stringtranslate.com

Пролин

Пролин (обозначение Pro или P ) [4] — органическая кислота, отнесенная к протеиногенным аминокислотам (используется в биосинтезе белков ), хотя она не содержит аминогруппы -NH .
2а скорее является вторичным амином . Азот вторичного амина в биологических условиях находится в протонированной форме (NH 2 + ), тогда как карбоксильная группа находится в депротонированной форме -COO - . «Боковая цепь» α-углерода соединяется с азотом, образуя пирролидиновую петлю, классифицируя ее как алифатическую аминокислоту . Он не является незаменимым для человека, то есть организм может синтезировать его из незаменимой аминокислоты L – глутамата . Он кодируется всеми кодонами , начинающимися с CC (CCU, CCC, CCA и CCG).

Пролин — единственная протеиногенная вторичная аминокислота , которая является вторичным амином, поскольку атом азота присоединен как к α-углероду, так и к цепи из трех атомов углерода, которые вместе образуют пятичленное кольцо.

История и этимология

Пролин был впервые выделен в 1900 году Рихардом Вильштеттером , который получил аминокислоту при изучении N -метилпролина и синтезировал пролин реакцией натриевой соли диэтилмалоната с 1,3 -дибромпропаном . В следующем году Эмиль Фишер выделил пролин из казеина и продуктов разложения γ-фталимидопропилмалонового эфира [5] и опубликовал синтез пролина из фталимидпропилмалонового эфира. [6]

Название пролин происходит от пирролидина , одного из его компонентов. [7]

Биосинтез

Пролин получают биосинтетически из аминокислоты L - глутамата . Глутамат-5-полуальдегид сначала образуется глутамат-5-киназой (АТФ-зависимой) и глутамат-5-полуальдегиддегидрогеназой (которая требует НАДН или НАДФН). Затем он может либо спонтанно циклизоваться с образованием 1-пирролин-5-карбоновой кислоты , которая восстанавливается до пролина пирролин-5-карбоксилатредуктазой (с использованием НАДН или НАДФН), либо превращается в орнитин с помощью орнитинаминотрансферазы с последующей циклизацией орнитинциклодеаминазой. с образованием пролина. [8]

Цвиттер-ионная структура обоих энантиомеров пролина: ( S )-пролин (слева) и ( R )-пролин.

Биологическая активность

Было обнаружено, что L -пролин действует как слабый агонист глициновых рецепторов , а также ионотропных глутаматных рецепторов NMDA и не-NMDA ( AMPA / каинат ) . [9] [10] [11] Было высказано предположение, что он является потенциальным эндогенным экситотоксином . [9] [10] [11] У растений накопление пролина является обычной физиологической реакцией на различные стрессы, но также является частью программы развития генеративных тканей (например, пыльцы ). [12] [13] [14] [15]

Диета, богатая пролином, была связана с повышенным риском депрессии у людей в исследовании 2022 года, которое было проверено в рамках ограниченных доклинических испытаний на людях и, прежде всего, на других организмах. Результаты были значительными у других организмов. [16]

Свойства структуры белка

Отличительная циклическая структура боковой цепи пролина придает пролину исключительную конформационную жесткость по сравнению с другими аминокислотами. Это также влияет на скорость образования пептидных связей между пролином и другими аминокислотами. Когда пролин связан в виде амида пептидной связью, его азот не связан ни с каким водородом, то есть он не может действовать как донор водородной связи , но может быть акцептором водородной связи.

Образование пептидной связи с поступающей в рибосому Про-тРНК Про происходит значительно медленнее, чем с любыми другими тРНК, что является общей особенностью N -алкиламинокислот. [17] Образование пептидной связи между входящей тРНК и цепью, заканчивающейся пролином, также происходит медленно; при этом создание пролин-пролиновых связей происходит медленнее всего. [18]

Исключительная конформационная жесткость пролина влияет на вторичную структуру белков вблизи остатка пролина и может быть причиной более высокой распространенности пролина в белках термофильных организмов. Вторичную структуру белка можно описать с помощью двугранных углов φ, ψ и ω основной цепи белка. Циклическая структура боковой цепи пролина фиксирует угол φ примерно на уровне -65 °. [19]

Пролин действует как структурный разрушитель в середине регулярных элементов вторичной структуры , таких как альфа-спирали и бета-листы ; однако пролин обычно обнаруживается в виде первого остатка альфа-спирали , а также в краевых нитях бета-листов . Пролин также часто встречается в витках (еще один вид вторичной структуры) и способствует образованию бета-витков. Это может объяснить тот любопытный факт, что пролин обычно подвергается воздействию растворителей, несмотря на то, что он имеет полностью алифатическую боковую цепь.

