stringtranslate.com

Аланин

Аланин (символ Ala или A ), [4] или α-аланин , является α- аминокислотой , которая используется в биосинтезе белков . Он содержит аминогруппу и карбоксильную кислотную группу , обе присоединены к центральному атому углерода , который также несет метильную группу боковой цепи. Следовательно, он классифицируется как неполярная , алифатическая α-аминокислота. В биологических условиях он существует в своей цвиттер-ионной форме с его аминогруппой протонированной (как −NH+3) и его карбоксильная группа депротонирована (как −CO−2). Он не является необходимым для человека, так как может синтезироваться метаболически и не обязательно должен присутствовать в рационе. Он кодируется всеми кодонами, начинающимися с G C (GC U , GCC, GC A и GCG).

L - изомер аланина ( левосторонний ) — это тот, который включен в белки. L - аланин уступает по частоте встречаемости только L -лейцину , составляя 7,8% первичной структуры в образце из 1150 белков . [5] Правосторонняя форма, D -аланин, встречается в пептидах в некоторых клеточных стенках бактерий [6] : 131  (в пептидогликане ) и в некоторых пептидных антибиотиках , а также встречается в тканях многих ракообразных и моллюсков в качестве осмолита . [7]

История и этимология

Аланин был впервые синтезирован в 1850 году, когда Адольф Штрекер соединил ацетальдегид и аммиак с цианистым водородом . [8] [9] [10] Аминокислота была названа аланином на немецком языке, в честь альдегида , с интерфиксом -an- для удобства произношения, [11] немецкое окончание -in, используемое в химических соединениях, аналогично английскому -ine .

Структура

Аланин является алифатической аминокислотой, поскольку боковая цепь, связанная с α- атомом углерода, представляет собой метильную группу (-CH 3 ). Аланин является простейшей α-аминокислотой после глицина . Метильная боковая цепь аланина нереактивна и поэтому почти никогда не участвует напрямую в функции белка. [12] Аланин является заменимой аминокислотой , то есть она может вырабатываться организмом человека и не нуждается в получении ее с пищей. Аланин содержится в самых разных продуктах питания, но особенно много его в мясе.

Источники

Биосинтез

Аланин может быть синтезирован из пирувата и аминокислот с разветвленной цепью, таких как валин , лейцин и изолейцин .

Аланин производится путем восстановительного аминирования пирувата , двухэтапного процесса. На первом этапе α-кетоглутарат , аммиак и НАДН преобразуются глутаматдегидрогеназой в глутамат , НАД + и воду. На втором этапе аминогруппа вновь образованного глутамата переносится в пируват ферментом аминотрансферазой , восстанавливая α-кетоглутарат и превращая пируват в аланин. Конечным результатом является то, что пируват и аммиак преобразуются в аланин, потребляя один восстановительный эквивалент . [6] : 721  Поскольку реакции трансаминирования легко обратимы, а пируват присутствует во всех клетках, аланин может легко образовываться и, таким образом, имеет тесные связи с метаболическими путями, такими как гликолиз , глюконеогенез и цикл лимонной кислоты . [13]

Химический синтез

L -Аланин производится в промышленности путем декарбоксилирования L -аспартата под действием аспартат-4-декарбоксилазы . Пути ферментации до L -аланина осложняются аланинрацемазой . [14]

Рацемический аланин может быть получен путем конденсации ацетальдегида с хлоридом аммония в присутствии цианида натрия по реакции Штрекера , [15]

или аммонолизом 2 -бромпропановой кислоты. [16]

Деградация

Аланин расщепляется окислительным дезаминированием , обратной реакцией восстановительного аминирования, описанной выше, катализируемой теми же ферментами. Направление процесса в значительной степени контролируется относительной концентрацией субстратов и продуктов участвующих реакций. [6] : 721 

