WikiDer > Протеиногенная аминокислота

Proteinogenic amino acid
Протеиногенные аминокислоты составляют небольшую часть всех аминокислот.

Протеиногенные аминокислоты находятся аминокислоты которые биосинтетически включены в белки в течение перевод. Слово «протеиногенный» означает «создающий белок». Во всем известном жизнь, существует 22 генетически кодируемых (протеиногенных) аминокислоты, 20 в стандартной генетический код и еще 2, которые могут быть включены с помощью специальных механизмов перевода.[1]

В отличие, непротеиногенные аминокислоты аминокислоты, которые либо не включены в белки (например, ГАМК, L-ДОПА, или же трийодтиронин), неправильно введены вместо генетически кодируемой аминокислоты или не продуцируются напрямую и изолированно стандартными клеточными механизмами (например, гидроксипролин). Последнее часто является результатом посттрансляционная модификация белков. Некоторые непротеиногенные аминокислоты входят в состав нерибосомальные пептиды которые синтезируются нерибосомными пептидными синтетазами.

Обе эукариоты и прокариоты может включать селеноцистеин в их белки через нуклеотидную последовательность, известную как Элемент SECIS, который указывает ячейке переводить соседний UGA кодон в качестве селеноцистеин (UGA обычно стоп-кодон). В некоторых метаногенный prokaryotes, кодон UAG (обычно стоп-кодон) также может быть переведен в пирролизин.[2]

У эукариот всего 21 протеиногенная аминокислота, 20 из них стандартного генетического кода, плюс селеноцистеин. Люди могут синтезировать 12 из них друг от друга или из других молекул промежуточного метаболизма. Остальные девять необходимо употреблять (обычно в виде их белковых производных), поэтому их называют незаменимые аминокислоты. Незаменимые аминокислоты: гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, и валин (т.е. H, I, L, K, M, F, T, W, V).[3]

Было обнаружено, что протеиногенные аминокислоты связаны с набором аминокислоты что можно узнать по рибозим системы автоаминоацилирования.[4] Таким образом, непротеиногенные аминокислоты были бы исключены из-за случайного эволюционного успеха нуклеотидных форм жизни. Были предложены и другие причины, объясняющие, почему некоторые специфические непротеиногенные аминокислоты обычно не включаются в белки; Например, орнитин и гомосерин циклизуются против пептидного остова и фрагментируют белок с относительно короткими период полураспада, в то время как другие токсичны, потому что они могут быть ошибочно включены в белки, такие как аналог аргинина канаванин.

Структуры

Ниже показаны структуры и сокращения 21 аминокислоты, которые непосредственно кодируются для синтеза белка генетическим кодом эукариот. Приведенные ниже структуры представляют собой стандартные химические структуры, а не типичные цвиттерион формы, существующие в водных растворах.

Таблица аминокислот
Сгруппированная таблица структуры, номенклатуры и их боковых групп 21 аминокислоты pKa значения

ИЮПАК/IUBMB теперь также рекомендует стандартные сокращения для следующих двух аминокислот:

Химические свойства

Ниже приводится таблица, в которой перечислены однобуквенные символы, трехбуквенные символы и химические свойства боковых цепей стандартных аминокислот. Указанные массы основаны на средневзвешенных значениях элементалей. изотопы на их природное изобилие. Формирование пептидная связь приводит к удалению молекулы воды. Следовательно, масса белка равна массе аминокислот, из которых состоит белок, минус 18,01524 Да на пептидную связь.

