아미노산, amino acid
아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH3+ 형태), 카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태), 특정한 곁사슬(R기)를 가지고 있는 유기 화합물
모든 아미노산에 존재하는 원소는 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N)이다. 또한 황(S)은 시스테인과 메티오닌의 곁사슬에 존재하고, 셀레늄(Se)은 덜 일반적인 아미노산인 셀레노시스테인의 곁사슬에 존재한다. 2020년을 기준으로 500가지 이상의 자연적으로 생성되는 아미노산들이 존재한다. 이 중 일부는 단백질을 비롯한 펩타이드의 단량체 단위를 구성하는 것으로 알려져 있지만 유전 부호에는 22가지의 α-아미노산만 나타나며 그 중 20가지는 고유한 지정된 코돈을 가지고 있고, 나머지 2가지(모든 진핵생물에 존재하는 셀레노시스테인과 일부 원핵생물에 존재하는 피롤리신)는 특수 코딩 메커니즘을 가지고 있다.
아미노산은 핵심적인 구조 작용기의 위치에 따라 알파-아미노산(α-아미노산), 베타-아미노산(β-아미노산), 감마-아미노산(γ-아미노산) 또는 델타-아미노산(δ-아미노산)으로 분류할 수 있다. 다른 분류 범주는 극성, 이온화 및 곁사슬 작용기의 유형(지방족, 비고리형, 방향족, 하이드록실기 또는 황의 함유 여부 등)과 관련된다. 사람의 근육 및 기타 조직에서 단백질의 형태로서의 아미노산 잔기들은 두 번째로 큰 구성 성분(물이 가장 큼)을 차지한다. 아미노산은 단백질의 잔기로서의 역할 외에도 신경전달물질, 생합성과 같은 여러 과정들에 관여한다. 이는 지구상의 생명체의 출현을 가능하게 하는 데 핵심적인 역할을 한 것으로 생각된다.
아미노산은 그림에 표시된 가상의 "중성" 구조의 관점에서 IUPAC-IUBMB 생화학 명명 공동 위원회에 의해 공식적으로 명명되었다. 예를 들어 알라닌의 계통명은 화학식 CH3−CH(NH2)−COOH에 기반한 2-아미노프로판산이다. IUPAC-IUBMB 생화학 명명 공동 위원회는 이러한 접근 방식을 다음과 같이 정당화했다.
“ 주어진 계통명과 화학식은 아미노기가 양성자화되지 않고 카복실기가 탈양성자화되지 않은 가상의 형태를 나타낸다. 이러한 규칙은 다양한 명명 문제를 피하는 데 유용하지만 이러한 구조가 아미노산 분자의 상당한 부분을 나타내는 것으로 간주해서는 안된다. ”
— IUPAC-IUBMB 생화학 명명 공동 위원회
아미노산이 만들어지는 방법
아미노산은 무엇으로 만들어 졌습니까?
아미노산은 분자에 아민기(-NH2)와 카르복실기(-COOH)가 포함된 화합물을 말합니다.
아미노산은 식물 유래 성분으로 만들어집니다. 된장이나 간장 등의 발효 제품은 콩이나 밀을 누룩 배양으로 발효시켜 만듭니다. 발효 과정은 단백질을 분해하여 아미노산으로 바꿉니다. 된장과 간장은 아미노산이 어떻게 오랫동안 식단의 일부였으며 맛있는 음식을 만들기 위해 어떻게 노력했는지를 보여주는 예입니다. 아미노산 제품에 사용되는 아미노산은 주로 된장과 간장을 만드는 것과 같은 방식으로 식물 유래 성분을 발효시켜 만듭니다.
발효는 자연적인 과정입니다
아미노산 발효에서는 성분을 미생물(예: 프로바이오틱스 박테리아)로 발효시켜 아미노산을 만듭니다. 이 미생물은 성분을 미생물이 필요로 하는 식품 및 기타 물질로 바꿉니다. 발효에서는 당밀과 같은 성분을 미생물을 배양하는 배지에 첨가합니다. 이것은 미생물이 증식하고 아미노산을 만드는 데 도움이 됩니다. 미생물에는 새로운 물질을 분해하고 합성하는 반응을 가속화하는 효소가 포함되어 있습니다. 발효 과정은 약 10~30종의 효소가 관여하는 일련의 반응입니다.
