органические соединения, молекулы которых содержат аминогруппы (NH2-группы) и карбоксильные группы (СООН-группы); являются элементами, из которых построены пептиды и белки. Известно около 200 природных А., однако в состав белков входят только 20 аминокислот, которые называют нормальными, основными, или стандартными. В редких случаях в белках встречаются нестандартные А.: в коллагене — 4-(гидр) оксипролин и 4-(гидр) оксилизин, в миозине — N-метиллизин, в протромбине — γ-карбоксиглутаминовая кислота, в эластине — десмозин и др.
Характерной особенностью нормальных А. является наличие в их молекуле СООН- и NH2-групп, связанных с одним и тем же α-углеродным атомом: H2N—(R) C (H)—СООН, где R — углеводородный радикал.
α-Углеродный атом у всех А., за исключением глицина, асимметричен, что объясняет существование А. в виде двух стереоизомеров и делает их оптически активными, т.е. способными вращать плоскость поляризации проходящего через раствор А, поляризованного света. В зависимости от того, в каком направлении происходит это вращение, различают правовращающие и левовращающие стереоизомеры (энантиомеры) А., обозначаемые знаками «+» и «—» соответственно. Молекулы белков высших организмов построены из строго определенных стереоизомеров аминокислот — L-аминокислот, α-углеродный атом которых соответствует по своей абсолютной конфигурации углеродному атому L-глицеральдегида. В состав некоторых бактериальных белков и пептидов иногда входят остатки D-аминокислот. Такие аминокислоты, как треонин и изолейцин, содержат два асимметричных атома углерода и имеют по 4 стереоизомера, однако в белках встречаются стереоизомеры этих А. только одного типа.
Некоторые нестандартные А., например β-аланин, γ-аминомасляная кислота, δ-аминолевулиновая кислота (промежуточный продукт биосинтеза порфиринов), отличаются от стандартных А. местоположением NH2-группы, но главным образом эти различия касаются строения углеводородного радикала. Многие из нестандартных А. являются предшественниками иди катаболитами других биологически активных соединений. Так, 2,4-диоксифенилаланин (ДОФА) и 5-(гидр) окситриптофан служат биосинтетическими предшественниками фенилэтиламина и серотонина соответственно, α-амино-γ-оксимасляная кислота (гомосерин) и α-амини-γ-тиомасляная кислота (гомоцистеин) принимают участие в обмене серосодержащих аминокислот и т.д.
Классифицируют А. либо на основании строения их углеводородного радикала, либо с учетом строения всей молекулы в целом. Среди групп углеводородного радикала основных А. встречаются неполярные (табл., № 1—8), полярные незаряженные (табл., № 9—15), отрицательно заряженные (табл., № 16, 17) и положительно заряженные (табл., № 18—20). В зависимости от строения углеводородного радикала А. подразделяют на ароматические (табл., № 7, 13), гетероциклические (табл., № 8, 20), иминокислоты (табл., № 5) и алифатические (табл., все остальные аминокислоты). По числу СООН- и NH2- групп А. делят на диаминомонокарбоновые (табл., № 18—20), моноаминомонокарбоновые (табл., № 16, 17) и моноаминомонокарбоновые кислоты (табл., все остальные аминокислоты). Иногда выделяют также А., содержащие в своей молекуле спиртовую группу°— оксиаминокислоты (серии, треонин); серу — серосодержащие аминокислоты (цистеин, цистин, метионин) и др.
