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:ssa ja glutamiini 185–186 °C:ssa, ja aminohapot alkavat kiehua vasta yli 200 °C:ssa.
Aminohappojen ryhmittely.
Aminohappojen tärkein biokemiallinen ominaisuus on niiden hydrofobisuus tai hydrofiilisyys ja happamuus tai emäksisyys. Kaikki happamat ja emäksiset aminohapot ovat hydrofiilisiä. Nämä ominaisuudet ovat tärkeitä muun muassa proteiinien alfa-kierteissä ja proteiinien laskostumisessa. Aineenvaihdunnassa on merkittävää myös se, mitä erityisryhmiä tai atomeja aminohappo sisältää.
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.
Välttämättömät aminohapot.
Välttämätön aminohappo on aminohappo, jota eliö ei itse pysty valmistamaan muista aineista, jolloin sen on saatava niitä ravinnosta.
Välttämättömien aminohappojen lista vaihtelee lajeittain. Eri eläinlajeilla lista välttämättömistä aminohapoista on erilainen ja tarve täytyy huomioida rehujen valmistuksessa.
Raja välttämättömän ja ei-välttämättömän aminohapon välillä voi olla epäselvä, koska elimistö voi valmistaa aminohappoja toisista aminohapoista. Rikkipitoisia aminohappoja metioniinia ja homokysteiiniä voidaan valmistaa toisistaan mutta ei yksinkertaisemmista aineista. Samoin kysteiiniä voidaan valmistaa homokysteiinistä, mutta ei yksinkertaisemmista aineista. Niinpä rikkipitoisia aminohappoja käsitellään toisinaan yhtenä ryhmänä.
Ihmiselle välttämättömiä aminohappoja on 9: histidiini, tryptofaani, lysiini, metioniini, fenyylialaniini, treoniini, valiini, leusiini, isoleusiini.
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.
Lyhenteet ja nimeämislogiikka.
Kolmikirjaimiset lyhenteet saadaan englanninkielisistä nimistä niin, että aina vähintään kaksi ensimmäistä kirjainta kolmikirjaimisessa lyhenteessä vastaa koko nimen ensimmäisiä kirjaimia (kahta tai kolmea; esim. fenyylialaniini, eng. Phenylalanine, kolmikirjaiminen lyhenne on Phe) paitsi isoleusiinin tapauksessa, jossa lyhenne on "Ile" eikä esimerkiksi "Iso" tai "Isl" (Ile painottaa sitä, että isoleusiini on nimenomaan isomeeri leusiinille.) Koska englannin aakkosia on 26 kappaletta ja tavallisia aminohappoja 20, saadaan yksikirjaimiset lyhenteet hieman kolmikirjaimisia monimutkaisemmin seuraavasti;
Muistisääntö aminohapoista yksikirjaimisilla lyhenteillä.
Aminohapot voidaan jakaa ryhmiin useammilla tavoilla sivuketjujen ominaisuuksiensa mukaan. Yksi ryhmittelytapa sivuketjujen mukaan , kukin yksittäinen ryhmä "kasvavan koon mukaan," (esimerkiksi GAVLI; koot G&lt;/ref&gt;, 
P eli proliini ei kuulu mihinkään näistä ryhmistä; se on syklinen, muttei aromaattinen, minkä lisäksi aminohapon rungon typpi ja alfa-hiili ovat mukana osana rengasta toisin kuin missään muussa aminohapossa; vaikka se on neutraali ja "sivuketju" sisältää vain hiiltä, se ei ole alifaattinen eikä aromaattinen. G eli glysiini on suluissa, koska siinä myöskään ei ole alifaattista hiiliketjua vaan pelkkä vety, mikä tekee siitä yksinkertaisimman (pienimmän) aminohapon. H eli histidiini on myös suluissa, koska se ei keskimäärin ole fysiologisessa pH:ssa positiivisesti varautunut; vasta pH:n laskiessa alle arvon 6,0 yli 50% todennäköisyydellä histidiinin sivuketju on positiivisesti varautunut.
Kun ryhmät laitetaan peräkkäin, saadaan seuraava muistisääntö (kun G, P ja H otetaan mukaan) (G)AVLI1344-FYW(P)-CM24-ST112-K(H)R1234-DENQ23(ag). ST1:n 1 ei siis kuvaa hiilen määrää, kuten ei myöskään KHR1234:n 1, 2 tai 3, vaan ST1:n 1 on hydroksyyliryhmän paikka sivuketjussa, hiilten määrä taas on 1 ja 2 (ST112). KHR:n 1, 2 ja 3 taas kuvaavat typen määrää sivuketjussa, 4 on hiilten määrä, joka on vakio. CM24:n 2 ja 4 kuvaavat siis hiilen ja rikin summaa; kysteiinissä (rikkisillat) rikki on ketjun päässä, metioniinissa taas toiseksi viimeisenä.