Biochimie descriptivă / Biochimie și toxicologie - Curs 2

Transcript

1 Biochimie descriptivă / Biochimie și toxicologie - Curs 2 Aminoacizii Aminoacizii sunt compuși biochimici cu masă moleculară mică și importanţă deosebită pentru organismul uman. Aceştia sunt elemente structurale de bază care intră în componenţa proteinelor, compuşi cu proprietăți biologice remarcabile. Aminoacizii au fost obţinuţi din proteine prin hidroliza acidă (HCl 6M) a legăturilor peptidice. De asemenea, aminoacizii sunt precursori ai hormonilor (tiroxina) sau moleculelor specializate cu anumite funcţii (dopamina-neurotransmiţător). Primul aminoacid descoperit a fost asparagina (în rădăcina şi tulpina sparanghelului; 1806). Ultimul aminoacid, treonina, a fost descoperit în La început aminoacizii au fost denumiţi în funcţie de sursa de provenienţă (asparagina din Asparagus, glutamatul din gluten şi tirozina din brânza - tyros = brânză) sau după alte proprietăţi (glicina- Glykos - dulce). Aminoacizii sunt prezenți în sânge sau alte fluide biologice atât în formă liberă cât şi combinată. De asemenea, aminoacizii sunt precursori ai hormonilor, zaharurilor, purinelor, pirimidinelor, porfirinelor, vitaminelor sau aminelor cu rol fiziologic. Structura aminoacizilor Structura aminoacizilor (ionizată) este ilustrată în figura 1. Proprietăţile chimice și fizice ale aminoacizilor sunt dictate de grupările care sunt grefate pe atomul de carbon din poziţia. La acest atom de carbon se disting următoarele grupări: a) gruparea amino - grupare protonată (-NH3 + ) în condiţii de ph fiziologice (ph 7); b) gruparea carboxil - grupare deprotonată (-COO - ) în condiţii de ph fiziologice; c) catena laterală - conferă proprietăţi specifice aminoacizilor, fiind responsabilă şi de asimetria atomului de carbon din poziţia. Până în prezent se cunosc 22 de aminoacizi care sunt elemente structurale de bază ale proteinelor, dintre care numai 20 sunt criptate de către codul genetic universal. Ceilalți doi, selenocisteina și pirolizina (ultimul fiind prezent doar în componența proteinelor din bacterii sau arhee) fuzionează cu ADN-ul de transfer care este capabil să formeze perechi de baze cu codonii de stop ai ARN-ului mesager în timpul procesului de translație. Doar în această situație acești doi aminoacizi pot fi încorporați în proteine. Configuraţia celor 21 de aminoacizi existenţi în proteinele umane (excepţie face aminoacidul glicina) este L (Figura 1, structura generală ionizată a unui aminoacid la ph neutru). Figura 1. Configurația L- și D- a aminoacizilor Până în prezent se cunosc peste 200 de aminoacizi. Unii dintre aceştia apar numai în plante sau în anumite microorganisme. În natură aminoacizii există şi în configuraţia D. De exemplu, D-alanina acizii D-glutamic şi D-aspartic intră în componenţa peptidelor

2 din peretele bacterian. Fluidul intracelular al unor viermi marini şi nevertebrate conţine drept componentă principală D-aminoacizii, iar în unele crustacee marine cantitatea acestora poate depăşi 1%. De asemenea, acidul D-aspartic, D-asparagina, acidul D- glutamic, D-glutamina, D-serina și D-alanina au fost detectați în majoritatea plantelor, în timp ce D-prolina, D-valina, D-leucina and D-lizina doar în unele plante (angiosperme dicotiledonate). Proteinele metabolice stabile din mamifere conţin cantităţi însemnate de acid D-aspartic