Общие химические свойства

АминокислотакороткийАббревиатураСредн. масса (Да)число ПиpK1
(α-COOH)
pK2
(α-+NH3)
АланинААла89.094046.012.359.87
ЦистеинCCys121.154045.051.9210.70
Аспарагиновая кислотаDЖерех133.103842.851.999.90
Глютаминовая кислотаEGlu147.130743.152.109.47
ФенилаланинFPhe165.191845.492.209.31
ГлицинграммGly75.067146.062.359.78
ГистидинЧАСЕго155.156347.601.809.33
ИзолейциняИль131.174646.052.329.76
ЛизинKLys146.189349.602.169.06
ЛейцинLЛея131.174646.012.339.74
МетионинMВстретились149.207845.742.139.28
АспарагинNAsn132.119045.412.148.72
ПирролизинОПыл255.31???
ПролинпPro115.131946.301.9510.64
ГлутаминQGln146.145945.652.179.13
АргининрArg174.2027410.761.828.99
СеринSСер105.093445.682.199.21
ТреонинТThr119.120345.602.099.10
СеленоцистеинUСек168.0535.471.9110
ВалинVВал117.147846.002.399.74
ТриптофанWTrp204.228445.892.469.41
ТирозинYТюр181.191245.642.209.21

Свойства боковой цепи

АминокислотакороткийАббревиатураБоковая цепьГидро-
фобия
pKa§ПолярныйpHМаленькийКрошечныйАроматный
или же Алифатический
ван дер Ваальс
объем
3)
АланинААла-CH3да-Нет-дадаАлифатический67
ЦистеинCCys-CH2SHда8.55дакислыйдада-86
Аспарагиновая кислотаDЖерех-CH2COOHНет3.67дакислыйдаНет-91
Глютаминовая кислотаEGlu-CH2CH2COOHНет4.25дакислыйНетНет-109
ФенилаланинFPhe-CH2C6ЧАС5да-Нет-НетНетАроматный135
ГлицинграммGly-ЧАСда-Нет-дада-48
ГистидинЧАСЕго-CH2-C3ЧАС3N2Нет6.54даслабый основнойНетНетАроматный118
ИзолейциняИль-CH (CH3) CH2CH3да-Нет-НетНетАлифатический124
ЛизинKLys- (CH2)4NH2Нет10.40дабазовыйНетНет-135
ЛейцинLЛея-CH2CH (CH3)2да-Нет-НетНетАлифатический124
МетионинMВстретились-CH2CH2SCH3да-Нет-НетНетАлифатический124
АспарагинNAsn-CH2CONH2Нет-да-даНет-96
ПирролизинОПыл- (CH2)4NHCOC4ЧАС5NCH3НетN.D.даслабый основнойНетНет-?
ПролинпPro-CH2CH2CH2-да-Нет-даНет-90
ГлутаминQGln-CH2CH2CONH2Нет-да-НетНет-114
АргининрArg- (CH2)3NH-C (NH) NH2Нет12.3даочень простойНетНет-148
СеринSСер-CH2ОЙНет-да-дада-73
ТреонинТThr-СН (ОН) СН3Нет-да-даНет-93
СеленоцистеинUСек-CH2SeHНет5.43Неткислыйдада-?
ВалинVВал-CH (CH3)2да-Нет-даНетАлифатический105
ТриптофанWTrp-CH2C8ЧАС6Nда-Нет-НетНетАроматный163
ТирозинYТюр-CH2-C6ЧАС4ОЙНет9.84даслабокислыйНетНетАроматный141

§: Значения для Asp, Cys, Glu, His, Lys и Tyr были определены с использованием аминокислотного остатка, помещенного по центру в пентапептид аланина.[5] Значение Arg взято из Pace. и другие. (2009).[6] Значение Sec взято из Byun & Kang (2011).[7]

Н.Д .: Значение pKa пирролизина не сообщалось.

Примечание. Значение pKa аминокислотного остатка в небольшом пептиде обычно немного отличается, когда он находится внутри белка. Расчет pKa белка иногда используются для расчета изменения значения pKa аминокислотного остатка в этой ситуации.

