهش داده و در موهای سر و بدن به‌وفور یافت می‌شود. سیستئین میزان ملانین زرد ساخته شده را به‌جای ملانین سیاه افزایش می‌دهد.

آسپاراژین (Asn)

اسیدآمینه‌ای است که از مارچوبه کشف شد. آسپاراژین و آسپارتات هر دو نزدیک به چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA) قرار دارند که انرژی تولید می‌کند.

سرین (Ser)

اسیدآمینه‌ای که برای ساخت فسفولیپیدها و گلیسریک اسید استفاده می‌شود.

گلیسین (Gly)

یک اسیدآمینه غیرضروری که در بدن ساخته می‌شود. گلیسین در بدن فراوان بوده و به‌عنوان یک انتقال‌دهنده در سیستم عصبی مرکزی انسان عمل می‌کند و به تنظیم عملکردهای بدن مانند حرکت و ادراک حسی کمک می‌کند. گلیسین یک‌سوم کلاژن را تشکیل می‌دهد.

تیروزین (Tyr)

تیروزین برای ساخت بسیاری از انواع آمین‌های مفید استفاده می‌شود. تیروزین به‌عنوان یک اسیدآمینه آروماتیک همراه با فنیل‌آلانین و تریپتوفان گروه‌بندی می‌شود.

طبقه‌بندی آمینواسیدها بر اساس قطبیت

یکی از مفیدترین روش‌های طبقه‌بندی اسیدهای آمینه استاندارد بر اساس قطبیت (توزیع بار الکتریکی) زنجیره جانبی است. این طبقه‌بندی کمک می‌کند تا ویژگی‌های شیمیایی انواع آمینواسید بهتر درک شود.

گروه اول: انواع آمینواسیدها (غیرقطبی)

آمینواسیدهای گروه یک عبارت‌اند از گلیسین (Glycine)، آلانین (Alanine)، والین (Valine)، لوسین (Leucine)، ایزولوسین (Isoleucine)، پرولین (Proline)، فنیل‌آلانین (Phenylalanine)، متیونین (Methionine) و تریپتوفان (Tryptophan). زنجیره جانبی این اسیدهای آمینه دارای گروه‌های آلیفاتیک یا آروماتیک هستند که آن‌ها را آب‌گریز می‌کند (“هیدروفوب”). در محلول‌های آبی، پروتئین‌های کروی به شکل سه‌بعدی تا می‌شوند تا این زنجیره‌های جانبی آب‌گریز را در داخل پروتئین دفن کنند. ساختار شیمیایی آمینواسیدهای گروه یک عبارت‌اند از:

ایزولوسین ایزومر لوسین است و حاوی دو اتم کربن کایرال است.

پرولین در بین اسیدهای آمینه استاندارد منحصربه‌فرد است؛ زیرا هر دو گروه α-آمینو آزاد و α-کربوکسیل آزاد را ندارد. در عوض، زنجیره جانبی آن یک ساختار حلقوی تشکیل می‌دهد؛ زیرا اتم نیتروژن پرولین به دو اتم کربن متصل می‌شود (به بیان دقیق، این بدان معنی است که پرولین یک اسیدآمینه نیست، بلکه یک α-ایمینو اسید است).

فنیل‌آلانین، همان‌طور که از نام آن پیداست، از یک گروه فنیل متصل به آلانین تشکیل شده است.

متیونین یکی از دو اسیدآمینه دارای اتم گوگرد است. متیونین نقش اصلی را در بیوسنتز پروتئین (ترجمه) ایفا کرده؛ زیرا تقریباً همیشه اسیدآمینه شروع‌کننده است. متیونین همچنین گروه‌های متیل را برای متابولیسم فراهم می‌کند.

تریپتوفان حاوی یک حلقه ایندول است که به زنجیره جانبی آلانیل متصل است.

گروه دوم: انواع آمینواسیدها (قطبی و بدون بار)

آمینواسیدهای گروه دوم عبارت‌اند از: سرین (Serine)، سیستئین (Cysteine)، ترئونین (Threonine)، تیروزین (Tyrosine)، آسپاراژین (Asparagine) و گلوتامین (Glutamine). زنجیره‌های جانبی در این گروه دارای طیفی از گروه‌های عملکردی هستند. بااین‌حال، اکثر آن‌ها حداقل یک اتم (نیتروژن، اکسیژن یا گوگرد) با جفت الکترون در دسترس برای پیوند هیدروژنی با آب و سایر مولکول‌ها دارند. ساختار شیمیایی آمینو‌اسیدهای گروه دو عبارت‌اند از:

دو اسیدآمینه، سرین و ترئونین، حاوی گروه‌های هیدروکسیل آلیفاتیک هستند (یعنی یک اتم اکسیژن متصل به اتم هیدروژن که به‌صورت OH نشان داده می‌شود).