rezultat în urma procesului de racemizare: concentraţia acidului D- aspartic în materia albă creierului atinge circa 3%, iar în proteina bazică din măduva spinării până la 10%. Laptele, carnea şi diversele cereale, care nu conţin cantităţi substanţiale de D- aminoacizi, suferă adesea în decursul procesării fenomenul de racemizare. Mai mult, concentrația D-aminoacizilor din probele de lapte (bio) creşte substanţial în decursul stocării la 4 o C. Astfel, se recomandă determinarea conţinutului de D-alanină pentru a monitoriza eventualele contaminări ale laptelui cu bacterii. Concentrația aminoacizilor în sângele total este de 5-8 mg/ml. S-a constatat o creștere a concentrației aminoacizilor în sânge în cazul afecțiunile acute ale parenchimului hepatic, icterelelor, cirozelor, leucemiilor, nefritelor sau intoxicațiilor cu arsen sau fosfor. Variațiile patologice ale acestora sunt corelate în multe situații cu erorile metabolice înnăscute, încadrându-se în sindroamele cu severitate ridicată și pot fi asociate în unele cazuri cu debilitate mintală. Hiperaminoacidimiile se produc prin inhibiția sistemului de transport tubular (în care nivelul plasmatic al aminoacizilor rămâne neschimbat) sau datorită unui deficit enzimatic strict localizat. O creștere a nivelului total de aminoacizi din sânge poate fi pusă pe seama: eclapsiei (afecțiune care survine, în general, la sfârșitul perioadei de sarcină, caracterizată prin convulsii asociate cu hipertensiune arterială), intoleranței la fructoză, cetoacidozei, insuficiențelor renale sau instalării sindromului Reye (care apare la copii cu vârstele între 4-12 ani cărora le-a fost administrată aspirină; se manifestă prin meningită, encefalită, disfuncții ale ficatului). Scăderea concentrației totale a aminoacizilor din sânge poate fi datorată: unei hiperfuncții cortico-suprarenaliane, bolii Hartnup (boală autozomală recesivă în care nivelele alaninei, valinei, treoninei, leucinei, fenil alaninei, tirozinei, histidinei sau glicinei sunt mai scăzute; de asemenea scăderea concentrației de triptofan pot conduce la deficiențe ale vitaminei B3 care se manifestă prin dermatite), malnutriție, sindrom nefrotic, boala Huntington (afecțiune neurodegenerativă rară, moștenită genetic; apar disfuncţiile motorii tipice - mişcări spasmodice şi involuntare ale braţelor, picioarelor, toracelui şi feţei; simptomele timpurii pot fi și pierderea motivaţiei şi o modificare a stării emoţionale depresie), artrită reumatoidă sau febră Phlebotomus (provocată de musca de nisip Phlebotomus рарраtasif; simptomele sunt: instalarea oboselii, pierderea în greutate, febră urmată de un focar de leziuni ale pielii). Fenilcetonuria (idioția fenilpiruvică) este cauzată de un defect genetic al unei enzime care catalizează transformarea fenilalaninei în tirozină. Drept rezultat, în fluxul sangvin se acumulează o cantitate apreciabilă de fenilalanină și produșii acesteia de metabolizare (acid fenilpiruvic, acid fenilacetic și acid fenillactic). Concentrația ridicată de fenilalanină inhibă o altă enzimă, fapt care va induce diminuarea sintezei melaninei (un pigment de la nivelul pielii, părului, țesutului pigmentat care stă la baza irisului ochiului și peretelui de dincolo de urechea internă). Ca urmare bolnavii de fenilcetonurie au următoarele trăsături: tenul deschis, părul blond și ochi albaștri.

