Os aminoácidos non proteinoxénicos ou non codificados (ou, ás veces, non estándar) son aminoácidos que non están codificados no código xenético. Ademais dos 23 aminoácidos codificados no código xenético (2 deles codificados dun modo especial e a N-formilmetionina que é un derivado de aminoácido), que se incorporan ás proteínas durante a tradución de proteínas nos ribosomas, e que se chaman aminoácidos proteinoxénicos, existen uns 140 aminoácidos naturais máis e coñécense miles de combinacións posibles máis, algúns dos cales poden aparecer formando parte das proteínas e outros non.Ambrogelly, A.; Palioura, S.; Söll, D. (2007). "Natural expansion of the genetic code". Nature Chemical Biology 3 (1): 29–35. doi:10.1038/nchembio847. PMID 17173027. Algúns aminoácidos non proteinoxénicos son importantes porque: son intermediatos nas biosínteses incorpóranse postraducionalmente ás proteínas teñen unha función fisiolóxica (por exemplo, os compoñentes dos peptidoglicanos das paredes celulares bacterianas, neurotransmisores e toxinas) son compostos farmacolóxicos naturais ou producidos polo ser humano poden ser incorporados aos péptidos non ribosómicos, que non se sintetizan nos ribosomas detéctase a súa presenza en meteoritos e en experimentos prebióticos como o experimento de Miller e Urey.

Tipos de aminoácidos miniatura|260px|dereita|Lisina. Todos os compostos orgánicos que levan un grupo funcional amino (-NH2) e un grupo carboxilo (-COOH) son aminoácidos. Os aminoácidos proteinoxénicos son un pequeno grupo de aminoácidos que teñen un átomo de carbono, que é o carbono 2 ou α, ao que están unidos o grupo amino, o grupo carboxilo, unha cadea lateral variable e un átomo de hidróxeno α, e que teñen unha conformación levo (L), coa excepción da glicina, que é aquiral (a prolina é considerada pola IUPAC un aminoácido, aínda que ás veces nalgúns libros aínda o consideren iminoácido).

O código xenético codifica 20 aminoácidos estándar. Porén, hai outros tres aminoácidos proteinoxénicos adicionais: selenocisteína, e pirrolisina e N-formilmetionina (un derivado de aminoácido polo que nas bacterias se inicia a síntese proteica). Os dous primeiros non teñen un codón específico, pero engádense en lugar do codón de finalización cando está presente unha secuencia específica, o codón UGA e o elemento SECIS para a selenocisteína, e o codón UAG e a secuencia PYLIS para a pirrolisina.Böck, A.; Forchhammer, K.; Heider, J.; Baron, C. (1991). "Selenoprotein synthesis: An expansion of the genetic code". Trends in biochemical sciences 16 (12): 463–467. doi:10.1016/0968-0004(91)90180-4. PMID 1838215.Théobald-Dietrich, A.; Giegé, R.; Rudinger-Thirion, J. L. (2005). "Evidence for the existence in mRNAs of a hairpin element responsible for ribosome dependent pyrrolysine insertion into proteins". Biochimie 87 (9–10): 813–817. doi:10.1016/j.biochi.2005.03.006. PMID 16164991. A formilmetionina está codificada nas bacterias polo codón AUG, que é á vez o codón de iniciación e o codón da metionina nas arqueas e eucariotas (pero en mitocondrias e cloroplastos é a N-formilmetionina). Un ARNt especial leva a N-formilmetionina ao codón AUG. Normalmente, a N-formilmetionina é eliminada posteriormente por modificación postraducional, pero non sempre. Tecnicamente a N-formilmetionina é un derivado de aminoácido (xa que o formilo está unido precisamente ao grupo amino) máis que un aminoácido normal e as máis das veces é eliminada despois da tradución, polo que ás veces non se conta como aminoácido proteinoxénico, pero a súa codificación é, basicamente, coma a doutro aminoácido calquera.