Экспрессия генов и биохимия

АминокислотакороткийАббревиатураКодон(s)ВхождениеСущественный в людях
в архейских белках
(%)&
в белках бактерий
(%)&
в белках эукариот
(%)&
Вхождение
в человеческих белках
(%)&
АланинААлаGCU, GCC, GCA, GCG8.210.067.637.01Нет
ЦистеинCCysУГУ, УГК0.980.941.762.3Условно
Аспарагиновая кислотаDЖерехGAU, GAC6.215.595.44.73Нет
Глютаминовая кислотаEGluGAA, GAG7.696.156.427.09Условно
ФенилаланинFPheUUU, UUC3.863.893.873.65да
ГлицинграммGlyGGU, GGC, GGA, GGG7.587.766.336.58Условно
ГистидинЧАСЕгоCAU, CAC1.772.062.442.63да
ИзолейциняИльAUU, AUC, AUA7.035.895.14.33да
ЛизинKLysAAA, AAG5.274.685.645.72да
ЛейцинLЛеяUUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG9.3110.099.299.97да
МетионинMВстретилисьAUG2.352.382.252.13да
АспарагинNAsnAAU, AAC3.683.584.283.58Нет
ПирролизинОПылUAG*0000Нет
ПролинпProCCU, CCC, CCA, CCG4.264.615.416.31Нет
ГлутаминQGlnCAA, CAG2.383.584.214.77Нет
АргининрArgCGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG5.515.885.715.64Условно
СеринSСерUCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC6.175.858.348.33Нет
ТреонинТThrACU, ACC, ACA, ACG5.445.525.565.36да
СеленоцистеинUСекUGA**000>0Нет
ВалинVВалGUU, GUC, GUA, GUG7.87.276.25.96да
ТриптофанWTrpUGG1.031.271.241.22да
ТирозинYТюрUAU, UAC3.352.942.872.66Условно
Стоп-кодон-СрокUAA, UAG, UGA††???Нет данныхНет данных

* UAG обычно янтарный стоп-кодон, но в организмов, содержащих биологический механизм, кодируемый кластером генов pylTSBCD, будет включена аминокислота пирролизин.[8]
** UGA обычно является стоп-кодоном опала (или умбры), но кодирует селеноцистеин, если Элемент SECIS настоящее.
В стоп-кодон не является аминокислотой, но включен для полноты картины.
†† UAG и UGA не всегда действуют как стоп-кодоны (см. Выше).
Незаменимая аминокислота не может быть синтезирована в организме человека и поэтому должна поступать с пищей. Условно незаменимые аминокислоты обычно не требуются в рационе, но должны поступать в организм. экзогенно конкретным популяциям, которые не синтезируют его в достаточных количествах.
& Наличие аминокислот основано на протеомах 135 архей, 3775 бактерий, 614 протеомов эукариот и протеоме человека (21 006 белков) соответственно.[9]

Масс-спектрометрии

В масс-спектрометрии пептидов и белков полезно знать массы остатков. Масса пептида или белка - это сумма масс остатков плюс масса воды (Моноизотопная масса = 18,0 · 1056 Да; средняя масса = 18,0153 Да). Остаточные массы рассчитываются по табличным химическим формулам и атомным весам.[10] В масс-спектрометрии, ионы также могут включать один или несколько протоны (Моноизотопная масса = 1,00728 Да; средняя масса = 1,0074 Да).

АминокислотакороткийАббревиатураФормулаПн. масса§ (Да)Средн. масса (Да)
АланинААлаC3ЧАС5НЕТ71.0371171.0779
ЦистеинCCysC3ЧАС5NOS103.00919103.1429
Аспарагиновая кислотаDЖерехC4ЧАС5НЕТ3115.02694115.0874
Глютаминовая кислотаEGluC5ЧАС7НЕТ3129.04259129.1140
ФенилаланинFPheC9ЧАС9НЕТ147.06841147.1739
ГлицинграммGlyC2ЧАС3НЕТ57.0214657.0513
ГистидинЧАСЕгоC6ЧАС7N3О137.05891137.1393
ИзолейциняИльC6ЧАС11НЕТ113.08406113.1576
ЛизинKLysC6ЧАС12N2О128.09496128.1723
ЛейцинLЛеяC6ЧАС11НЕТ113.08406113.1576
МетионинMВстретилисьC5ЧАС9NOS131.04049131.1961
АспарагинNAsnC4ЧАС6N2О2114.04293114.1026
ПирролизинОПылC12ЧАС19N3О2237.14773237.2982
ПролинпProC5ЧАС7НЕТ97.0527697.1152
ГлутаминQGlnC5ЧАС8N2О2128.05858128.1292
АргининрArgC6ЧАС12N4О156.10111156.1857
СеринSСерC3ЧАС5НЕТ287.0320387.0773
ТреонинТThrC4ЧАС7НЕТ2101.04768101.1039
СеленоцистеинUСекC3ЧАС5Нос150.95364150.0489
ВалинVВалC5ЧАС9НЕТ99.0684199.1311
ТриптофанWTrpC11ЧАС10N2О186.07931186.2099
ТирозинYТюрC9ЧАС9НЕТ2163.06333163.1733