3 Majoritatea aminoacizilor care intră în componența proteinelor se regăsesc în urină, sub formă liberă. Conținutul zilnic de aminoacizi totali din urină este de 1-3 g. Aminoacizii cei mai reprezentativi sunt: glicina, histidina și derivații metilați (1-metilhistidina și 3-metil-histidina), glutamina, serina, alanina, acidul -amino-butiric. În mod frecvent în urină se găsesc glicina, tirozina, leucina sau histidina. Zilnic se elimină aproximativ 210 mg histidină, 140 mg glicină și 100 mg taurină. Un aport proteic alimentar ridicat determină o creștere a cantității de histidină, treonină, lizină sau tirozină. Hiperaciduriile renale pot fi de mai multe tipuri: a) fiziologice: hiperacidurii globale, care apar îndeosebi la sugar și prematur; datorate sistemelor enzimatice de transport; hiperaciduria și histinuria ce apar în săptămâna a 5-a de sarcină; b) patologice ce depind de mecanismele fiziopatologice: o aminoacidurii renale, prin tulburarea reabsorbției tubulare, cu nivel sangvin normal; o aminoacidurii prerenale cu nivel crescut de aminoacizi atât sangvine cât și în urină. Hiperaciduriile renale se caracterizează prin alterarea absorbției unui singur aminoacid (glicocoluria) sau a unui grup de aminoacizi (cistina, lizina, arginina și ornitina-cistinuria; acidul glutamic, acidul aspartic - aminoaciduria dicarboxilică; metionina, tirozina, fenilalanina, acidul -hidroxibutiric - malabsorbţia metioninei). Boala urinei cu miros de sirop de arțar (MSUD- eng. Maple Syrup Urine Disease) este o boală cauzată de un deficit al enzimei care catalizeaza decarboxilarea oxidativă a aminoacizilor cu catena ramificată (valină, leucină și izoleucină) atât în sânge cât și în urină alături de metaboliți (cetoacizii derivați din aceștia) imprimând urinei un miros de sirop de arțar. Deficitul în metabolizarea acestor aminoacizi induce apariția unor leziuni nervoase, întârzierea dezvoltării mentale sau în cazul formelor severe chiar la deces. În condițiile în care boala este depistată în primele luni de viață se impune o alimentație săracă în valină, leucină și izoleucină, iar șansele de redresare a pacientului sunt ridicate. Concentrația aminoacizilor din lichidul cefalorahidian (LCR) este mai scăzută decât cea plasmatică. LCR conține majoritatea aminoacizilor prezenți în plasmă și țesutul nervos (cu excepția 1- și 3-metil histidinei respectiv a cisteinei). Determinarea nivelului aminoacizilor poate furniza informații importante legate de diferențierea meningitei tuberculoase de cea aseptică. Dacă în ambele tipuri de meningită nivelul aminoacizilor aspartic, glutamic, GABA (acid -aminobutiric), glicinei, triptofanului sunt ridicate, în cazul meningitei tuberculoase scade nivelul de taurină și crește concentrația fenilalaninei din LCR. Determinarea aminoacizilor în laboratorul clinic se efectuează prin metoda Sorensen sau metode fotometrice (cu acid 1,2-naftachinon-4-sulfonic) sau fluorimetrice (în prezență de tioli și o-dibenzaldehidă). În cazul separării aminoacizilor prin cromatografia în strat subțire sau HPLC (cromatografie de lichide de înaltă performanță) aminoacizii pot fi detectați prin reacția cu ninhidrina (colorație violet purpura lui Ruhemann, doar prolina conduce la un produs colorat în galben sau verde-în funcție de ph) sau izatina (colorație albastră intensă cu prolina, roșie cu valina și roz cu alanina).