Гипотеза аланинового мира

Аланин является одной из двадцати канонических α-аминокислот, используемых в качестве строительных блоков (мономеров) для опосредованного рибосомами биосинтеза белков. Считается, что аланин является одной из самых ранних аминокислот, включенных в стандартный репертуар генетического кода. [17] [18] [19] [20] На основе этого факта была предложена гипотеза «мира аланина». [21] Эта гипотеза объясняет эволюционный выбор аминокислот в репертуаре генетического кода с химической точки зрения. В этой модели выбор мономеров (т. е. аминокислот) для синтеза рибосомального белка довольно ограничен теми производными аланина, которые подходят для построения вторичных структурных элементов α-спирали или β-слоя . Доминирующими вторичными структурами в жизни, какой мы ее знаем, являются α-спирали и β-слои, и большинство канонических аминокислот можно рассматривать как химические производные аланина. Таким образом, большинство канонических аминокислот в белках могут быть заменены аланином с помощью точечных мутаций, в то время как вторичная структура остается нетронутой. Тот факт, что аланин имитирует предпочтения вторичной структуры большинства кодируемых аминокислот, практически используется в сканирующем мутагенезе аланина. Кроме того, классическая рентгеновская кристаллография часто использует модель полиаланиновой основы [22] для определения трехмерных структур белков с использованием молекулярной замены — метода фазирования на основе модели .

Физиологическая функция

Глюкозо-аланиновый цикл

У млекопитающих аланин играет ключевую роль в цикле глюкозы-аланина между тканями и печенью. В мышцах и других тканях, которые расщепляют аминокислоты для получения топлива, аминогруппы собираются в форме глутамата путем трансаминирования . Затем глутамат может передавать свою аминогруппу пирувату , продукту мышечного гликолиза , под действием аланинаминотрансферазы , образуя аланин и α-кетоглутарат . Аланин попадает в кровоток и транспортируется в печень. Реакция аланинаминотрансферазы происходит в обратном порядке в печени, где регенерированный пируват используется в глюконеогенезе , образуя глюкозу, которая возвращается в мышцы через систему кровообращения. Глутамат в печени попадает в митохондрии и расщепляется глутаматдегидрогеназой на α-кетоглутарат и аммоний , который, в свою очередь, участвует в цикле мочевины , образуя мочевину , которая выводится через почки. [23]

Глюкозо-аланиновый цикл позволяет пирувату и глутамату удаляться из мышц и безопасно транспортироваться в печень. Оказавшись там, пируват используется для регенерации глюкозы, после чего глюкоза возвращается в мышцы для метаболизма в энергию: это перемещает энергетическую нагрузку глюконеогенеза в печень вместо мышц, и весь доступный АТФ в мышцах может быть направлен на сокращение мышц. [23] Это катаболический путь, и он зависит от распада белка в мышечной ткани. Неясно, происходит ли это у немлекопитающих и в какой степени. [24] [25]

Связь с диабетом

Изменения в цикле аланина, которые повышают уровень сывороточной аланинаминотрансферазы (АЛТ), связаны с развитием диабета II типа. [26]

Химические свойства

( S )-аланин (слева) и ( R )-аланин (справа) в цвиттерионной форме при нейтральном pH

Аланин полезен в экспериментах по потере функции в отношении фосфорилирования . Некоторые методы включают создание библиотеки генов, каждый из которых имеет точечную мутацию в разных позициях в интересующей области, иногда даже в каждой позиции во всем гене: это называется «сканирующий мутагенез». Самый простой метод, и первый, который был использован, это так называемое сканирование аланина , где каждая позиция по очереди мутируется в аланин. [27]

Гидрирование аланина дает аминоспирт аланинол , который является полезным хиральным строительным блоком.