Несколько пролинов и/или гидроксипролинов подряд могут образовывать полипролиновую спираль , преобладающую вторичную структуру коллагена . Гидроксилирование пролина пролилгидроксилазой (или другими добавками электроноакцепторных заместителей, таких как фтор ) значительно увеличивает конформационную стабильность коллагена . [20] Следовательно, гидроксилирование пролина является критическим биохимическим процессом для поддержания соединительной ткани высших организмов. Тяжелые заболевания, такие как цинга, могут возникнуть в результате дефектов этого гидроксилирования, например, мутаций фермента пролилгидроксилазы или отсутствия необходимого кофактора аскорбата (витамина С) .

Цис - транс- изомеризация

Пептидные связи с пролином и другими N -замещенными аминокислотами (такими как саркозин ) способны заселять как цис- , так и транс- изомеры. Большинство пептидных связей в подавляющем большинстве принимают транс- изомер (обычно 99,9% в ненапряженных условиях), главным образом потому, что амидный водород ( транс -изомер) оказывает меньшее стерическое отталкивание к предыдущему атому Cα, чем следующий атом Cα ( цис - изомер). Напротив, цис- и транс- изомеры пептидной связи X-Pro (где X представляет собой любую аминокислоту) испытывают стерические столкновения с соседними заменами и имеют гораздо меньшую разницу в энергии. Следовательно, доля пептидных связей X-Pro в цис- изомере в ненапряженных условиях значительно повышена, причем доля цис-цис обычно находится в диапазоне 3-10%. [21] Однако эти значения зависят от предыдущей аминокислоты: остатки Gly [22] и ароматические [23] дают повышенную долю цис- изомера. Для связей ароматического пептида с пролином идентифицированы цис- фракции до 40%. [24]

С кинетической точки зрения цис - транс- изомеризация пролина представляет собой очень медленный процесс, который может препятствовать развитию сворачивания белка за счет захвата одного или нескольких остатков пролина, имеющих решающее значение для сворачивания, в ненативном изомере, особенно когда нативный белок требует цис- изомера. Это связано с тем, что остатки пролина синтезируются исключительно в рибосоме в форме транс- изомера. Все организмы обладают ферментами пролилизомеразами , катализирующими эту изомеризацию, а некоторые бактерии имеют специализированные пролилизомеразы, связанные с рибосомой. Однако не все пролины необходимы для сворачивания, и сворачивание белка может происходить с нормальной скоростью, несмотря на наличие ненативных конформеров многих пептидных связей X-Pro.

Использование

Пролин и его производные часто используются в качестве асимметричных катализаторов в реакциях органокатализа пролина . Яркими примерами являются восстановление CBS и альдольная конденсация , катализируемая пролином .

При пивоварении белки, богатые пролином, в сочетании с полифенолами образуют дымку (мутность). [25]

L -Пролин является осмопротектором и поэтому используется во многих фармацевтических и биотехнологических приложениях.

Ростовая среда , используемая в культуре тканей растений, может быть дополнена пролином. Это может ускорить рост, возможно, потому, что помогает растению переносить стрессы, связанные с тканевой культурой. [26] [ нужен лучший источник ] О роли пролина в реакции растений на стресс см. § Биологическая активность.

Специальности

Пролин – одна из двух аминокислот, которые не следуют типичному графику Рамачандрана , наряду с глицином . Из-за образования кольца, связанного с бета-углеродом, углы ψ и φ вокруг пептидной связи имеют меньше допустимых градусов вращения. В результате он часто встречается в «витках» белков, поскольку его свободная энтропия (Δ S ) не так велика, как у других аминокислот, и, следовательно, в свернутой форме по сравнению с развернутой формой изменение энтропии меньше. Более того, пролин редко встречается в α- и β-структурах, поскольку он снижает стабильность таких структур, поскольку α-азот его боковой цепи может образовывать только одну азотистую связь.