4 Clasificarea aminoacizilor Aminoacizii pot fi clasificaţi după următoarele criterii: - proprietăţile chimice; - utilitatea acestora în biosinteza proteinelor; - necesitatea biosintezei acestora pentru organism; - implicarea lor ca substrat în procesul de gluconeogeneză. Catena laterală determină diferenţele dintre proprietăţile chimice ale aminoacizilor În funcţie de natura catenei laterale se disting: a) catene laterale alifatice sau aromatice nepolare: - aminoacizii alifatici: glicina, alanina, valina, leucina, izoleucina, metionina; Glicina este aminoacidul cu structura cea mai simplă, având în catena laterală un atom de hidrogen. Drept rezultat glicina este singurul aminoacid care nu este chiral (pe atomul de carbon din poziția sunt grefați doi atomi de hidrogen). Alanina, valina, leucina şi izoleucina posedă catene laterale hidrocarbonate (de la gruparea metil din alanină la grupările butiril izomere din izoleucină şi leucină). Alanina este unul dintre aminoacizii care se găsesc în proteine, frecvența de apariție în aceste macromolecule fiind depășită doar de leucină. Există o controversă legată de faptul că leucina este un aminoacid care stimulează direct sinteza proteinelor în mușchi. Mai mult excedentul de leucină poate fi periculos și poate induce diareea, apariția dermatitelor, instalarea demenței și uneori decesul. Izoleucina posedă un centru chiral suplimentar pe catena laterală. Metionina este un aminoacid nepolar care intervine (sub formă formilată; fiind inserat primul în lanțul proteic) în cadrul biosintezei proteinelor din bacterii, mitocondrii și cloroplaste. Este codat de codonul de start AUG localizat pe ARN-ul mesager. - aromatici: fenilalanina, tirozina şi triptofanul; Resturile aromatice (fenilalanina, tirozina şi triptofanul) pot fi detectate prin spectroscopie în domeniul UV ( nm). Această proprietate este folosită în special pentru estimarea concentraţiei peptidelor sau proteinelor care conţin aceste resturi sau pentru studiul împachetării acestor macromolecule.

5 Fenilalanina este un aminoacid nepolar și un precursor metabolic al tirozinei. Boala genetică numită fenilcetonurie are drept consecință metabolizarea defectuoasă a fenilalaninei. Triptofanul este un aminoacid esențial care conține un rest indolic. Acest aminoacid este precursor an serotoninei, niacinei și hormonului auxină (în plante). Tirozina este un aminoacid neesențial care poate fi fosforilat în proteine în cadrul proceselor de semnalizare. În celulele dopaminergice ale creierului o enzimă (tirozin hidroxilaza) convertește tirozina la L-DOPA, un intermediar precursor al dopaminei. Mai mult, dopamina este un precursor al norepinefrinei, epinefrinei, hormonilor tiroidieni și melaninei. Fluorescenţa proteinelor (polimeri care au drept unităţi structurale aminoacizii) este în general obţinută prin excitarea aminoacizilor aromatici la lungimi de undă mai mari de 280 nm (dat fiind faptul că fluorescenţa fenil alaninei este mai mică şi maximul de absorbţie al acestui aminoacid este în jurul valorii de 260 nm se preferă excitarea la valori mai mari ale absorbanţei). Proteinele absorb la 280 nm datorită triptofanului şi tirozinei. În schimb, la lungimi de undă mai mari de 295 nm, absorbţia este atribuită în special triptofanului. Astfel, triptofanul trebuie excitat la nm pentru a emite specific la lungimi de undă mai mari. Maximele de emisie ale tirozinei şi triptofanului (aminoacizi individuali) în soluţie apoasă sunt la lungimile de undă de 303 respectiv 348 nm (triptofanul deşi puţin abundent în proteine are proprietăţi fluorescente atribuite nucleului indolic). - heterociclici: prolina (singurul aminoacid care are o grupare amino secundară), triptofanul și histidina (vezi catene laterale încărcate pozitiv) Prolina este cel mai puțin flexibil aminoacid dintre prezenți în proteine. Prezența prolinei afectează structura secundară (desface elementele secundare de tip heilix și β pliat). Hidroxilarea prolinelor din colagen imprimă o stabilitate conformațională acestei proteine.