Таблица
Основные аминокислоты, содержание в крови и моче и суточная потребность в них человека
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|№|Название|Сокращенное название|Содержание|Содержание в|Рекомендуемое суточное|
||аминокислоты,|в соответствии с|в плазме|суточном|потребление, r (безусловно|
||метаболическая|рекомендациями|крови,мг|количестве|достаточным считается|
||характеристика|Международного|/100мл(|мочи,мг|вдвое большее количество)|
|||биохимического союза|мкмоль/л)|(мкмоль)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|1.|Аланин (г)|Ala|3,4|21—71|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(381,5)|(235,2—795,2)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|2.|Валин* (г)|Val|2,9|4—6|0,8|
||||------------------------------------------------||
||||(247,9)|(34—51)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|3.|Лейцин* (к)|Leu|1,9|9—26||
||||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(144,9)|(68,7—198,4)|1,1|
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|4.|Изолейцин* (г)|lle|1,3|14—2S|0,7|
||||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(99,2)|(106,8—213,6)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|5.|Пролин (г)|Pro|2,4|Менее 10|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(208,8)|(87)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|6.|Метионин* (г)|Met|0,5|Менее 5|1,1|
|||---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(33,6)|(менее 33,5)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|7.|Фенилаланин* (к,|Phe|0,6—1,45|Следы — 17|1,1|
||г)||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(37—88)|(следы — 103)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|8.|Триптофан* (к)|Trp|1,3|Следы — 30|0,25|
||||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(63—7)|(следы — 16,5)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|9.|Глицин (г)|Gly|1,5|68—199|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(199,9)|(904,4— 2646,7)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|10.|Серин (г)|Ser|1,1|27—7^|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(104,7)|(256.5—^93,5)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|11.|Треонин* (г)|Thr|1,7|15—53|0,5|
||||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(142,8)|(126—445,2)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|12.|Цистеин (г)|Cys|1,5|10—21|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(124,9)|(83—174.3)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|13.|Тирозин (к, г)|Tyrr|1,0|15—49|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(55,2)|(82,5—2^9,5)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|14.|Аспарагин (г)|Asn|0,40—0,91|31—83|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(30—69)|(235—628)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|15.|Глутамин (г)|Gln|5,8—10,4|61—2115|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(396—711)|(417—1402)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|16.|Аспарагиновая|Asp|0,03|Менее 10|Данных нет|
||кислота (г)||------------------------------------------------||
||||(0,023)|(75)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|17.|Глутаминовая|Glu|0,7|8—40|Данных нет|
||кислота (г)||------------------------------------------------||
||||(47,6)|(54,4—272)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|18.|Лизин* (к)|Lys|2,7|7—48|0,8|
||||------------------------------------------------------------------------------------------------|
||||(184,9)|(47,6—326,4)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|19.|Аргинин (г)|Arg|1,6|Следы — 50|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(91,8)|(следы — 287)||
|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
|20.|Гистидин* (г)|His|1,4|113—320|Данных нет|
||||------------------------------------------------||
||||(90,3)|(728,9—2064)||
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Примечания: * — назаменимые аминонокислоты, к — кетогенные аминокислоты, г — глюкогенные аминокислоты.
Важным свойством А., непосредственно обусловленным их структурой, является амфотерность (способность проявлять кислотные и основные свойства). Имея как минимум две диссоциирующие и противоположно заряженные группировки, А. в растворах с нейтральным значением рН практически всегда находятся в виде биполярных ионов, или цвиттер-ионов, в которых противоположные заряды пространственно разделены, например H3+N—СН2—СН2—СОО. При любом значении рН, превышающем показатель рН, при котором находится ее изоэлектрическая точка (pI), аминокислота имеет общий отрицательный заряд и в поле постоянного электрического тока движется к аноду, а при рН, значение которого ниже pI, — к катоду. Кислотно-основные свойства А. широко используются для их фракционирования и препаративного выделения с помощью Электрофореза и ионообменной хроматографии, в т.ч. и для разделения А. в автоматических аминокислотных анализаторах в клинико-диагностических лабораториях.
Многие химические реакции, характерные для А., включая реакции, предназначенные для обнаружения, идентификации и количественного анализа, также определяются наличием в их молекулах NH2- и СООН-групп. Наиболее часто для анализа А. применяются цветная нингидриновая проба, флюорогенная реакция с флюорескамином (флюрамом), а также взаимодействие с 1-фтор-2,4-динитробензолом, используемое при определении последовательности аминокислотных остатков в пептидной цепи. Реакция с нингидрином протекает при высокой температуре и приводит к развитию лилово-фиолетового или желтого (в случае пролина) окрашивания. Интенсивность окраски раствора, измеренная при длине волны 570нм, пропорциональна концентрации определяемой А.