Свободный радикал

Дезаминирование молекулы аланина производит свободный радикал CH 3 C • HCO 2 − . Дезаминирование может быть вызвано в твердом или водном аланине излучением, которое вызывает гомолитический разрыв связи углерод-азот. [28]

Это свойство аланина используется в дозиметрических измерениях в радиотерапии . Когда нормальный аланин облучается, излучение заставляет определенные молекулы аланина становиться свободными радикалами, и, поскольку эти радикалы стабильны, содержание свободных радикалов может быть позже измерено с помощью электронного парамагнитного резонанса , чтобы выяснить, какой дозе радиации подвергся аланин. [29] Это считается биологически значимой мерой количества радиационного повреждения, которое может получить живая ткань при том же радиационном воздействии. [29] Планы лечения радиотерапией могут быть доставлены в тестовом режиме к гранулам аланина, которые затем могут быть измерены, чтобы проверить, что предполагаемая схема дозы радиации правильно доставляется системой лечения. [30]

Ссылки

  1. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013. Королевское химическое общество . стр. 1392. doi :10.1039/9781849733069. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ "Паспорт безопасности L-аланина". ChemSrc .
  3. ^ Haynes WM, ред. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97-е изд.). CRC Press . стр. 5–88. ISBN 978-1-4987-5428-6.
  4. ^ "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". IUPAC - IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Получено 5 марта 2018 года .
  5. ^ Дулиттл RF (1989). «Избыточность в белковых последовательностях». В Fasman GD (ред.). Прогнозирование структур белков и принципы конформации белков . Нью-Йорк: Пленум . С. 599–623. ISBN 978-0-306-43131-9.
  6. ^ abc Mathews CK, Van Holde KE, Ahern KG (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Benjamin/Cummings Publishing . ISBN 978-0-8053-3066-3. OCLC  42290721.
  7. ^ Yoshikawa N, Sarower MG, Abe H (2016). «Аланиновая рацемаза и оксидаза D-аминокислот у водных животных». В Yoshimura T, Nishikawa T, Homma H (ред.). D-аминокислоты: физиология, метаболизм и применение . Springer Japan . стр. 269–282. ISBN 978-4-431-56077-7.
  8. ^ Стрекер А (1850). «Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper» [Об искусственном образовании молочной кислоты и нового вещества, гомологичного глицину]. Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком языке). 75 (1): 27–45. doi : 10.1002/jlac.18500750103. Штрекер называет аланин на стр. 30.
  9. ^ Стрекер А (1854). «Ueber einen neuen aus Aldehyd – Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper» [О новом веществе, возникающем из ацетальдегида-аммиака [т.е. 1-аминоэтанола] и синильной кислоты]. Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком языке). 91 (3): 349–351. дои : 10.1002/jlac.18540910309.
  10. ^ "Аланин". AminoAcidsGuide.com . 10 июня 2018 . Получено 14 апреля 2019 .
  11. ^ "Аланин". Oxford Dictionaries . Архивировано из оригинала 24 декабря 2014 года . Получено 2015-12-06 .
  12. ^ Патна БК, Кара ТС, Гош СН, Далай АК, ред. (2012). Учебник биотехнологии. McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-107007-2.
  13. ^ Мелконян, Эрика А.; Асука, Эдинен; Шури, Марк П. (2023), "Физиология, глюконеогенез", StatPearls , Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, PMID  31082163 , получено 09.07.2023
  14. ^ Драуз К., Грейсон И.Г., Климанн А., Криммер Х.П., Лейхтенбергер В., Векбекер С. (2006). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN 978-3527306732.
