Aminohapot

Aminohapot ovat orgaanisia yhdisteitä, joissa on sekä amino- (-NH₂) että karboksyyliryhmä (-COOH) liittyneenä samaan molekyyliin. Aminoryhmä on emäksinen ja karboksyyliryhmä hapan. Aminohapot polymeroituvat polypeptideiksi. Polypeptidiketjun pituuden ylittäessä 50 sitä aletaan yleensä kutsua proteiiniksi. Ihmiselle välttämättömiä aminohappoja on 20, joista 11 elimistö osaa itse valmistaa. Loput yhdeksän välttämätöntä aminohappoa on saatava ravinnosta. Soluissa aminohapot valmistetaan entsyymien ohjaamana.

Kemiallisia ominaisuuksia

Aminohapot esiintyvät tavallisimmin fysiologisessa pH:ssa (pH 7,4) kahtaisioneina, jolloin karboksyyliryhmä on negatiivisesti varautunut ja aminoryhmä on positiivisesti varautunut. Jos aminohapon aminoryhmä on sitonut saman aminohapon karboksyyliryhmän luovuttaman vetyatomin, tapahtumaa kutsutaan sisäiseksi suolanmuodostukseksi. Näin muodostunut COO⁻-ryhmä voi sitten toimia emäksenä ja NH₃⁺-ryhmä happona. Koska aminohappo on sekä happo että emäs, sitä sanotaan amfolyyttiseksi yhdisteeksi.
Aminohapot voivat polymeroitua, jolloin ne muodostavat peptidejä. Tällöin aminohapot liittyvät toisiinsa peptidisidoksin kondensaatioreaktiossa. Kaikki proteiinit ovat muodostuneet useista kymmenistä, jopa sadoista tai tuhansista polymeroituneista aminohapoista (polypeptidi). Proteiinien rakenneosina esiintyy yleisesti 20 erilaista alfa-aminohappoa – kaikkia lajeja ei kuitenkaan ole mukana jokaisessa proteiinissa, ja joissain tapauksissa peptidiketjussa oleva aminohappo voi muuntua vielä näistä 20 poikkeavaksi. Proteiinien aminohapot ovat optisesti aktiivisia ja kaikki L-isomeerejä, lukuun ottamatta yksinkertaisinta aminohappoa eli glysiiniä, jonka alfa-hiiliatomiin on amino- ja karboksyyliryhmän lisäksi liittynyt kaksi vetyatomia.
Aminohapot pysyvät koossa yli 100 °C:ssa proteiinien hajottua. Ensimmäisenä hajoavat kysteiini 175–178 °C:ssä ja glutamiini 185–186 °C:ssa, ja aminohapot alkavat kiehua vasta yli 200 °C:ssa.

Rakenteet

Rakenteet ja lyhenteet niille 20 aminohapolle, joita vastaa jokin geneettinen koodi.

Biologinen rooli

Elimistössä on jopa kymmeniä aminohappoja, mutta vain kahtakymmentä aminohappoa vastaa jokin kolmen emäsparin yhdistelmä DNA:n geneettisessä koodissa. Kaikki DNA:n koodaamat aminohapot ovat ns. alfa-aminohappoja, joissa amiini- ja karboksyyliryhmä liittyvät samaan hiileen. Alfa-aminohapot ovat biokemiassa keskeisiä molekyylejä. Lisäksi aminohapoilla on erilliset L- ja D-muodot, mutta elimistön kaikki aminohapot ovat L-aminohappoja. Osa aminohapoista voi ihmisen elimistössä muuttua toisikseen. Niiden joukossa on kuitenkin kahdeksan välttämätöntä aminohappoa, joita ihminen ei kykene valmistamaan muista vaan joita on saatava riittävästi ravinnosta. Jotkut hormonit ovat oligopeptidejä, jotka koostuvat muutamista aminohapoista. Esimerkiksi oksitosiini, joka käynnistää kohdun ja maitorauhastiehyiden supistumisen, koostuu yhdeksästä aminohaposta. Vasopressiini, joka puolestaan osallistuu verenpaineen säätelyyn, rakentuu myös yhdeksästä aminohaposta. Oksitosiinin ja vasopressiinin aminohappoketjuissa on eroa yhden aminohapon verran, mikä kuitenkin vaikuttaa ratkaisevasti niiden toimintaan ihmiselimistössä. Sokeriaineenvaihdunnan säätelyssä keskeinen hormoni, insuliini on 51 aminohaposta muodostunut hormoni.

Valmistus

Soluissa aminohapot valmistetaan entsyymien ohjaamana. Eläimet saavat osan aminohapoista kasviravinnosta. Ihminen osaa tuottaa osan tarvitsemistaan aminohapoista kehossaan, mutta kahdeksaa aminohappoa ihmisen on saatava valmiina ravinnosta. Bakteerit, hiiva ja kasvit kykenevät tuottamaan kaikki tarvitsemansa aminohapot itse. Kemiallisesti aminohappoja voidaan valmistaa halogeenihapoista substituutioreaktiolla ammoniakin kanssa, jolloin halogeeniryhmä korvautuu aminoryhmällä. Reaktio tapahtuu noin 50 asteessa ja tarvitsee ammoniakkia ja suolahappoa. Aminohappoja syntyy myös aldehydeistä ammoniakin ja syaanivedyn avulla.