„Aminokwasy niebiałkowe:

występowanie i znaczenie”

Autor: Igor Przegrałek

Aminokwasy stanowią grupę związków organicznych budujących organizmy żywe. Są to pochodne kwasów karboksylowych i amin. Wyróżnić możemy aminokwasy białkowe, które łącząc się ze sobą wiązaniami peptydowymi tworzą białka oraz aminokwasy niebiałkowe, nie posiadające takiej zdolności. Aminokwasy niebiałkowe stanowią znakomitą większość(tylko 20 aminokwasów buduje białka) i to one będą przedmiotem tego referatu.

Aminokwasy niebiałkowe występują w różnych miejscach organizmów, żywych oraz pełnią w nich różnorakie funkcje(zostaną one opisane bardziej szczegółowo w dalszej części), duża część z nich stanowi pochodne, izomery bądź homologi związków białkowych i innych związków organicznych. Są to związki w których grupa aminowa nie leży przy tym samym węglu co grupa karboksylowa i jest to warunek podstawowy, choć zdarzają się wyjątki takie jak choćby, opisana niżej ornityna. Do najczęściej występujących aminokwasów niebiałkowych zaliczyć możemy: β-alanine stanowiącą składnik koenzymu A, kwas γ-aminomasłowy –neuroprzekaźnik, ornitynę i cytrulinę będące metabolitami cyklu mocznikowego, hormony tarczycy, czyli tyroksynę i trijodotyroninę oraz dwa metabolity aminokwasów siarkowych jakimi są homocysteina i homoseryna.

β-alanina(kwas aminoropionowy) jest pochodną (α-)alaniny, powstaje jako produkt rozpadu pirymidyny(uracylu) i razem z kwasem pantoinowym, ATP i cysteaminą tworzą Koenzym A, w związku z tym β-alanina bierze udział w regulacji cyklu kwasu cytrynowego i jest przenośnikiem(pośrednio, bo bezpośredni udział ma cystamina) grup acylowych. Wraz z L-histydyną natomiast jest prekursorem karnozyny(buforuje pH powstającego kwasu mlekowego w wyniku mięśniowego oddychania beztlenowego)

Kwas γ-aminomasłowy(GABA) jest neuroprzekaźnikiem o charakterze hamującym. Powstaje w mózgu z glutaminianu. Ma działanie globalne gdyż występuje w całym układzie nerwowym, odpowiada za zmniejszenie pobudliwości oraz rozluźnienie mięśni, dlatego też blokowanie jego działania może prowadzić do ogólnego zmęczenia mięśni(w szczególności mięśni nóg co objawia się jako Zespół Niespokojnych Nóg) lub nawet do śmierci.

Ornityna inaczej zwana kwasem 2,5-diaminopentanowym to α-aminokwas zasadowy, nie należący jednak do 20 aminokwasów białkowych. Pod wpływem enzymów powstaje z argininy. Bierze udział w cyklu mocznikowym(cykl Krebsa). Cykl przebiega w mitochondriach komórek organizmu oraz w cytoplazmie hepatocytów wątroby. Rola ornityny w procesie to reakcja z karbomoilofosforanem, w której pod wpływem karbamoilotransferazy ornitynowej(katalizatora) następuje przeniesienie grupy karbomoliowej na ornitynę, co prowadzi do powstania cytruliny czyli kwasu 2-amino-5-ureidowalerianowego, która pod wpływem syntetazy argininobursztynianowej reaguje z asparaginianem dając arginino-bursztynian. Cytrulina jest zatem pochodną ornityny, która bierze udział w cyklu mocznikowym występując zarówno w mitochondrium jak i cytosolu oraz (według najnowszych doniesień) wraz z kwasem jabłkowym stymulują tlenowe wytwarzanie energii przez mięśnie podczas wysiłku.