Os aminoácidos poden clasificarse en varios grupos:Lu, Y.; Freeland, S. (2006). "On the evolution of the standard amino-acid alphabet". Genome Biology 7 (1): 102. doi:10.1186/gb-2006-7-1-102. PMC 1431706. PMID 16515719. Os 20 aminoácidos estándar normais. Codificados de forma normal no código xenético. Os 23 aminoácidos proteinoxénicos (22 se non contamos a N-formilmetionina). Son os 20 estándar normais máis 3 que están codificados dun modo especial. uns 80 aminoácidos creados abioticamente en altas concentracións. uns 900 que son producidos en vías biosintéticas naturais. uns 118 aminoácidos engadidos artificialmente ás proteínas. Estes grupos solápanse pero non son idénticos. Os aminoácidos proteinoxénicos son biosintetizados polos organismos vivos, pero non todos son abióticos (non se encontran ademais en experimentos prebióticos e meteoritos), como a histidina. Moitos aminoácidos, como a ornitina, son intermediatos metabólicos que son bióticos, pero non están codificados. Outros son só intermediatos metabólicos, como a citrulina. Outros só aparecen en mesturas abióticas, como a α-metilnorvalina. Artificialmente, foron inseridos traducionalmente en proteínas uns 30 aminoácidos non naturais en sistemas de enxeñaría de proteínas, que non son biosintéticos.

Nomenclatura Ademais do sistema de numeración da nomenclatura da IUPAC para diferenciar os carbonos das moléculas orgánicas asignándolles un número, os carbonos tamén se nomean con letras gregas. No sistema de letras gregas o carbono α é o carbono central quiral que leva o grupo carboxilo (ao carbono do grupo carboxilo non se lle asigna letra grega), e os seguintes carbonos noméanse con letras gregas pola orde do alfabeto grego. Un α-aminoácido, ten o seu grupo amino unido ao carbono α (carbono 2), un β-aminoácido teno unido ao carbono β (C3) etc.Voet, D. and Voet, J. G., Biochemistry (3rd ed.), John Wiley & Sons (2004)

Naturais, pero non L-α-aminoácidos A maioría dos aminoácidos naturais son α-aminoácidos coa conformación L, pero existen algunhas excepcións.

Non alfa miniatura|150px|dereita|Comparación das alaninas α e β. Existen algúns aminoácidos non α importantes, como a β-alanina (un β-aminoácido) e o GABA (un γ-aminoácido).

A β-alanina prodúcea a aspartato descarboxilase e é unida ao pantoato por medio dun enlace amida, formando ácido pantoténico, un precursor do coencima A.

O GABA (ácido γ-aminobutírico) é un neurotransmisor co grupo amino no extremo da cadea lateral e un carbono máis comparado coa β-alanina.

Outros son: o ácido δ-aminolevulínico, que é un intermediato na biosíntese de tetrapirrois (hemo, clorofila, cobalamina etc.), e o ácido 4-aminobenzoico (PABA), que é un intermediato na biosíntese do folato.

A razón pola que son os α-aminoácidos os que se utilizan nas proteínas atribúese á súa grande frecuencia nos meteoritos e experimentos prebióticos, polo que se supón que eran abundantes no momento da orixe da vida.Weber, A. L.; Miller, S. L. (1981). "Reasons for the occurrence of the twenty coded protein amino acids". Journal of molecular evolution 17 (5): 273–284. doi:10.1007/BF01795749. PMID 7277510. Unha especulación inicial que se formulou sobre as propiedades deletéreas dos β-aminoácidos na estrutura secundaria das proteínas, comprobouse que era incorrecta.Koyak MJ, Cheng RP. Design and synthesis of biologically active β-peptides. Meth Mol Biol. Ademais existen varios inhibidores producidos artificialmente que non son α-aminoácidos, como a isoserina.