Кроме того, пролин — единственная аминокислота, которая не окрашивается в красно-фиолетовый цвет при распылении нингидрина для использования в хроматографии . Вместо этого пролин дает оранжево-желтый цвет.

Синтез

Рацемический пролин можно синтезировать из диэтилмалоната и акрилонитрила : [27]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Пролин". ПабХим . Национальная медицинская библиотека США. Архивировано из оригинала 16 января 2014 года . Проверено 8 мая 2018 г.
  2. ^ Белитц Х.Д., Грош В., Шиберле П. (15 января 2009 г.). Пищевая химия. п. 15. ISBN 978-3-540-69933-0. Архивировано из оригинала 15 мая 2016 г.
  3. ^ Нельсон Д.Л., Кокс М.М. Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  4. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 г.
  5. ^ Плиммер Р.Х. (1912) [1908], Плиммер Р.Х., Хопкинс Ф.Г. (ред.), Химический состав белков, Монографии по биохимии, том. Часть I. Анализ (2-е изд.), Лондон: Longmans, Green and Co., с. 130 , получено 20 сентября 2010 г.
  6. ^ "Пролин". Руководство по аминокислотам . Архивировано из оригинала 27 ноября 2015 г.
  7. ^ "Пролин". Словарь английского языка американского наследия, 4-е издание . Архивировано из оригинала 15 сентября 2015 г. Проверено 6 декабря 2015 г.
  8. ^ Ленинджер А.Л., Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2000). Принципы биохимии (3-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 1-57259-153-6..
  9. ^ ab Справочник по ионным каналам: Внеклеточные лиганд-зависимые каналы. Академическая пресса. 16 ноября 1995 г. с. 126. ИСБН 978-0-08-053519-7. Архивировано из оригинала 26 апреля 2016 года.
  10. ^ аб Хензи В., Райхлинг Д.Б., Хелм С.В., МакДермотт AB (апрель 1992 г.). «L-пролин активирует рецепторы глутамата и глицина в культивируемых нейронах спинного рога крысы». Молекулярная фармакология . 41 (4): 793–801. ПМИД  1349155.
  11. ^ Аб Арслан О.Э. (7 августа 2014 г.). Нейроанатомические основы клинической неврологии (Второе изд.). ЦРК Пресс. п. 309. ИСБН 978-1-4398-4833-3. Архивировано из оригинала 14 мая 2016 года.
  12. ^ Вербрюгген Н., Херманс С. (ноябрь 2008 г.). «Накопление пролина в растениях: обзор». Аминокислоты . 35 (4): 753–759. дои : 10.1007/s00726-008-0061-6. PMID  18379856. S2CID  21788988.
  13. ^ Шреста А., Фендель А., Нгуен Т.Х., Адебабай А., Куллик А.С., Бенндорф Дж. и др. (сентябрь 2022 г.). «Природное разнообразие раскрывает регуляцию P5CS1 и ее роль в устойчивости к засухе и устойчивости урожайности ячменя». Растение, клетка и окружающая среда . 45 (12): 3523–3536. дои : 10.1111/шт.14445 . PMID  36130879. S2CID  252438394.
  14. ^ Шреста А., Каджо Д.К., Камруззаман М., Сиддик С., Фиорани Ф., Леон Дж., Наз А.А. (июнь 2021 г.). «Факторы транскрипции, связывающие элементы, чувствительные к абсцизовой кислоте, способствуют синтезу пролина и адаптации к стрессу у арабидопсиса». Журнал физиологии растений . 261 : 153414. doi : 10.1016/j.jplph.2021.153414. PMID  33895677. S2CID  233397785.
  15. ^ Музаммил С., Шреста А., Дадшани С., Пиллен К., Сиддик С., Леон Дж., Наз А.А. (октябрь 2018 г.). «Наследственный аллель пирролин-5-карбоксилатсинтазы1 способствует накоплению пролина и адаптации к засухе у культивируемого ячменя». Физиология растений . 178 (2): 771–782. дои : 10.1104/стр.18.00169. ПМК 6181029 . ПМИД  30131422. 