Tyroksyna, według nomenklatury  tetrajodotyronina jest hormonem produkowanym przez komórki pęcherzykowe, gdzie również jest magazynowana i uwalniana. Jest uważanym za prohormon . Tyroksyna pobudza procesy utleniania w tkankach oraz pobudza rozpad tłuszczów do kwasów tłuszczowych i glicerolu. Zwiększa także wydzielanie i efekty działania somatotropiny i glikokortykoidów, wpływa na czynność gruczołów płciowych, wzmaga wchłanianie glukozy z przewodu pokarmowego i jej zużycie przez komórki. Hormon ten jest bardzo ważny dla rozwoju fizycznego i psychicznego młodych organizmów, wpływa również regulująco na laktację i rozród organizmów. Niedobór tyroksyny obniża podstawowy poziom przemiany materii, wywołując obrzęk śluzowaty oraz zmniejsza aktywność psychomotoryczną organizmu, nadmiar natomiast charakteryzuje się objawami wytrzeszczu, nadpobudliwości, tacharytmią, nerwowości oraz zwiększoną męczliwością mięśni, co charakteryzuje chorobę Gravesa-Basedowa. Niedobór tetrajodotyroniny wynika z niedoczynności tarczycy, nadmiar natomiast z jej nadczynności.

Drugim hormonem tarczycy jest trijodotreonina, pochodna treoniny która tak samo jak tetrajodotreonina wytwarzana jest przez komórki pęcherzykowe, magazynowana w postaci tyreoglobuliny w tarczycy i wydzielana do krwioobiegu. Powstaje poprzez odjodowanie tyrozyny w tkankach. Trójjodotreonina charakteryzuje się szybszym działaniem od tyroksyny,  w fizjologicznych stężeniach znacznie powiększa syntezę białek, a przy nadczynności tarczycy następuje jednak rozkład białka powiązany raczej z ogólną i wzmożoną przemianą energetyczną. Wydzielanie trójjodotyroniny, a wraz z nią i tyroksyny jest stymulowane przez hormon przysadki mózgowej – tyreotropinę , której sekrecję reguluje natomiast hormon podwzgórza – tyreoliberyna. Zwiększenie wydzielania hormonów tarczycy następuje na przykład pod wpływem zimna, albo przy stanach nadmiernego napięcia emocjonalnego. Z kolei wzmożona przemiana tyroksyny w trójjodotyroninę zazwyczaj zachodzi na skutek przekarmienia. Trójjodotyronina uczestniczy w procesach przemiany materii ( podobnie jak tyroksyna). Dzięki niej pobudzane są do działania narządy, biorące udział w tym procesie. Obydwa hormony mają również wpływ na przyspieszenie wewnętrznego metabolizmu – wewnątrz komórek. Trójjodotyronina i tyroksyna poprawiają perystaltykę jelit, a to z kolei przyczynia się do wydalania niepotrzebnych produktów przemiany materii. Działanie hormonów tarczycy  jest szczególnie ważne w okresie rozwoju ośrodkowego układu nerwowego oraz dla prawidłowego wzrostu. Hormony tarczycy wpływają na funkcjonowanie całego organizmu, są niezbędne do prawidłowego jego funkcjonowania, niedobór w okresie niemowlęcym prowadzi do nieodwracalnych zmian w mózgu i niedorozwoju umysłowego, co dawniej nazywano kretynizmem tarczycowym. Bardzo wczesne rozpoznanie i leczenie wrodzonej niedoczynności tarczycy pozwala na prawidłowy rozwój noworodka.

Homoseryna (kwas (S)-2-amino-4-hydroksybutanowy) jest kolejnym aminokwasem niebiałkowym biorącym udział w przemianach biochemicznych organizmu. Powstaje w dwuetapowym procesie redukcji grupy karboksylowej łańcucha bocznego kwasu asparaginowego , może również powstawać jako produkt uboczny procesu syntezowania cysteiny(z metioniny poprzez odmetylowanie powstaje homocysteina, reagując z seryną daje cystationinę, z której powstaje cysteina i homoseryna). W organizmie występuje jako pośredni związek w procesie biosyntezy metioniny, izoleucyny oraz izomeru homoseryny – treoniny. Warto dodać, że wszystkie te związki są aminokwasami egzogennymi, czyli takimi jakich organizm nie może sam syntezować, co ukazuje role homoseryny.