6 b) catene laterale neîncărcate (serina, treonina, asparagina, glutamina, cisteina, selenocisteina). Grupările -OH din catena laterală a aminoacizilor (serina, treonina aminoacizi alifatici polari, tirozina aminoacid aromatic grupare fenolică) pot fi implicate în legături de hidrogen. Serina este un precursor al multor compuși celulari: purinelor, pirimidinelor, sfingolipidelor, folatului și a unor aminoacizilor (glicină, cisteină și triptofan). Gruparea hidroxilică a serinei din proteine este țintă pentru fosforilare prin intermediul kinazelor. Serina face parte din triada catalitică a serin proteazelor. Pe catena laterală mai pot fi prezente şi alte grupări: -SH (cisteina), -SeH (selenocisteina), tioeterică (metionina) sau amidică (glutamina, asparagina). Cisteina este singurul aminoacid care are o grupare tiolică în catena laterală. Este neesențial pentru adulți dar esențial pentru bebeluși. Grupările tiolice din două molecule de cisteină poate fi oxidate la una disulfidică. În plus, acest aminoacid este o componentă a proteinelor, peptidelor (glutation). Selenocisteina este un aminoacid codat de tripletul UGA (care este şi tripletul de oprire în sinteza proteică). Acest aminoacid este mult mai reactiv decât cisteina. Înlocuirea atomului de S cu Se în unele enzime (catalizatori biochimici care sunt implicaţi în unele reacţii redox) determină o creştere semnificativă (cu peste 100 de ori) a vitezei reacţiei catalizate. Asparagina este un aminoacid neesențial. Gruparea amidică din catena laterală imprimă un caracter polar acestui aminoacid. Asparagina este implicată în formarea acrilamidei în cazul alimentelor gătite la temperaturi ridicate (când reacționează cu grupările carbonilice). De asemenea, asparagina este convertită în acid malic în cadrul ciclului acidului citric.

7 Glutamina care nu este în mod normal esențial, dar în anumite situații poate fi necesar pentru atleții care depun eforturi intensive sau pentru persoanele care sunt afectate de boli gastro-intestinale. Glutamina este cel mai abundent aminoacid din sânge și unul din puținii care poate traversa bariera hemato-encefalică. c) catene laterale încărcate: - pozitiv (lizina, arginina, histidina-imidazolul are un pka de aproximativ 6 în consecinţă heterociclul din catena laterală este deprotonat, iar nucleul imidazolic încărcat negativ, la valori ale ph-ului mai mari decât 7-8); Lizina este un aminoacid esențial care poate fi modificat postranslațional (după biosinteza proteică) pentru a forma acetilizină, hidroxilizină și metillizină. De asemenea, acest aminoacid poate fi ubichitinat, biotinilat, carboxilat sau cuplat cu proteine ( sumoilare, pupilare ). Arginina este un aminoacid care poate fi esențial sau neesențial. Copii născuți prematur nu pot sintetiza arginina. În plus, traumele chirurgicale, septicemiile și arsurile induc o nevoie crescută de arginină. Acest aminoacid conține o grupare complexă numită guanidinică a cărei constantă pka este de peste 12, fapt care îi conferă o încărcare pozitivă la ph-ul celular. - negativ (grupările carboxilice aflate pe catena laterală a resturilor aspartat şi glutamat au valori ale pka-ului de 3,9 şi 4,3; sunt foarte polare încărcate negativ în condiţii fiziologice). Aceste grupări sunt implicate în interacţii electrostatice cu grupări încărcate pozitiv, punţi de hidrogen etc.