В организме человека синтезируется лишь половина необходимых А., а остальные А. — незаменимые (аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин) должны поступать с пищей (см. Питание).Суточная потребность человека в каждой незаменимой А. не превышает 1—2г(триптофана требуется не более 0,5г); рекомендуемые их количества приведены втаблице. Исключение какой-либо незаменимой А. из рациона ведет к развитию отрицательного азотистого баланса (см. Азотистый обмен),клинически проявляющегося нарушением функций нервной системы, мышечной слабостью и другими признаками патологии обмена веществ (Обмен веществ и энергии)иэнергии (Обмен веществ и энергии).
Некоторые А. в организме образуются из других А.: тирозин — из фенилаланина, цистеин — из метионина и серина, глицин — из серина. А. участвуют в образовании пуриновых нуклеотидов (глутамин, глицин и аспарагановая кислота), пиримидиновых нуклеотидов (глутамин и аспарагиовая кислота), серотонина (триптофан), меланина (фенилаланин, тирозин), гистамина (гистидин), адреналина, норадреналина, дофамина, тирамина (тирозин), полиаминов (аргинин), холина (метионин), порфиринов (глицин), креатина (глицин, аргинин, метионин), коферментов, сахаров и полисахаридов, липидов и др.
Важнейшей для организма химической реакцией, общей практически для всех А., является трансаминирование (переаминирование), заключающееся в обратимом ферментативном переносе α-аминогруппы аминокислот или аминов на α-углеродный атом кетокислот или альдегидов. Наиболее активно в реакциях трансаминирования участвуют дикарбоновые аминокислоты — глутаминовая и аспарагиновая. Трансаминирование является реакцией, принципиальной для биосинтеза заменимых А. в организме.
Катаболизм А. может протекать по нескольким различным путям. Все А. способны декарбоксилироваться при участии ферментов декарбоксилаз с образованием первичных аминов, которые могут окисляться в реакциях, катализируемых ферментами моноаминоксидазой или диаминоксидазой. Другим путем деградации А. является их окислительное дезаминирование с образованием аммиака и кетокислот. Прямое дезаминирование L-аминокислот в организме животных и человека протекает крайне медленно, за исключением дезаминирования глутаминовой кислоты, при участии специфического фермента глутаматдегидрогеназы. Дезаминирование других А. может быть осуществлено в результате трансаминирования этих А. с образованием глутаминовой кислоты и дальнейшего ее дезаминирования с образованием α-кетоглутаровой кислоты и аммиака. Т.о., одним из продуктов разных путей катаболизма А. служит аммиак, который может образоваться в результате метаболизма и других азотсодержащих соединений (например, при дезаминировании аденина в составе никотинамидадениндинуклеотида — НАД и пр.).
Аминокислоты, способные превращаться в кетоновые тела (например, через ацетоацетил-КоА), называют кетогенными, а те аминокислоты, которые распадаются с образованием α-кетоглутаровой, янтарной (сукцината) и щавелево-уксусной (оксалоацетата) кислот и в конечном счете превращаются в глюкозу (Глюкоза),называются глюкогенными (см. таблицу).
Нарушения обмена А. часто связаны с аномалиями трансаминирования: с уменьшением активности ферментов, катализирующих реакции трансаминирования, — аминотрансфераз (Аминотрансферазы)при гипо- или авитаминозах В6, нарушением синтеза аминотрансфераз, недостатком кетокислот, необходимых для трансаминирования в связи с угнетением цикла трикарбоновых кислот при гипоксии, сахарном диабете и т.д. Снижение интенсивности трансаминирования приводит к торможению дезаминирования глутаминовой кислоты, а оно, в свою очередь, — к гипераминоацидемии, т.е. повышению доли аминокислот в составе остаточного азота крови (см. Азот остаточный) и аминоацидурии. При обширных поражениях печени и других состояниях, сопровождаемых массивным распадом белка, нарушаются процессы дезаминирования А. Раневое истощение, повреждения трубчатых костей, спинного и головного мозга, тяжелые ожоги, гипотиреоз, болезнь Иценко — Кушинга и многие другие тяжелые заболевания сопровождаются аминоацидурией. Она характерна и для состояний, сопровождающихся нарушением процессов реабсорбции в почечных канальцах: болезни Вильсона — Коновалова, или гепатолентикулярной дистрофии, синдрома Фанкони, или цистиноза, и др. Цистиноз на фоне общей аминоацидурии характеризуется избирательным нарушением реабсорбции цистина и цистинурией, сопровождающей генерализованные нарушения обмена цистина, который в виде кристаллов откладывается в клетках ретикулоэндотелиальной системы. Известно наследственное заболевание Фенилкетонурия,при котором нарушено превращение фенилаланина в тирозин; в крови и моче при этом заболевании резко повышается содержание фенилаланина и продуктов его обмена — фенилпировиноградной и фенилуксусной кислот. Нарушение обмена этих А. характерно и для вирусного гепатита. Врожденная аномалия окислительных превращений тирозина лежит в основе алкаптонурии, при которой в соединительной ткани накапливается метаболит тирозина гомогентизиновая кислота (большие количества этой кислоты выводятся с мочой). Алкаптонурия, клинически проявляющаяся во второй половине жизни, характеризуется патологией суставов и позвоночника, а также других богатых соединительной тканью органов. Самую большую группу наследственных дефектов обмена составляют генетически обусловленные аминоацидопатии. Метаболический сдвиг при аминоацидопатиях и их клинические проявления связаны с накоплением в крови и выделением с мочой либо самой непревращенной аминокислоты, либо ее метаболитов. Общим биохимическим признаком таких патологических состояний являются Ацидоз и аминоацидурия, с чем связаны такие неспецифические клинические признаки, как рвота, обезвоживание организма, сонливость или, наоборот, возбуждение, судороги. Ряд аминоацидопатии характеризуется специфическими признаками, например гомоцистинурия — эктопией хрусталика, аномалиями скелета, васкулярной патологией.
Способы получения А. весьма разнообразны. Многие А. получают с помощью микроорганизмов. Используется также химический синтез аминокислот, например с помощью аминирования галоидопроизводных органических кислот аммиаком. Для нужд медицины и пищевой промышленности А., как правило, получают из гидролизатов белков.
Растворы отдельных А. и гидролизаты белков применяют в медицине для парентерального питания, а некоторые из А. используют в качестве лекарственных средств. Так, метионин назначают при циррозах и жировой дистрофии печени, глутаминовая и γ-аминомасляная кислоты эффективны при ряде нервных и психических заболеваний, цистеин используется при многих глазных болезнях. А. служат также исходными веществами для синтеза биологически активных пептидов, применяемых в качестве лекарственных средств. Глутаминовая кислота используется в кулинарии в качестве пищевой добавки. Триптофан, лизин, метионин и другие А. добавляют в процессе производства к некоторым пищевым продуктам, биологическая ценность которых низка, а также используют для кормления с.-х. животных. Активность ферментов, участвующих в обмене А., — аминотрансфераз, моноаминоксидазы, диаминоксидазы, гистидазы и др. является информативным диагностическим тестом при ряде тяжелых заболеваний: инфаркте миокарда, миопатиях, некоторых болезнях печени.
Библиогр.:Березов Т.Т. и Коровкин Б.Ф. Биологическая химия, М., 1982; Гринштейн Дж. и Виниц М. Химия аминокислот и пептидов, пер. с англ., М., 1965; Збарский И.Б. и Симакова Р.А. Аминокислоты, БМЭ, 3-е изд., т. 1, с.364, М., 1974; Ленинджер А. Основы биохимии, пер. с англ., т. 1—2, М., 1985.