تیروزین دارای یک گروه هیدروکسیل در حلقه آروماتیک است که آن را به یک مشتق فنل تبدیل می‌کند.

سیستئین نیز مانند متیونین حاوی اتم گوگرد است. بااین‌حال، برخلاف اتم گوگرد متیونین، گوگرد سیستئین از نظر شیمیایی بسیار واکنش‌پذیر است.

آسپاراژین و گلوتامین هر دو حاوی گروه آمید هستند. گروه کربونیل می‌تواند به‌عنوان گیرنده پیوند هیدروژنی عمل کرده و گروه آمینو (NH2) می‌تواند به‌عنوان دهنده پیوند هیدروژنی عمل کند.

 گروه سوم: انواع آمینواسیدها (اسیدی)

دو اسیدآمینه این گروه اسید آسپارتیک و اسید گلوتامیک هستند. هر کدام یک اسید کربوکسیلیک در زنجیره جانبی خود دارند که به آن خاصیت اسیدی (پروتون دهنده) می‌دهد. در یک محلول آبی در pH فیزیولوژیک، هر سه گروه عاملی روی این اسیدهای آمینه یونیزه می‌شوند، بنابراین بار کلی 1- پیدا می‌کند. در اشکال یونی، اسیدهای آمینه آسپارتات و گلوتامات نامیده می‌شوند. ساختارهای شیمیایی آمینواسیدهای گروه سوم عبارت‌اند از:

زنجیره‌های جانبی آسپارتات و گلوتامات می‌توانند پیوندهای یونی (“پل‌های نمک”) را تشکیل دهند و همچنین می‌توانند به‌عنوان گیرنده پیوند هیدروژنی عمل کنند. بسیاری از پروتئین‌هایی که به یون‌های فلزی (“متالوپروتئین”) برای اهداف ساختاری یا عملکردی متصل می‌شوند، دارای جایگاه‌های اتصال فلزی حاوی زنجیره‌های جانبی آسپارتات یا گلوتامات یا هر دو هستند. گلوتامات آزاد و گلوتامین نقش اساسی در متابولیسم اسیدهای آمینه دارند. گلوتامات فراوان‌ترین انتقال‌دهنده عصبی تحریکی در سیستم عصبی مرکزی است.

گروه چهارم: انواع آمینواسیدها (بازی)

سه آمینواسید این گروه عبارت‌اند از آرژنین، هیستیدین و لیزین. هر زنجیره جانبی بازی است (می‌تواند یک پروتون را بپذیرد). لیزین و آرژنین هر دو با بار کلی +1 در pH فیزیولوژیکی وجود دارند. گروه گوانیدینو در زنجیره جانبی آرژنین بازی‌ترین گروه بین همه گروه‌ها است (این واقعیت در مقدار pKa آن 5/12 منعکس شده است). همان‌طور که در بالا برای آسپارتات و گلوتامات ذکر شد، زنجیره‌های جانبی آرژنین و لیزین نیز پیوندهای یونی تشکیل می‌دهند. ساختار شیمیایی آمینواسیدهای گروه چهارم عبارت‌اند از:

زنجیره جانبی ایمیدازول هیستیدین به آن اجازه می‌دهد تا در کاتالیز اسید و باز در نزدیکی مقادیر pH فیزیولوژیک عمل کند. هیچ یک از اسیدهای آمینه استاندارد دیگر این خاصیت شیمیایی مهم را ندارد؛ بنابراین، هیستیدین اسیدآمینه‌ای است که اغلب جایگاه‌های فعال آنزیم‌های پروتئینی را تشکیل می‌دهد.

اکثر اسیدهای آمینه در گروه‌های دو، سه و چهار آب‌دوست (“هیدروفیل”) هستند. در نتیجه، آن‌ها اغلب به‌صورت خوشه‌ای روی سطح پروتئین‌های کروی در محلول‌های آبی یافت می‌شوند.

جمع‌بندی

همان‌طور که اشاره شد، آمینواسیدها بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها هستند و موجودات زنده به 20 عدد از آن‌ها برای کمک به عملکرد صحیح بدن خود نیاز دارند. بدن 11 آمینواسید لازم خود را می‌سازد و برای دریافت 9 آمینواسید باقیمانده مورد نیاز، نیاز به یک رژیم غذایی متعادل شامل غذاهایی که حاوی تمام 9 اسید آمینه ضروری هستند، مانند گوشت، تخم مرغ و لبنیات دارد. هر گروه از انواع آمینواسید ویژگی‌های خاص خود را داشته و نقش منحصربه‌فردی در بدن ایفا می‌کند. اسیدهای آمینه بر اساس قطبیت زنجیره جانبی به چهار گروه طبقه بندی شده و با ویژگی‌های خاص خود در عملکردهای مهم بدن نقش دارند.