§ Моноизотопная масса

Стехиометрия и метаболические затраты в клетке

В таблице ниже указано содержание аминокислот в Кишечная палочка клетки и метаболические затраты (АТФ) на синтез аминокислот. Отрицательные числа указывают на то, что метаболические процессы являются энергетически благоприятными и не требуют затрат АТФ клетки.[11] Обилие аминокислот включает аминокислоты в свободной форме и в форме полимеризации (белки).

АминокислотакороткийАббревиатураИзбыток
(Количество молекул (× 108)
на Кишечная палочка клетка)
Стоимость АТФ в синтезе
Аэробика
условия
Анаэробный
условия
АланинААла2.9-11
ЦистеинCCys0.521115
Аспарагиновая кислотаDЖерех1.402
Глютаминовая кислотаEGlu1.5-7-1
ФенилаланинFPhe1.1-62
ГлицинграммGly3.5-22
ГистидинЧАСЕго0.5417
ИзолейциняИль1.7711
ЛизинKLys2.059
ЛейцинLЛея2.6-91
МетионинMВстретились0.882123
АспарагинNAsn1.435
ПирролизинОПыл---
ПролинпPro1.3-24
ГлутаминQGln1.5-60
АргининрArg1.7513
СеринSСер1.2-22
ТреонинТThr1.568
СеленоцистеинUСек---
ВалинVВал2.4-22
ТриптофанWTrp0.33-77
ТирозинYТюр0.79-82