D-aminoácidos A maioría das paredes das células bacterianas están formadas por peptidoglicano, un polímero composto por cadeas dun polisacárido enlazadas transversalmente con curtas pontes de oligopéptidos. Os oligopéptidos non se sintetizan nos ribosomas e conteñen varias peculiaridades, como a presenza de D-aminoácidos, xeralmente D-alanina e D-glutamato. Outra singularidade é que o primeiro é recemizado por encimas de unión ao piridoxal fosfato ou PLP (codificadas polos xenes alr ou o homólogo dadX), mentres que o segundo é racemizado por un encima independente de cofactores (murI). Preséntanse algunhas variantes en bacterias Thermotoga spp, nas cales está presente a A D-lisina, e en certas cepas resistentes á vancomicina aparece a D-serina.Boniface, A.; Parquet, C.; Arthur, M.; Mengin-Lecreulx, D.; Blanot, D. (2009). "The Elucidation of the Structure of Thermotoga maritima Peptidoglycan Reveals Two Novel Types of Cross-link". Journal of Biological Chemistry 284 (33): 21856–21862. doi:10.1074/jbc.M109.034363. PMC 2755910. PMID 19542229.Arias, C. A.; Martín-Martinez, M.; Blundell, T. L.; Arthur, M.; Courvalin, P.; Reynolds, P. E. (1999). "Characterization and modelling of VanT: A novel, membrane-bound, serine racemase from vancomycin-resistant Enterococcus gallinarum BM4174". Molecular microbiology 31 (6): 1653–1664. doi:10.1046/j.1365-2958.1999.01294.x. PMID 10209740.

En animais, algúns D-aminoácidos son neurotransmisores.

Sen hidróxeno no carbono α Todos os aminoácidos proteinoxénicos teñen polo menos un hidróxeno no seu carbono α: isto débese á especificidade da actividade transferase ribosómica e aos problemas biosintéticos do carbono cuaternario, que bloquearían a catálise dependente de PLP.

Porén, hai algunhas excepcións. Nalgúns fungos o ácido α-amino isobutírico prodúcese como monómero para a síntese de certos antibióticos.Gao, X.; Chooi, Y. H.; Ames, B. D.; Wang, P.; Walsh, C. T.; Tang, Y. (2011). "Fungal Indole Alkaloid Biosynthesis: Genetic and Biochemical Investigation of the Tryptoquialanine Pathway in Penicillium aethiopicum". Journal of the American Chemical Society 133 (8): 2729–2741. doi:10.1021/ja1101085. PMC 3045477. PMID 21299212. Este composto é similar á alanina, pero posúe un grupo metilo en lugar do hidróxeno do carbono α, polo que posúe dous grupos metilo no carbono α (un deles o da cadea lateral), polo que o carbono α non é un estereocentro. Outro composto similar á alanina é a deshidroalanina, que presenta unha cadea lateral meteno.

Estereocentros de aminoácidos xemelgos Un grupo de L-α-aminoácidos posúe dous extremos que poden considerarse α-aminoácidos (aínda que só un deles se considerará extremo α). Nas proteínas os residuos de cisteína forman entre eles unha unión por ponte disulfuro formando enlaces entre partes dunha proteína ou de distintas cadeas proteicas. Estes dímeros de cisteína denomínanse cistinas. A cisteína e a metionina prodúcense normalmente por sulfurilación directa, pero en certas especies poden producirse por transfurilación, na cal unha homoserina ou serina activadas se fusiona cunha cisteína ou homocisteína formando cistationina, unha molécula composta por un resto serina/cisteína unido por unha ponte tioéter cunha homoserina/homocisteína. Un composto natural similar é a lantionina, a cal pode considerarse como dúas alaninas unidas por un tióeter (ou dúas cisteínas monosulfuro, en vez de disulfuro como na cistina). De xeito similar, o ácido djenkólico, unha toxina da planta fabácea jengkol (Archidendron pauciflorum), está composta por dúas cisteínas unidas por dous tioéteres separados por un grupo metileno. O ácido diaminopimélico utilízase como ponte nos peptidoglicanos ou como precursor da lisina (por medio da súa descarboxilación).

Funcións Nas células, especialmente as autótrofas, varios aminoácidos non proteinoxénicos son intermediatos metabólicos. Porén, a pesar da flexibilidade catalítica dos encimas que se unen ao PLP, moitos aminoácidos sintetízanse como cetoácidos (por exemplo, de 4-metil-2-oxopentanoato a leucina) e son aminados no último paso, o que mantén a cantidade de aminoácidos non proteinoxénicos intermediatos bastante baixa.

A ornitina e citrulina interveñen no ciclo da urea, que é parte do catabolismo de aminoácidos.

Ademais de interviren no metaboismo primario, varios aminoácidos non proteinoxénicos son precursores para a produción final no metabolismo secundario de compostos como certas toxinas.

Aminoácidos prebióticos e do espazo