8 Acidul aspartic este un aminoacid neesențial (produs prin transaminarea oxaloacetatului). Acidul glutamic este un aminoacid neesențial (produs prin transaminarea cetoglutaratului) care are rol și de neurotransmițător. Aminoacizii cu catene laterale alifatice sau aromatice nepolare cu excepţia glicinei sunt hidrofobi, iar cei care posedă catene laterale încărcate sunt hidrofili. Aminoacizii polari care au catene laterale neîncărcate au încărcări intermediare (atât hidrofobi cât şi hidrofili). În funcţie de aminoacizii care intră în compoziţia proteinelor se disting: a) aminoacizi proteinogeni-aminoacizii care intră în compoziţia proteinelor (vezi exemplele de mai sus); b) aminoacizi neproteinogeni-aminoacizii care nu intră în compoziţia proteinelor: - ornitina (un precursor al citrulinei în mitocondrii) şi citrulina (un precursor al argininei în citozol; în această reacție se produc și oxizi de azot molecule semnal în sistemul cardiovascular, în neuroni sau în sistemul imunitar) apar în decursul ciclului ureei. Sinteza și eliminarea ureei este esențială pentru eliminarea metaboliților toxici cu azot din organism; Citrulina - homocisteina este un aminoacid intermediar care provine din metabolismul metioninei (un nivel crescut de homocisteină în sânge poate fi un indicator al aterosclerozei și al trombozei). Hiperhomocisteinemia (un nivel plasmatic >12-15 μmol/l) poate fi asociată cu defecte genetice ale enzimelor implicate în metabolismul homocisteinei. Într-unul dintre defecte pacienții prezintă retard mental, tromboembolism arterial și dezvoltă ateroscleroză precoce. - 5-hidroxi-triptofanul un precursor al serotoninei şi un intermediar în metabolismul triptofanului; - homoserina este un intermediar al catabolismului metioninei;

9 - taurina, aminoacid cu grupare sulfonică, intră în componenţa acizilor biliari (un nivel crescut ale acidului taurocolic în serul fetal în colestaza obstetrică poate induce instalarea unei aritmii fetale respectiv a decesului intrauterin subit); - -Alanina este parte integrantă a coenzimei A Aminoacizii esenţiali nu pot fi sintetizaţi de organismul uman Aminoacizii care nu pot fi sintetizaţi de organismul uman, şi ca atare pot fi suplimentaţi prin aport alimentar, poartă denumirea de aminoacizi esenţiali. Pentru organismul uman sunt esenţiali: valina, leucina, izoleucina, fenilalanina, triptofanul, lizina, metionina şi treonina (Tabelul 1). Ceilalţi aminoacizi, pot fi sintetizaţi de organismul uman plecând de la acizii esenţiali, prin scindarea proteinelor sau de la alți metaboliți şi sunt denumiţi neesenţiali. De exemplu, alanina este sintetizată în organism plecând de la piruvat și din acest motiv este considerat un aminoacid neesențial. Aminoacizii esenţiali se găsesc atât în proteinele Esentiali Arginina Histidina Izoleucina Leucina Lizina Metionina Fenil-alanina Treonina Triptofan Valina Neesentiali Alanina Aspartat Cisteina Glutamat Arginina Asparagina Glutamina Glicina Prolina Serina Tirosina de origine vegetală cât şi în cele de origine animală. Compoziţia în aminoacizi diferă de la o proteină la alta. Clasificarea în aminoacizi esenţiali şi neesenţiali este relativă. Aminoacizii esențiali pot varia de la un organism la altul, pot fi determinați de vârsta etc. Aminoacizii care sunt în mod normal neesențiali pot fi necesari în anumite situații. Indivizii care nu sintetizează cantități suficiente de arginină, cisteină, glutamină, prolină, selenocisteină, serină și tirozină, datorită unor maladii, au nevoie de suplimente alimentare care conțin acești aminoacizi. Din scheletul atomilor de carbon al unor aminoacizi poate fi sintetizată glucoza Scheletul hidrocarbonat al unor aminoacizi poate fi utilizat la sinteza glucozei. Aceşti aminoacizi (cu excepţia leucinei şi lizinei) se numesc aminoacizi glucogeni, iar restul aminoacizi cetogeni deoarece sunt transformaţi în corpii cetonici (excretați în urină). Proprietăţile acido-bazice ale aminoacizilor Tabelul 1 Aminoacizii sunt amfoliţi Aminoacizii pot ceda sau accepta protoni şi ca atare pot să se comporte asemeni acizilor şi bazelor (amfolit).