우수한 미생물 균주 식별
미생물을 이용하여 아미노산을 만들기 위해서는 먼저 아미노산을 만들 잠재력이 강한 미생물을 찾아야합니다. 100g의 자연 토양에는 약 XNUMX 억 개의 미생물이 포함되어 있습니다. 이로부터 우리는 어떤 미생물이 가장 효과적인지 찾아야합니다.
올바른 미생물이 발견되면 최상의 잠재력을 가진 미생물을 얻기 위해 더 나은 균주를 개발해야합니다. 만들어지는 아미노산의 양은 효소의 양과 질에 따라 다릅니다. 올바른 아미노산을 만드는 효소가 이상적인 조건으로 유지된다면 더 많은 아미노산을 만들 수 있습니다. 그러나 이러한 조건이 없으면 더 적게 만들 수 있습니다. 미생물이 A → (a) → B → (b) → C → (c) → D의 대사 경로를 가지고 있다고 가정 해 봅시다. 여기서 (a), (b), (c)는 효소입니다. 다량의 아미노산 C를 만들기 위해서는 효소 (a)와 (b)가 더 활성화되어야하고 효소 (c)가 활성화되지 않아야합니다. 이것은 다양한 기술을 통해 개선 된 균주를 개발함으로써 가능합니다.
아미노산을 만들기 위해 발효 탱크에는 사탕 수수, 옥수수, 카사바와 같은 당밀과 설탕 성분이 채워져 있습니다. 교반, 산소 공급, 온도 및 pH 수준에 이상적인 조건이 달성됩니다. 원하는 아미노산은이 발효 된 육수에서 정제됩니다.
아미노산을 만드는 다른 방법
발효 외에도 효소 반응, 추출 및 합성과 같은 아미노산을 만드는 다른 방법이 있습니다.
효소 반응 과정에서 하나 또는 두 가지 유형의 효소를 사용하여 아미노산 전구체를 올바른 아미노산으로 전환합니다. 이 방법에서는 특정 아미노산을 전환하여 미생물을 증식시킬 필요가 없으며 포도당에서 시작하는 긴 과정이 없습니다. 효소 반응 공정은 전구체 물질이 저렴한 경우에 이상적입니다.
아미노산은 추출 방법으로 알려진 단백질을 분해하여 생산할 수 있습니다. 그러나 소스 단백질의 아미노산 양은 만들어지는 아미노산의 양을 제한합니다. 추출은 대량의 특정 아미노산을 만드는 데 좋지 않습니다.
합성은 아미노산을 만들기 위해 화학 반응을 사용하며 아미노산을 만드는 방법의 초기 개발에 널리 사용되었습니다. 합성의 문제는 화학 반응이 동일한 양의 L- 및 D- 아미노산을 생성한다는 것입니다. 결과적으로 만들어진 D- 아미노산은 L- 아미노산으로 만들어 져야합니다. 따라서 비용이 더 많이 드는이 방법에는 추가 처리 단계와 장비가 필요하므로 점차 생산이 중단되었습니다. 그러나 D- 형과 L- 형으로 발생하지 않는 글리신을 만드는 데 사용되고 있으며, 사용시 D- 형 또는 L- 형이든 차이가없는 아미노산의 경우에도 여전히 사용되고 있습니다.
발효의 장점은 비교적 작은 시설로 저렴한 비용으로 대량의 아미노산을 만들 수 있다는 것입니다. 발효를 사용하여 아미노산을 만드는 것은 아미노산 시장을 성장시키는 데 도움이되었습니다. 1960 년대에는 글루타메이트의 제조가 추출에서 발효로 바뀌었고 다른 아미노산의 제조가 이어졌습니다.