Homocysteina (kwas 2-amino-4-sulfanylobutanowy) jest aminokwasem siarkowym. Powstaje w wyniku odemtylowania metioniny i dalej bierze udział w szlaku powstawania cysteiny oraz homoseryny(jako produktu ubocznego). Od cysteiny różni się tylko jedną grupą metylową, znajdującą się przed grupą -SH. U ludzi nadmiar uważany jest za niezależny czynnik ryzyka rozwoju zmian miażdżycowych takich jak udar mózgu czy zawał serca oraz zmian zakrzepowych. Na poziom wzrostu homocysteiny wpływać mogą między innymi palenie tytoniu czy nadużywanie alkoholu i kawy, niektóre leki oraz nieprawidłowa dieta objawiająca się brakiem witamin grupy B(6, 11 i 12), czynnikiem może być również choroba genetyczna, Homocystynuria, choroba szlaku metabolicznego metioniny. Z przemian cysteiny powstaje tauryna (kwas 2-aminoetanosulfonowy), występująca w żółci w połączeniu z kwasami żółciowymi.

Karnityna zwana β-hydroksy-γ-trimetyloaminomaślanem, pochodna aminokwasowa,

która powstaje z lizyny i metioniny w wątrobie i nerkach, pełni rolę nośnika długo-

łańcuchowych kwasów tłuszczowych przez błonę wewnętrzną mitochondrium.

Niektóre aminokwasy niebiałkowe są antybiotykami, produkowanymi przez

niektóre szczepy bakterii, np. chloramfenikol, cykloseryna (4-amino-3-izooksazolidynon) i azaseryna (3-(diazoacetyloksy)alanina lub diazooctan seryny).[Chloramfenikol jest antybiotykiem, który wytwarzają szczepy Streptomyces. Cykloseryna i azaseryna są antybiotykami pochodzącymi z seryny. Azaseryna hamuje wzrost tkanki nowotworowej.]

Tauryna czyli kwas 2-aminoetanosulfonowy, jest specyficznym β-aminokwasem, gdyż zamiast grupy karboksylowej posiada grupę sulfonową, ponadto jest związkiem achiralnym, czyli nie ma enancjomerów L i D. Powstaje jako produkt końcowy degradacji cysteiny. Tauryna zwiększa rozpuszczalność kwasów żółciowych, a co za tym idzie poprawia ich zdolności emulgacji w przewodzie pokarmowym, pomaga również transportować keratynę do mięśni co zwiększa ich wydolność. Kwas 2-aminoetanosulfonowy wpływa na ośrodkowy układ nerwowy. Przypisuje się jej funkcje neuroprzekaźnika. Jest agonistą receptorów GABA. Tauryna miałaby poprawiać funkcje poznawcze i pomagać w nauce poprzez zwiększenie metabolizmu komórek glejowych oraz wzmacniać siłę skurczu mięśnia sercowego. Jej funkcją biochemiczną jest sprzęganie kwasów żółciowych przed wydaleniem ich do wątroby.

Aminokwasy niebiałkowe stanowią ogromną grupę aminokwasów. Są ważnym czynnikiem w organizmach zwierzęcych gdyż biorą udział w wielu istotnych procesach organizmów, tak ważnych jak choćby cykl Ornitynowy(Krebsa). Wiele z nich jest hormonami jak choćby wymienione wyżej tetrajodotreonina i trijodotreonina, inne zaś stanowią neuroprzekaźniki. Funkcji jakie pełnią one u zwierząt jest znacznie więcej, a temat aminokwasów niebiałkowych jest tak rozległy, że można by o nim napisać jeszcze dziesiątki stron, dlatego też graniczyłem się tutaj tylko do kilku związków, które, przez niektórych autorów, zostały uznane jako te najpowszechniejsze.

Bibliografia:

„Biochemia”, E. Bańkowski, Wydawnictwo Medyczne Urban & Partner, Wrocław 2004

„Biochemia zwierząt”, A. Malinowska, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1999

„Chemia medyczna” , I. Żak, Wydawnictwo Śląskiej Akademii Medycznej, Katowice 2004

„Biologia”, E. Salomon, L. Berg, D. Martin, MULTICO Oficyna Wydawnicza, Warszawa 2007