Аминокиселини

[T-rex]

Kакво представляват аминокиселините?

 По принцип аминокиселините принадлежат към клас органични съединения, които са от съществено значение за целия живот. Аминокиселините формират градивните елементи на протеините, които от своя страна имат основни функции в живите организми. Съществуват двадесет и две различни аминокиселини , но само 21 се срещат в еукариотите, т.е. животни, растения, гъби и протисти. Въпреки че бактериите, растенията и гъбите могат да синтезират повечето аминокиселини, животните не могат да произвеждат няколко от тях в достатъчни количества, за да задоволят метаболитните си нужди. Например, хората могат да синтезират 11 аминокиселини в достатъчни количества, докато останалите 9 трябва да се набавят чрез диетата. Следователно тези 9 аминокиселини са известни като есенциални аминокиселини и включват хистидин, изолевцин, левцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.

Въпреки че всяка аминокиселина е химически различна, всички те имат една и съща основна структура. От едната страна на молекулата те имат това, което се нарича амино група (NH2 ) , откъдето идва и името им. От другата страна се намира карбоксилна група (COOH), която придава на аминокиселините техните киселинни свойства. Амино и карбоксилните групи са свързани с въглероден атом, заедно с променлива странична верига (R), която е различна за всяка аминокиселина. Общата химична формула за аминокиселините е R-CH(NH2 ) -COOH.
В живите клетки аминокиселините могат да бъдат свързани помежду си, за да образуват протеини, процес, известен като биосинтеза на протеини (наричана още биогенеза или анаболизъм). Това се осъществява чрез свързване на аминните и карбоксилните групи на две аминокиселини, където водороден атом (H + ) се отделя от аминогрупата, а хидроксилна група (OH– ) се отстранява от карбоксилната група. По този начин тази реакция генерира вода (H2O ) . Биосинтезата на протеини се случва, когато клетките преобразуват генетична информация в протеини, като четат генетичния код, съхранен в ДНК, буква по буква (или всъщност по три букви наведнъж), където всяка трибуквена комбинация съответства на специфична аминокиселина. Когато няколко аминокиселини са свързани помежду си в жива клетка, тази по-голяма молекула се нарича пептид. Протеините са по-големи версии на пептиди, в които стотици аминокиселини са свързани помежду си. След това свързване, протеинът трябва да бъде химически модифициран и сгънат в сложни форми, за да може да функционира вътре или извън клетката, като структурна част на клетъчна мембрана, хормон, антитяло или ензим.

Източници на аминокиселини, с фокус върху коралите
След като знаем, че аминокиселините са основни компоненти на живите системи, следващият въпрос е как организмите си ги набавят. Както бе споменато по-горе, източник на аминокиселини е биосинтезата. Освен това, аминокиселините могат да бъдат придобити от външната среда. В останалата част от тази статия ще се съсредоточа върху каменистите или склерактиниеви корали (разред Scleractinia).

Биосинтеза
Точно както протеините могат да бъдат произведени от отделни аминокиселини, така и самите аминокиселини могат да бъдат синтезирани от живи организми. Градивните елементи или субстратите за биосинтеза на аминокиселините могат да бъдат други киселини (като 3-фосфоглицерат и оксалоацетат) или самите аминокиселини. Микроорганизмите са в основата на всичко това, тъй като те могат да използват неорганичен азот под формата на азотен газ (N2), за да произвеждат амоняк/амоний (NH3/NH4+), основните азотни съставки за глобалния синтез на аминокиселини. Амонякът и амоният, от своя страна, се превръщат в органична форма от висшите организми като аминокиселините глутамат и глутамин. Примери за такива висши организми са растенията, динофлагелатите, включително зооксантелите, и евентуално Aiptasia spp., тропическите анемони, които се считат за вредители в морските аквариуми .

Коралите могат също да произвеждат свои собствени аминокиселини и за разлика от повечето животни, поне някои корали могат да синтезират есенциалните. Способността за производство на (есенциални) аминокиселини обаче изглежда варира между видовете корали. Фицджералд и Сзмант (1997) провеждат експерименти с радиоактивна глюкоза и установяват, че пет различни вида корали ( Montastraea faveolata , Acropora cervicornis , Porites divaricata , Tubastraea coccinea и Astrangia poculata ) са способни да синтезират поне 15 различни аминокиселини, от които 8 есенциални. Анализът на всички гени на Acropora digitifera – така нареченият геном – обаче разкрива, че този вид може да синтезира само десет неесенциални аминокиселини с изключение на цистеин, а не есенциалните . Porites australiensis , от своя страна, изглежда произвежда цистеин . Разминаването между тези изследвания може да се обясни с различните използвани видове, които може да притежават различни синтезни способности. Фицджералд и Сцмант (1997) обаче признават, че откритите от тях есенциални аминокиселини може да са частично резултат от биосинтеза от бактерии, обитаващи целентерона (известен също като целентериална кухина, гастроваскуларна кухина или стомах) на кораловите полипи. Те изключват, че биосинтезата на симбиотичните зооксантели е отговорна за откритията, тъй като моделът на откритите радиоактивни аминокиселини е подобен между зооксантелатните ( M. faveolata , A. cervicornis , P. divaricata ) и азооксантелатните видове ( T. coccinea и A. poculata ).

Това, което прави коралите интересни и усложняващи животински видове, е фактът, че те са домакини на симбиотични зооксантели, динофлагелати, способни да произвеждат поне 14 аминокиселини, от които 7 са есенциални. Способността на зооксантелите, свързани с коралите, да произвеждат лизин и метионин е неясна, тъй като някои от необходимите гени, кодиращи ензими, не са открити в техния геном, въпреки че синтезът на лизин е потвърден за зооксантелите на Aiptasia pulchella. Метионинът може да се произвежда чрез комбинация от зооксантели и коралови ензими, което предполага, че и двамата симбионтни партньори са еволюирали, за да се допълват взаимно. Фон Холт (1969) предполага нещо подобно, тъй като зоантидът Zoanthus flos marinus (днес известен като Zoanthus sociatus ) може да произвежда глицин, за разлика от своите зооксантели, което вероятно прави последните зависими от зоантида.



Експерименти с радиоактивен натриев карбонат (Na214CO3 ) показват , че зооксантелите също пренасят аминокиселини или техни прекурсори (гликоконюгати) към животното гостоприемник. Зооксантелите превръщат радиоактивния карбонат в аминокиселини чрез фотосинтеза, след което аминокиселините , маркирани с 14C , се преместват в корала гостоприемник. Това съвпада с генетични прозрения, които разкриват, че зооксантелите имат необходимите гени за производство на транспортни протеини за преместване на аминокиселини към техния коралов гостоприемник. Всичко това предполага, че коралите могат да придобият повечето, ако не и всички аминокиселини чрез биосинтез, директно или чрез своите симбиотични зооксантели и бактерии. Съществува също хипотеза, че когато коралите се хранят с планктон, те получават допълнителен азот, което позволява на зооксантелите да произвеждат и пренасят повече аминокиселини към своя коралов гостоприемник

TODO