Замечания

АминокислотаАббревиатураЗамечания
АланинААлаОчень распространенный и очень универсальный, он более жесткий, чем глицин, но достаточно мал, чтобы устанавливать лишь небольшие стерические ограничения для конформации белка. Он ведет себя довольно нейтрально и может располагаться как в гидрофильных областях белка снаружи, так и в гидрофобных областях внутри.
Аспарагин или же аспарагиновая кислотаBAsxЗаполнитель, когда любая из аминокислот может занимать позицию
ЦистеинCCysАтом серы легко связывается с тяжелый металл ионы. В окислительных условиях два цистеина могут объединяться в дисульфидная связь образовать аминокислоту цистин. Когда цистины являются частью белка, инсулин например, третичная структура стабилизируется, что делает белок более устойчивым к денатурация; следовательно, дисульфидные связи являются обычным явлением в белках, которые должны функционировать в суровых условиях, включая пищеварительные ферменты (например, пепсин и химотрипсин) и структурные белки (например, кератин). Дисульфиды также содержатся в пептидах, слишком малых для того, чтобы самостоятельно сохранять стабильную форму (например, инсулин).
Аспарагиновая кислотаDЖерехAsp ведет себя аналогично глутаминовой кислоте и несет гидрофильную кислотную группу с сильным отрицательным зарядом. Обычно он расположен на внешней поверхности белка, что делает его водорастворимым. Он связывается с положительно заряженными молекулами и ионами и часто используется в ферментах для фиксации иона металла. Находясь внутри белка, аспартат и глутамат обычно сочетаются с аргинином и лизином.
Глютаминовая кислотаEGluГлю ведет себя так же, как аспарагиновая кислота, и имеет более длинную и немного более гибкую боковую цепь.
ФенилаланинFPheНеобходимые для человека фенилаланин, тирозин и триптофан содержат большие твердые частицы. ароматный группа на боковой цепи. Это самые большие аминокислоты. Подобно изолейцину, лейцину и валину, они гидрофобны и имеют тенденцию ориентироваться внутрь свернутой белковой молекулы. Фенилаланин может превращаться в тирозин.
ГлицинграммGlyИз-за наличия двух атомов водорода у α-углерода глицин не является оптически активный. Это самая маленькая аминокислота, она легко вращается и добавляет гибкости белковой цепи. Он может поместиться в самых тесных пространствах, например, в тройную спираль коллаген. Поскольку слишком большая гибкость обычно нежелательна, в качестве структурного компонента он встречается реже, чем аланин.
ГистидинЧАСЕгоОн необходим для людей. Даже в слабокислой среде протонирование азота происходит изменение свойств гистидина и полипептида в целом. Он используется многими белками как регуляторный механизм, изменяя конформацию и поведение полипептида в кислых областях, таких как поздний эндосома или же лизосома, вызывая изменение конформации ферментов. Однако для этого требуется всего несколько гистидинов, поэтому его относительно мало.
ИзолейциняИльИль необходим для человека. Изолейцин, лейцин и валин имеют большие алифатические гидрофобные боковые цепи. Их молекулы жесткие, и их взаимные гидрофобные взаимодействия важны для правильной укладки белков, поскольку эти цепи имеют тенденцию располагаться внутри молекулы белка.
Лейцин или же изолейцинJXleЗаполнитель, когда любая из аминокислот может занимать позицию
ЛизинKLysЛиз необходим для человека и ведет себя так же, как аргинин. Он содержит длинную гибкую боковую цепь с положительно заряженным концом. Гибкость цепи делает лизин и аргинин подходящими для связывания с молекулами со многими отрицательными зарядами на их поверхности. Например., ДНК-связывающие белки имеют свои активные области, богатые аргинином и лизином. Сильный заряд делает эти две аминокислоты склонными располагаться на внешних гидрофильных поверхностях белков; когда они обнаруживаются внутри, они обычно сочетаются с соответствующей отрицательно заряженной аминокислотой, например, аспартатом или глутаматом.
ЛейцинLЛеяЛей необходим для человека и ведет себя так же, как изолейцин и валин.
МетионинMВстретилисьMet необходим для человека. Всегда первая аминокислота, которая включается в белок, иногда ее удаляют после трансляции. Как и цистеин, он содержит серу, но с метил группа вместо водорода. Эта метильная группа может быть активирована и используется во многих реакциях, когда новый атом углерода добавляется к другой молекуле.
АспарагинNAsnКак и аспарагиновая кислота, Asn содержит амид группа, в которой Asp имеет карбоксил.
ПирролизинОПылПохожий на лизин, но у него есть пирролин кольцо прилагается.
ПролинпProPro содержит необычное кольцо для N-концевой аминогруппы, которое заставляет амидную последовательность CO-NH принимать фиксированную конформацию. Он может нарушить структуры сворачивания белков, такие как α спираль или же β лист, вызывая желаемый излом в белковой цепи. Общие в коллаген, он часто подвергается посттрансляционная модификация к гидроксипролин.
ГлутаминQGlnПодобно глутаминовой кислоте, Gln содержит амид группа, в которой Glu имеет карбоксил. Используется в белках и как хранилище для аммиак, это самая распространенная аминокислота в организме.
АргининрArgФункционально похож на лизин.
СеринSСерСерин и треонин имеют короткую группу, оканчивающуюся гидроксильной группой. Его водород легко удалить, поэтому серин и треонин часто действуют как доноры водорода в ферментах. Оба они очень гидрофильны, поэтому внешние области растворимых белков, как правило, богаты ими.
ТреонинТThrВажен для людей, Thr ведет себя аналогично серину.
СеленоцистеинUСекВ селен аналог цистеина, в котором селен заменяет сера атом.
ВалинVВалВажен для людей, Вал ведет себя так же, как изолейцин и лейцин.
ТриптофанWTrpВажный для человека Trp ведет себя так же, как фенилаланин и тирозин. Это предшественник серотонин и естественно флуоресцентный.
НеизвестныйИксХааЗаполнитель, когда аминокислота неизвестна или не важна.
ТирозинYТюрТир ведет себя аналогично фенилаланину (предшественнику тирозина) и триптофану и является предшественником меланин, адреналин, и гормоны щитовидной железы. Естественно флуоресцентный, его флуоресценция обычно тушится передачей энергии триптофанам.
Глютаминовая кислота или же глутаминZGlxЗаполнитель, когда любая из аминокислот может занимать позицию