10 Gruparea amino poate fi protonată: Valoarea constantei de aciditate, pka, a acestei reacţii este de 9-10,5 (în funcţie de catena laterală a aminoacidului). În majoritatea condiţiilor fiziologice de ph gruparea amino este protonată, dar gruparea carboxil din aminoacizi este deprotonată: Valoarea constantei de aciditate, pka, pentru reacţia de deprotonare a grupării carboxil este de 1,7-2,4. Acest fapt dictează o încărcare negativă a acestei grupări la valori fiziologice ale ph-ului. Proprietăţile acido-bazice ale grupărilor din catena laterală De asemenea, grupările disociabile din catena laterală a aminoacizilor au valori specifice ale pka-ului şi pot contribui la proprietatea de amfolit a acestora. O importanţă deosebită o are nucleul imidazolic din catena laterală a histidinei (cu un pka = 6). Din acest motiv unele resturi de histidină din enzime iau parte la diverse reacţii (fixarea oxigenului în hemoglobină, proteazele posedă 3 resturi catalitice în situsul activ cisteină sau serină, histidină și acid glutamic). Mai mult, biologia moleculară modernă permite producerea artificială a unor proteine care posedă la unul din capetele lanțului proteic o secvență de 6-10 histidine (6-10 nuclee imidazolice), proprietate care permite izolarea prin cromatografie de afinitate a acestora (prin interacțiune cu o matrice pe care sunt grefați/complexați ionii metalici: Ni 2+, Co 2+ sau Zn 2+ ). Cisteina ionizează la ph bazic (pka = 8,3) sau poate fi oxidată la cistină, acest fapt conferă resturilor de cisteină un rol deosebit în împachetarea tridimensională a proteinelor.

11 De asemenea, tirozina, un aminoacid aromatic, posedă gruparea fenolică ce ionizează la valori mari ale ph-ului (pka =10,1). Punctul izoelectric Dacă la valori mici ale ph-ului (ph 1) toate grupările disociabile sunt protonate şi aminoacizii sunt încărcaţi pozitiv, la valori mari ale ph-ului (ph 11) toate grupările funcţionale sunt deprotonate şi grupele carboxil încărcăte negativ. Există însă şi situaţii în care la anumite valori ale ph-ului gruparea carboxilică este parţial ionizată (reacţie de echilibru), pe când gruparea amino este protonată. Valoarea ph-ului la care încărcarea netă a aminoacidului este zero poartă numele de punct izoelectric. În cazul aminoacizilor dicarboxilici punctul izoelectric are valori mai mici comparativ cu cei monocarboxilici (piaspartic = 2,97). În schimb, acizii diaminocarboxilici posedă puncte izoelectrice mai ridicate (pilizină = 9,74) comparativ cu cei monoamino carboxilici. Aminoacidul lizină este un compus întâlnit în proteinele care interacţionează cu acizii nucleici. Derivaţii aminoacizilor Modificarea catenei laterale a proteinelor Codul genetic universal care este aproape identic în toate organismele se referă doar la cei 21 de aminoacizi standard. Există însă şi alţi aminoacizi care intră în componenţa unor proteine. În cele mai multe cazuri aceşti aminoacizi apar datorită modificărilor pe care le suferă un aminoacid standard după ce lanţul polipeptidic a fost sintetizat modificări post-traslaţionale. Cele mai comune modificări constau într-o simplă modificare a catenei laterale: hidroxilarea (lizină, prolină sau histidină), metilarea, acetilarea, carboxilarea sau fosforilarea (serinei, treoninei sau tirozinei).