  16. ^ Майнерис-Перксакс Дж., Кастельс-Нобау А., Арнориага-Родригес М., Мартин М., де ла Вега-Корреа Л., Сапата С. и др. (май 2022 г.). «Изменения микробиоты в метаболизме пролина влияют на депрессию». Клеточный метаболизм . 34 (5): 681–701.e10. дои : 10.1016/j.cmet.2022.04.001 . hdl : 10230/53513 . PMID  35508109. S2CID  248528026.
  17. ^ Павлов М.Ю., Уоттс Р.Э., Тан З., Корниш В.В., Эренберг М., Форстер AC (январь 2009 г.). «Медленное образование пептидной связи пролином и другими N-алкиламинокислотами при трансляции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (1): 50–54. Бибкод : 2009PNAS..106...50P. дои : 10.1073/pnas.0809211106 . ПМК 2629218 . ПМИД  19104062. .
  18. ^ Бускирк А.Р., Грин Р. (январь 2013 г.). «Биохимия. Преодоление полипролиновых пауз». Наука . 339 (6115): 38–39. Бибкод : 2013Sci...339...38B. дои : 10.1126/science.1233338. ПМЦ 3955122 . ПМИД  23288527. 
  19. ^ Моррис А.Л., Макартур М.В., Хатчинсон Э.Г., Торнтон Дж.М. (апрель 1992 г.). «Стереохимическое качество координат белковой структуры». Белки . 12 (4): 345–364. дои : 10.1002/prot.340120407. PMID  1579569. S2CID  940786.
  20. ^ Шпак П. (2011). «Химия и ультраструктура рыбьих костей: значение для тафономии и анализа стабильных изотопов». Журнал археологической науки . 38 (12): 3358–3372. дои : 10.1016/j.jas.2011.07.022. Архивировано из оригинала 18 января 2012 г.
  21. ^ Олдерсон Т.Р., Ли Дж.Х., Шарлье С., Инь Дж., Бакс А. (январь 2018 г.). «Склонность к образованию цис-пролина в развернутых белках». ХимБиоХим . 19 (1): 37–42. дои : 10.1002/cbic.201700548. ПМЦ 5977977 . ПМИД  29064600. 
  22. ^ Саркар С.К., Молодой PE, Салливан CE, Торчиа Д.А. (август 1984 г.). «Обнаружение цис- и транс-пептидных связей X-Pro в белках с помощью ЯМР 13C: применение к коллагену». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 81 (15): 4800–4803. Бибкод : 1984PNAS...81.4800S. дои : 10.1073/pnas.81.15.4800 . ПМЦ 391578 . ПМИД  6589627. 
  23. ^ Томас К.М., Надутамби Д., Зондло, штат Нью-Джерси (февраль 2006 г.). «Электронный контроль цис - транс- изомерии амидов посредством ароматико-пролильного взаимодействия». Журнал Американского химического общества . 128 (7): 2216–2217. дои : 10.1021/ja057901y. ПМИД  16478167.
  24. ^ Густафсон CL, Петрушка NC, Асимгил Х., Ли Х.В., Альбах С., Майкл АК и др. (май 2017 г.). «Медленное конформационное переключение в домене трансактивации BMAL1 модулирует циркадные ритмы». Молекулярная клетка . 66 (4): 447–457.e7. doi :10.1016/j.molcel.2017.04.011. ПМЦ 5484534 . ПМИД  28506462. 
  25. ^ Зиберт К.Дж. «Дымка и пена». Корнелл АгроТех . Архивировано из оригинала 11 июля 2010 г. Проверено 13 июля 2010 г.По состоянию на 12 июля 2010 г.
  26. ^ Пазуки А, Асгари Дж, Сохани ММ, Пессаракли М, Афлаки Ф (2015). «Влияние некоторых источников органического азота и антибиотиков на рост каллуса сортов риса Индика». Журнал питания растений . 38 (8): 1231–1240. дои : 10.1080/01904167.2014.983118. S2CID  84495391.
  27. ^ Фогель, Практическая органическая химия, 5-е издание.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки