必需氨基酸:图表,缩写和结构
氨基酸是形成多肽并最终形成蛋白质的基石。因此,它们是我们身体的基本组成部分,对蛋白质合成、组织修复和营养吸收等生理功能至关重要。在这里,我们仔细看看氨基酸的性质,它们是如何在人体内使用的,以及它们来自哪里。
氨基酸图谱
蛋白质由20种氨基酸组成,它们都具有相同的基本结构,唯一的不同之处在于r基团或者是侧链。
氨基酸在两种酸之间处于平衡状态,质子(H+)在氨基和羧基之间移动,如下图所示。
在这种平衡中,弱酸总是占优势。由于氨是一种比羧酸弱的酸,平衡会在左边(在“两性离子”一侧)。虽然氨基酸在教科书中经常以右手结构出现,但实际上它们大多以左手结构存在。
最简单、最小的氨基酸是甘氨酸,它的r基是氢(H)。它们可以根据它们所拥有的官能团的性质进行细分。大体上它们被负责,疏水性而且极性.这些性质影响它们与多肽和蛋白质中周围氨基酸相互作用的方式,从而影响蛋白质的3D结构和性质。
这张图表显示了组成蛋白质的20种氨基酸的化学结构。
氨基酸缩写
此表显示了蛋白质中发现的20种氨基酸的缩写和单字母代码。此外,在一些古生菌和细菌中用于蛋白质生物合成但在人类中不存在的吡咯赖氨酸,以及只在一些血统中发现的半胱氨酸类似物硒半胱氨酸,都包含在蓝色中。最后,将具有多个潜在身份的氨基酸残基的缩略语和终止密码子用红色表示,以完成单字母缩略语的字母表。
氨基酸的结构是什么?
氨基酸的结构由一个中心碳原子连接一个氢、一个酸性羧基(- COOH)、一个氨基(- NH2)和一个有机侧链(也称为R基)组成。侧链在20种氨基酸中都是唯一的。
氨基酸 |
缩写 |
单字母缩写 |
丙氨酸 |
阿拉巴马州 |
一个 |
精氨酸 |
参数 |
R |
天冬酰胺 |
Asn |
N |
天冬氨酸 |
Asp |
D |
半胱氨酸 |
半胱氨酸 |
C |
谷氨酰胺 |
Gln |
问 |
谷氨酸 |
Glu |
E |
甘氨酸 |
通用电气 |
G |
组氨酸 |
他的 |
H |
异亮氨酸 |
Ile |
我 |
亮氨酸 |
低浓缩铀 |
l |
赖氨酸 |
利斯河 |
K |
甲硫氨酸 |
见过 |
米 |
苯丙氨酸 |
板式换热器 |
F |
脯氨酸 |
箴 |
P |
丝氨酸 |
爵士 |
年代 |
苏氨酸 |
用力推 |
T |
色氨酸 |
Trp |
W |
酪氨酸 |
酪氨酸 |
Y |
缬氨酸 |
瓦尔 |
V |
Pyrrolysine |
所有供试 |
O |
硒代半胱氨酸 |
证券交易委员会 |
U |
天冬氨酸或天冬酰胺 |
澳交所 |
B |
谷氨酸或谷氨酰胺 |
Glx |
Z |
任何氨基酸 |
Xaa |
X |
亮氨酸或异亮氨酸 |
Xle |
J |
终止密码子 |
术语 |
Ala氨基酸
1875年,丙氨酸在蛋白质中被发现,占丝绸残留物的30%。它的低反应性有助于丝的简单,细长结构,很少交联,从而使纤维强度,抗拉伸性和灵活性。只有l-立体异构体参与蛋白质的生物合成。
精氨酸氨基酸
在人体中,精氨酸是在蛋白质被消化时产生的。然后它可以被人体转化为一氧化氮,一种已知的放松血管的化学物质。
由于其血管扩张作用,精氨酸已被提出用于治疗慢性心力衰竭、高胆固醇、循环障碍和高血压患者,尽管这些方面的研究仍在进行中。精氨酸也可以合成,精氨酸相关化合物由于其促进肝脏再生的作用,可用于治疗肝功能障碍患者。虽然精氨酸是生长所必需的,但不是身体维持所必需的,研究表明,精氨酸对伤口愈合过程至关重要,特别是在那些血液循环不良的人身上。
Asn氨基酸
1806年,从芦笋汁中纯化出了天冬酰胺,使其成为第一个从天然来源中分离出来的氨基酸。然而,直到1932年,科学家们才能够证明天冬酰胺存在于蛋白质中。只有l-立体异构体参与哺乳动物蛋白质的生物合成。天冬酰胺对清除体内的有毒氨很重要。
Asp氨基酸
天冬氨酸于1868年在蛋白质中发现,通常存在于动物蛋白质中,但只有l-立体异构体参与蛋白质的生物合成。这种氨基酸的水溶性使它能够出现在酶的活性位点附近,如胃蛋白酶。
Cys氨基酸
半胱氨酸在毛发、蹄子和皮肤的角蛋白中含量特别丰富,1810年从尿结石中分离出来,1899年从牛角中分离出来。随后,它被化学合成,并在1903-4年解决了结构问题。
半胱氨酸侧链中的含硫巯基是其性质的关键,它能在两个肽链之间形成二硫键桥(如胰岛素)或在单链内形成环,影响最终的蛋白质结构。两个半胱氨酸分子通过二硫键连接在一起,构成胱氨酸氨基酸,有时在常见的氨基酸表中单独列出。半胱氨酸在体内由丝氨酸和蛋氨酸合成,仅存在于哺乳动物蛋白质中的l-立体异构体中。
有基因问题的人胱氨酸尿无法有效地将胱氨酸重新吸收到血液中。因此,高水平的胱氨酸在他们的尿液中结晶并形成阻塞肾脏和膀胱的结石。
谷氨酰胺氨基酸
谷氨酰胺于1883年首次从甜菜汁中分离出来,1932年从一种蛋白质中分离出来,随后在第二年化学合成。谷氨酰胺是我们体内含量最丰富的氨基酸,它有几个重要的功能。在人体中,谷氨酰胺是由谷氨酸合成的,这一转化步骤在调节体内有毒氨的水平,形成尿素和嘌呤方面至关重要。
谷氨酸氨基酸
谷氨酸是1866年从小麦面筋中分离出来的,1890年化学合成的。通常在动物蛋白质中发现,只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白质中,人类能够从常见的中间物α-酮戊二酸合成。谷氨酸的一钠盐,味精(MSG)通常被用作调味品和风味增强剂。谷氨酸的羧基侧链能够作为氨的供体和受体,氨对身体是有毒的,使氨安全运输到肝脏,在那里它被转化为尿素并由肾脏排出。游离谷氨酸也可以降解为二氧化碳和水,或转化为糖。
Gly氨基酸
甘氨酸是第一个从蛋白质(明胶)中分离出来的氨基酸,也是唯一一个不具有光学活性的氨基酸(没有d-或l-立体异构体)。结构上最简单的α-氨基酸,当与蛋白质结合时非常不反应。即便如此,甘氨酸在氨基酸丝氨酸、辅酶谷胱甘肽、嘌呤和血红素(血红蛋白的重要组成部分)的生物合成中也很重要。
他的氨基酸
组氨酸于1896年被分离出来,其结构于1911年被化学合成证实。组氨酸是组胺的直接前体,也是嘌呤合成过程中碳的重要来源。当与蛋白质结合时,组氨酸的侧链可以作为质子受体和供体,当与凝乳蛋白酶和那些参与碳水化合物、蛋白质和核酸代谢的酶结合时,传递重要的特性。
对于婴儿来说,组氨酸被认为是一种必需氨基酸,成年人可以短时间不摄入组氨酸,但仍然被认为是必需的。
Ile氨基酸
异亮氨酸是1904年从甜菜糖蜜中分离出来的。异亮氨酸侧链的疏水性质对于确定所包含的蛋白质的三级结构很重要。
他们患有一种罕见的遗传疾病叫做枫糖浆尿病在异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的降解途径中存在缺陷酶。如果不进行治疗,代谢物会在患者的尿液中积聚,产生独特的气味,这种疾病因此得名。
亮氨酸
亮氨酸1819年从奶酪中分离出来,1820年从结晶状态的肌肉和羊毛中分离出来。1891年,它在实验室合成。
只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白质中,并能被体内的酶降解成更简单的化合物。一些DNA结合蛋白含有亮氨酸以亮氨酸拉链的形式排列的区域。
赖氨酸氨基酸
赖氨酸于1889年首次从牛奶蛋白酪蛋白中分离出来,其结构于1902年被阐明。赖氨酸在酶与辅酶的结合中很重要,在组蛋白的功能中起着重要的作用。
许多谷类作物的赖氨酸含量非常低,这导致一些严重依赖赖氨酸的人群以及素食者和低脂节食者缺乏赖氨酸。因此,人们努力开发富含赖氨酸的玉米品种。
Met氨基酸
蛋氨酸于1922年从牛奶蛋白酪蛋白中分离出来,并于1928年在实验室合成中确定了其结构。蛋氨酸是体内许多化合物硫的重要来源,包括半胱氨酸和牛磺酸。蛋氨酸与其硫含量有关,有助于防止脂肪在肝脏中堆积,并有助于排毒代谢废物和毒素。
蛋氨酸是唯一一种在大豆中不大量存在的必需氨基酸,因此被商业生产并添加到许多豆粕产品中。
苯丙氨酸
苯丙氨酸于1879年首次从天然来源(羽豆芽)中分离出来,随后于1882年化学合成。人体通常能够将苯丙氨酸分解为酪氨酸,但在患有遗传疾病的个体中苯丙酮酸尿(PKU),进行这种转化的酶缺乏活性。如果不及时治疗,苯丙氨酸会积聚在血液中,导致儿童智力发育迟缓。每1万名儿童中就有一名患有这种疾病,在生命早期采用低苯丙氨酸的饮食可以缓解这种影响。
前氨基酸
1900年,脯氨酸被化学合成。第二年,它从牛奶蛋白酪蛋白中分离出来,其结构显示相同。人类可以从谷氨酸合成脯氨酸,仅以l-立体异构体的形式出现在哺乳动物蛋白质中。当脯氨酸与蛋白质结合时,其特殊的结构会导致肽链的急剧弯曲或扭结,这对蛋白质的最终结构有很大的影响。脯氨酸及其衍生物羟脯氨酸占结缔组织必需的纤维蛋白胶原蛋白氨基酸残基的21%。
丝氨酸
1865年,丝氨酸首次从丝蛋白中分离出来,但其结构直到1902年才确定。人类可以从其他代谢物合成丝氨酸,包括甘氨酸,尽管只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白质中。丝氨酸对许多代谢物的生物合成很重要,而且通常对其所结合的酶的催化功能很重要,包括糜蛋白酶和胰蛋白酶。
神经毒气和一些杀虫剂通过与乙酰胆碱酯酶活性部位的丝氨酸残基结合,完全抑制这种酶的作用。酯酶的活性对分解神经递质乙酰胆碱至关重要,否则危险的高水平积聚,迅速导致抽搐和死亡。
苏氨酸氨基酸
苏氨酸是1935年从纤维蛋白中分离出来并于同年合成的。只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白质中,相对不反应。虽然它在细菌的许多反应中很重要,但在高等动物(包括人类)中的代谢作用尚不清楚。
色氨酸氨基酸
1901年,色氨酸从酪蛋白(牛奶蛋白)中分离出来,1907年,色氨酸的结构被确定,但只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白质中。在人体肠道中,细菌分解食物中的色氨酸,释放出粪臭素和吲哚等化合物,使粪便散发出难闻的气味。色氨酸可以转化为维生素B3(也称为烟酸或烟酸),但转化率不足以保持我们的健康。因此,我们还必须摄入维生素B3,如果不这样做,就会导致一种叫做维生素B3的缺乏症糙皮病.
Tyr氨基酸
1846年,酪氨酸从酪蛋白(奶酪中的一种蛋白质)的降解中分离出来,随后在实验室中合成了酪氨酸,并于1883年确定了其结构。仅存在于哺乳动物蛋白质中的l-立体异构体中,人类可以从苯丙氨酸合成酪氨酸。酪氨酸是肾上腺激素肾上腺素和去甲肾上腺素的重要前体,甲状腺激素包括甲状腺素和头发、皮肤色素黑色素。在酶中,酪氨酸残基通常与活性位点相关,活性位点的改变可以改变酶的特异性或完全消除活性。
患有严重的遗传病苯丙酮酸尿(北大)无法将苯丙氨酸转化为酪氨酸,而患有尿黑酸尿有缺陷的酪氨酸代谢,产生独特的尿液,当暴露在空气中时颜色会变深。
Val氨基酸
缬氨酸的结构于1906年建立,1879年首次从白蛋白中分离出来。只有l-立体异构体出现在哺乳动物蛋白中。缬氨酸在体内可以被分解成更简单的化合物,但在患有一种罕见遗传疾病的人体内枫糖浆尿病在美国,一种有缺陷的酶会中断这一过程,如果不加以治疗,可能会致命。
羧基的性质
疏水氨基酸的性质
- 属于疏水类别的氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸。
- 正如它们的分类所表明的那样,侧链倾向于被水排斥,因此这影响了这些氨基酸在蛋白质三级结构中的定位。
极性氨基酸的性质
- 由于侧链的亲水性质,极性氨基酸残基通常在聚合后的蛋白质外部发现。
- 四种氨基酸被归类为极性但不带电(天冬酰胺、谷氨酰胺、丝氨酸和苏氨酸)。
芳香族氨基酸的性质
- 芳香族氨基酸(苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸),虽然都属于其他分类,但都具有芳香族侧链。
- 因此,它们都在不同程度上吸收紫外线,其中酪氨酸吸收最多,苯丙氨酸吸收最少。
蛋白质合成定义和氨基酸编码
来形成蛋白质,氨基酸聚合形成肽键,开始于n端,结束于c端。
- 从DNA复制的信使RNA (mRNA)提供了在哪个位置结合哪个氨基酸以合成特定蛋白质的指令。
- 在核糖体中,转运RNA (tRNA)与mRNA的一端结合,并在另一端携带所需的氨基酸。
- 额外的蛋白质因子有助于蛋白质合成的起始、延伸和终止。
- 决定哪个氨基酸需要在哪个位置被结合所需的遗传信息被编码为mRNA中的一系列三个碱基或三组,也称为三组密码。64个可能的三胞胎和它们指定的氨基酸被称为遗传密码或氨基酸密码。
- 许多氨基酸由一个以上的三重编码编码,如精氨酸,当遇到CGU, CGC, CGA或CGG时加入。在大多数生物中,三联体中的三个(有时是两个)信号链终止。
九种必需氨基酸和氨基酸补充剂
人体能够合成这20种氨基酸中的11种,然而其他9个我们不能.这可能是由于基因缺失或突变随着时间的推移,对不断变化的选择压力做出反应,比如含有特定氨基酸的特定食物的丰度。因此,这些氨基酸被称为必需氨基酸,必须通过我们的饮食获得。
特定的动物种类能够合成不同的氨基酸,因此,它们的饮食需求也不同。例如,人类能够合成精氨酸,但狗和猫不能——它们必须通过饮食摄入精氨酸。不像人和狗,猫不能合成牛磺酸。这也是商业狗粮不适合猫吃的原因之一。对人类来说,必须通过饮食获得的九种氨基酸是组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸。
含有所有9种必需氨基酸的食物被称为“完全蛋白质”,包括肉类、海鲜、蛋类、奶制品、大豆藜麦和荞麦。其他蛋白质来源,如坚果、种子、谷物和豆类,含有一些但不是全部的必需氨基酸,因此被称为不完全氨基酸。
下表显示了美国建议每日津贴每公斤体重中含有九种必需氨基酸。
氨基酸 |
每日推荐摄取量(毫克/公斤体重) |
组氨酸 |
14 |
异亮氨酸 |
19 |
亮氨酸 |
42 |
赖氨酸 |
38 |
甲硫氨酸 |
19 |
苯丙氨酸 |
33 |
苏氨酸 |
20. |
色氨酸 |
5 |
缬氨酸 |
24 |
非必需氨基酸半胱氨酸(19毫克/公斤)和酪氨酸(33毫克/公斤)也有指南。
我们来谈谈补充剂。你身体所需的所有必需氨基酸都可以通过健康均衡的饮食来满足.然而,也有一些人提倡服用高浓度补充剂来改善情绪、睡眠、运动表现、减肥和防止肌肉流失等因素。看看许多“健康和幸福”页面,有人在兜售氨基酸补充剂的好处,但有充分的证据支持这一点吗?
人体必需的氨基酸色氨酸是产生血清素所必需的,血清素是一种神经递质,在睡眠、情绪和行为中起着重要作用。因此,控制色氨酸水平对睡眠和情绪的影响已经在许多研究中进行了调查。然而有证据表明消耗色氨酸水平会对睡眠和情绪产生负面影响,许多研究都存在样本量小、缺乏足够的对照或其他问题失败.因此,虽然它显然是饮食中的一个关键组成部分,而且可能存在潜在的为了使补充色氨酸产生有益的效果,目前缺乏证据来支持在健康饮食中摄入的色氨酸以上的剂量,需要进一步的调查。
虽然有一些研究表明服用氨基酸补充剂可以对运动表现有积极影响在一些组中,不同研究的结果差异很大,许多研究证明了这一点很少或没有好处.一个临床试验还在研究服用氨基酸食物补充剂对皮肤光老化的影响,但结果尚未公布。