12 4-hidroxi-prolina este întâlnită în proteinele din peretele celular al plantelor sau în colagen, o proteină din ţesutul conjuctiv (alături de 5-hidroxi-lizina). -carboxiglutamatul, este un aminoacid care intră în componenţa protrombinei (proteina implicată în coagularea sângelui) sau în alte proteine care complexează ionii de Ca Metil-lizina şi 3-metil-histidina, sunt aminoacizi care se află în catena miozinei, o proteină din muşchiul cardiac. -hidroxi-lizina are două funcţii importante în colagen: serveşte la ataşarea de zaharuri (galactoza sau glucozil-galactoza) sau joacă un rol important în stabilizarea intra sau intermoleculară (resturile de lisină sau -hidroxi-lisină sunt dezaminate oxidativ în pozitia unde formează grupări aldehidice, grupări care pot fi reticulate cu resturile de lizină intacte). De asemenea, pe catena laterală a aminoacizilor din componenţa proteinelor pot fi ataşate grupări voluminoase (lipide, carbohidraţi în cazul glicoproteinelor acestea pot avea resturile de zahar atașate de catena laterală a asparaginei, treoninei sau serinei). Grupările N- sau C- terminale din lanţurile polipeptidice/proteice pot fi modificate chimic. Aceste modificări sunt importante pentru funcţia proteinelor.

13 Aminoacizii şi derivaţii biologic activi ai acestora Cei 20 de aminoacizi standard suferă adesea transformări chimice. Aceste transformări au drept rezultat obţinerea altor aminoacizi sau a unor compuşi înrudiţi şi sunt parte integrantă a transformărilor care au loc în sinteza celulară sau în procesele de degradare. De asemenea, aminocizii pot fi utilizaţi la: transportul azotului sub forma grupelor amino, sursa de energie (în urma oxidării) sau la comunicarea dintre celule. Alte roluri ale aminoacizilor şi derivaţilor acestora: glicina, acidul -amino-butiric (AGAB, un produs rezultat prin decarboxilarea acidului glutamic), dopamina (un compus rezultat prin decarboxilarea hidroxitirozinei) sunt compuşi eliberaţi de celula nervoasă cu scopul de a modifica comportamentul celulelor vecine (neurotransmiţători); - antagoniştii dopaminei (medicamente care interferă cu dopamina la legarea acestui compus la receptorii aferenţi) sunt utilizaţi pentru tratarea schizofreniei şi a unor boli mentale similare. O persoană cu schizofrenie poate posedă un sistem dopaminic hiperactiv. Din acest motiv folosirea antagoniştilor dopaminei pot ajuta la reglarea acestui sistem prin reducerea activităţii dopaminei; - cocaina şi alte medicamente în exces pot afecta funcţiile dopaminei (prin stimularea sau blocarea receptorilor dopaminei). histamina (produsul de decarboxilare al histidinei) este un potenţial mediator local pentru reacţiile alergice, poate fi implicată în mecanismul de apărare împotriva substanţelor exogene (sistemul imunitar) sau are funcţii de reglare a tractului gastro-intestinal (controlează nivelul de acid gastric), a sistemului nervos central cât şi a ritmului somn/trezire. tiroxina (un alt derivat la tirozinei) este un hormon tiroidian (conţine iod) care reduce presiunea sangvină, pulsul, temperatura sau greutatea vertebratelor. Tiroxina se obține în urma reacției de iodurare a tirozinei urmată de condensarea oxidativă a două molecule de diiodo-tirozină. Triiodo-tironina este un derivat cu funcții și structură asemănătoare tiroxinei (hormon care posedă grefați doar trei atomi de iod în structură). Cei doi derivați se leagă de proteina numită tiroglobulină. Acest complex poate fi scindat, iar derivații pot interacționa cu proteine plasmatice și astfel transportați la celulele periferice, unde se leagă de ADN-ul celulei inducând o creștere a ratei metabolismului zaharurilor și proteinelor. Compuşi derivaţi de la aminoacizi care posedă proprietăţi biologice