  15. ^ Кендалл EC, Маккензи BF (1929). "dl-Аланин". Органические синтезы . 9 : 4. doi :10.15227/orgsyn.009.0004; Собрание томов , т. 1, стр. 21..
  16. ^ Tobie WC, Ayres GB (1941). "dl-Аланин". Органические синтезы . doi :10.15227/orgsyn.009.0004; Собрание томов , т. 1, стр. 21.
  17. ^ Трифонов EN (декабрь 2000). «Консенсусный временной порядок аминокислот и эволюция триплетного кода». Gene . 261 (1): 139–51. doi :10.1016/S0378-1119(00)00476-5. PMID  11164045.
  18. ^ Higgs PG, Pudritz RE (июнь 2009). «Термодинамическая основа пребиотического синтеза аминокислот и природа первого генетического кода». Astrobiology . 9 (5): 483–90. arXiv : 0904.0402 . Bibcode :2009AsBio...9..483H. doi :10.1089/ast.2008.0280. PMID  19566427. S2CID  9039622.
  19. ^ Кубышкин В., Будиса Н. (ноябрь 2019 г.). «Модель мира аланина для развития репертуара аминокислот в биосинтезе белков». Международный журнал молекулярных наук . 20 (21): 5507. doi : 10.3390/ijms20215507 . PMC 6862034. PMID  31694194 . 
  20. ^ Ntountoumi C, Vlastaridis P, Mossialos D, Stathopoulos C, Iliopoulos I, Promponas V и др. (ноябрь 2019 г.). «Области низкой сложности в белках прокариот выполняют важные функциональные роли и высококонсервативны». Nucleic Acids Research . 47 (19): 9998–10009. doi :10.1093/nar/gkz730. PMC 6821194. PMID 31504783  . 
  21. ^ Кубышкин В., Будиса Н. (декабрь 2019 г.). «Предвосхищая чужеродные клетки с альтернативными генетическими кодами: прочь от мира аланина!». Current Opinion in Biotechnology . 60 : 242–249. doi : 10.1016/j.copbio.2019.05.006 . PMID  31279217.
  22. ^ Karmali AM, Blundell TL, Furnham N (февраль 2009 г.). «Стратегии построения моделей для данных рентгеновской кристаллографии с низким разрешением». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 65 (Pt 2): 121–7. doi : 10.1107/S0907444908040006 . PMC 2631632. PMID  19171966 . 
  23. ^ ab Nelson DL, Cox MM (2005). Principles of Biochemistry (4-е изд.). Нью-Йорк: W. H. Freeman. С. 684–85. ISBN 0-7167-4339-6..
  24. ^ Физиология рыб: выделение азота. Academic Press. 2001-09-07. стр. 23. ISBN 978-0-08-049751-8.
  25. ^ Уолш П. Дж., Райт П. А. (1995-08-31). Метаболизм и выделение азота. CRC Press. ISBN 978-0-8493-8411-0.
  26. ^ Sattar N, Scherbakova O, Ford I, O'Reilly DS, Stanley A, Forrest E и др. (ноябрь 2004 г.). «Повышенная аланинаминотрансфераза предсказывает возникновение диабета 2 типа независимо от классических факторов риска, метаболического синдрома и С-реактивного белка в исследовании профилактики коронарных заболеваний на западе Шотландии». Диабет . 53 (11): 2855–60. doi : 10.2337/diabetes.53.11.2855 . PMID  15504965.
  27. ^ Park SJ, Cochran JR (2009-09-25). Белковая инженерия и дизайн. CRC Press. ISBN 978-1-4200-7659-2.
  28. ^ Загурский ЗП, Сехестед К (1998). «Транзиенты и стабильные радикалы от дезаминирования α-аланина». J. Radioanal. Nucl. Chem. 232 (1–2): 139–41. doi :10.1007/BF02383729. S2CID  97855573. .
  29. ^ ab Andreo P, Burns DT, Nahum AE, Seuntjens J, Attix FH (2017). «Дозиметрия аланина». Основы дозиметрии ионизирующего излучения (2-е изд.). Weinheim, Германия: Wiley-VCH . С. 547–556. ISBN 978-3-527-80823-6. OCLC  990023546.
  30. ^ Биглин, Эмма Р.; Эйткенхед, Адам Х.; Прайс, Гарет Дж.; Чедвик, Эми Л.; Сантина, Элхэм; Уильямс, Кей Дж.; Киркби, Карен Дж. (2022-04-26). «Доклинический аудит дозиметрии радиотерапии с использованием реалистичного 3D-печатного фантома мыши». Scientific Reports . 12 (1): 6826. doi :10.1038/s41598-022-10895-5. ISSN  2045-2322. PMC 9042835 . PMID  35474242. 

Внешние ссылки