Катаболизм

Катаболизм аминокислот

Аминокислоты можно классифицировать по свойствам их основных продуктов:[12]

  • Глюкогенный, с продуктами, способными образовывать глюкоза к глюконеогенез
  • Кетогенные, с продуктами, не способными образовывать глюкозу: эти продукты все еще могут использоваться для кетогенез или же липидный синтез.
  • Аминокислоты катаболизируются в глюкогенные и кетогенные продукты.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Амброгелли А., Палиура С., Сёлль Д. (январь 2007 г.). «Естественное расширение генетического кода». Природа Химическая Биология. 3 (1): 29–35. Дои:10.1038 / nchembio847. PMID 17173027.
  2. ^ Лобанов А.В., Туранов А.А., Хэтфилд Д.Л., Гладышев В.Н. (август 2010). «Двойные функции кодонов в генетическом коде». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 45 (4): 257–65. Дои:10.3109/10409231003786094. ЧВК 3311535. PMID 20446809.
  3. ^ Молодой В.Р. (август 1994 г.). «Потребности взрослых в аминокислотах: аргументы в пользу серьезного пересмотра текущих рекомендаций» (PDF). Журнал питания. 124 (8 Прил.): 1517S – 1523S. Дои:10.1093 / jn / 124.suppl_8.1517S. PMID 8064412.
  4. ^ Эривес А. (август 2011 г.). «Модель ферментов прото-антикодоновой РНК, требующих гомохиральности L-аминокислоты». Журнал молекулярной эволюции. 73 (1–2): 10–22. Bibcode:2011JMolE..73 ... 10E. Дои:10.1007 / s00239-011-9453-4. ЧВК 3223571. PMID 21779963.
  5. ^ Терлкилл Р.Л., Гримсли Г.Р., Шольц Дж.М., Пейс С.Н. (май 2006 г.). «Значения pK ионизируемых групп белков». Белковая наука. 15 (5): 1214–8. Дои:10.1110 / пс. 051840806. ЧВК 2242523. PMID 16597822.
  6. ^ Пейс С.Н., Гримсли Г.Р., Шольц Дж.М. (май 2009 г.). «Ионизируемые группы белков: значения pK и их вклад в стабильность и растворимость белка». Журнал биологической химии. 284 (20): 13285–9. Дои:10.1074 / jbc.R800080200. ЧВК 2679426. PMID 19164280.
  7. ^ Бьюн Би Джей, Кан Ю.К. (май 2011 г.). «Конформационные предпочтения и значение pK (a) остатка селеноцистеина». Биополимеры. 95 (5): 345–53. Дои:10.1002 / bip.21581. PMID 21213257.
  8. ^ Ротер М., Кшицкий Я.А. (август 2010 г.). «Селеноцистеин, пирролизин и уникальный энергетический метаболизм метаногенных архей». Археи. 2010: 1–14. Дои:10.1155/2010/453642. ЧВК 2933860. PMID 20847933.
  9. ^ Козловский Л.П. (январь 2017 г.). "Proteome-pI: база данных изоэлектрических точек протеома". Исследования нуклеиновых кислот. 45 (D1): D1112 – D1116. Дои:10.1093 / нар / gkw978. ЧВК 5210655. PMID 27789699.
  10. ^ «Атомный вес и изотопный состав для всех элементов». NIST. Получено 2016-12-12.
  11. ^ Филлипс Р., Кондев Дж., Териот Дж., Гарсия Х.Г., Орм Н. (2013). Физическая биология клетки (Второе изд.). Наука о гирляндах. п. 178. ISBN 978-0-8153-4450-6.
  12. ^ Феррье Д.Р. (2005). «Глава 20: Разложение и синтез аминокислот». В Champe PC, Harvey RA, Ferrier DR (ред.). Иллюстрированные обзоры Липпинкотта: биохимия (Иллюстрированные обзоры Липпинкотта). Хагерствон, доктор медицины: Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 978-0-7817-2265-0.

Общие ссылки

внешняя ссылка