stringtranslate.com

Аланин

Аланин (символ Ala или A ), [4] или α-аланин , представляет собой α- аминокислоту , которая используется в биосинтезе белков . Он содержит аминогруппу и группу карбоновой кислоты , обе присоединены к центральному атому углерода, который также несет боковую цепь метильной группы . Следовательно, ее систематическое название IUPAC — 2-аминопропановая кислота, и она классифицируется как неполярная алифатическая α-аминокислота. В биологических условиях он существует в цвиттер-ионной форме с протонированной аминогруппой (как -NH 3 + ) и депротонированной карбоксильной группой (как -CO 2 - ). Он не является необходимым для человека, поскольку может синтезироваться метаболически и не обязательно должен присутствовать в рационе. Он кодируется всеми кодонами , начинающимися с GC (GCU, GCC, GCA и GCG).

L - изомер аланина ( левый ) — это тот, который включается в белки . L -аланин уступает по частоте встречаемости только лейцину , составляя 7,8% первичной структуры в образце из 1150 белков . [5] Правосторонняя форма, D -аланин, встречается в полипептидах некоторых клеточных стенок бактерий [6] : 131  и в некоторых пептидных антибиотиках , а также встречается в тканях многих ракообразных и моллюсков в виде 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] На немецком языке аминокислота была названа аланином , в отношении альдегида , с интерфиксом -an- для облегчения произношения, [11] немецкое окончание -in, используемое в химических соединениях, аналогично английскому. -ине .

Состав

Аланин является алифатической аминокислотой, поскольку боковая цепь, соединенная с атомом углерода α , представляет собой метильную группу (-CH 3 ). Аланин — самая простая α-аминокислота после глицина . Метильная боковая цепь аланина нереактивна и поэтому вряд ли когда-либо напрямую участвует в функции белка. [12] Аланин является заменимой аминокислотой , то есть он может вырабатываться организмом человека и его не нужно получать с пищей. Аланин содержится в самых разных продуктах, но особенно сконцентрирован в мясе.

Источники

Биосинтез

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

Аланин производится восстановительным аминированием пирувата , двухэтапным процессом. На первом этапе α-кетоглутарат , аммиак и НАДН преобразуются глутаматдегидрогеназой в глутамат , НАД + и воду. На втором этапе аминогруппа вновь образованного глутамата переносится на пируват с помощью фермента аминотрансферазы , регенерируя α-кетоглутарат и превращая пируват в аланин. Конечным результатом является то, что пируват и аммиак превращаются в аланин, потребляя один восстанавливающий 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 промышленных масштабах путем декарбоксилирования L-аспартата под действием аспартат-4-декарбоксилазы . Пути ферментации L-аланина осложняются аланинрацемазой . [14]

Рацемический аланин можно получить конденсацией ацетальдегида с хлоридом аммония в присутствии цианида натрия по реакции Стрекера [15] или аммонолизом 2 -бромпропановой кислоты. [16]

Деградация

Аланин расщепляется путем окислительного дезаминирования — реакции, обратной реакции восстановительного аминирования, описанной выше, катализируемой теми же ферментами. Направление процесса во многом контролируется относительной концентрацией субстратов и продуктов участвующих реакций. [6] : 721 

Гипотеза аланинового мира

Аланин — одна из двадцати канонических α-аминокислот , используемых в качестве строительных блоков (мономеров) для биосинтеза белков, опосредованного рибосомами. Считается, что аланин является одной из первых аминокислот, включенных в стандартный набор генетического кода. [17] [18] [19] [20] На основе этого факта была предложена гипотеза «Аланинового мира». [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 ограничен теми производными аланина, которые подходят для построения вторичных структурных элементов α-спирали или β-листа . Доминирующими вторичными структурами в известной нам жизни являются α-спирали и β-листы, а большинство канонических аминокислот можно рассматривать как химические производные аланина. Следовательно, большинство канонических аминокислот в белках могут быть заменены на Ala путем точечных мутаций, при этом вторичная структура остается неизменной. Тот факт, что Ala имитирует предпочтения вторичной структуры большинства кодируемых аминокислот, практически используется в сканирующем мутагенезе аланина . Кроме того, классическая рентгеновская кристаллография часто использует модель полиаланинового остова [22] для определения трехмерных структур белков с использованием молекулярного замещения - метода фазирования , основанного на модели .

Физиологическая функция

Глюкозо-аланиновый цикл

У млекопитающих аланин играет ключевую роль в цикле глюкозы-аланин между тканями и печенью. В мышцах и других тканях, которые расщепляют аминокислоты на топливо, аминогруппы собираются в форме глутамата путем переаминирования . Затем глутамат может передать 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 печени в обратном порядке, где регенерированный пируват используется в глюконеогенезе , образуя глюкозу, которая возвращается в мышцы через систему кровообращения. Глутамат в печени поступает в митохондрии и расщепляется глутаматдегидрогеназой на α-кетоглутарат и аммоний , который, в свою очередь, участвует в цикле мочевины с образованием мочевины , которая выводится через почки. [23]

Цикл глюкозы-аланин 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 метаболизации для получения энергии: это перемещает энергетическую нагрузку глюконеогенеза в печень, а не в мышцы, и весь доступный АТФ в мышцах может быть направлен в мышцы. сокращение. [23] Это катаболический путь, основанный на распаде белка в мышечной ткани. Неясно, происходит ли это и в какой степени у немлекопитающих. [24] [25]

Связь с диабетом

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

Химические свойства

( S )-аланин (слева) и ( R )-аланин (справа) в цвиттер-ионной 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 интересующей области, а иногда даже в каждой позиции всего гена: это называется «сканирующим мутагенезом». Самый простой метод и первый, который был использован, — это так называемое аланиновое сканирование , при котором каждая позиция по очереди мутирует в аланин. [27]

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

Свободный радикал

При дезаминировании молекулы аланина образуется свободный радикал CH 3 C • HCO 2 - . Дезаминирование может быть вызвано в твердом или водном аланине излучением, вызывающим гомолитический разрыв связи углерод-азот. [28]

Это свойство аланина используется в дозиметрических измерениях в лучевой терапии . Когда обычный аланин подвергается облучению, радиация заставляет определенные молекулы аланина превращаться в свободные радикалы, и, поскольку эти радикалы стабильны, содержание свободных радикалов позже можно измерить с помощью электронного парамагнитного резонанса, чтобы выяснить, какому излучению подвергся аланин. . [29] Это считается биологически значимой мерой радиационного повреждения, которое может понести живая ткань при том же радиационном воздействии. [29] Планы лучевой терапии могут быть переданы в тестовом режиме на гранулы аланина, которые затем можно измерить, чтобы проверить, правильно ли система лечения доставляет заданный режим дозы радиации. [30]

Рекомендации

  1. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 . Королевское химическое общество . п. 1392. дои : 10.1039/9781849733069. ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ^ "L-аланин MSDS". Химический институт .
  3. ^ Хейнс WM, изд. (2016). Справочник CRC по химии и физике (97-е изд.). ЦРК Пресс . стр. 5–88. ISBN 978-1-4987-5428-6.
  4. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». IUPAC – Объединенная комиссия IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 г.
  5. ^ Дулитл РФ (1989). «Избыточность в белковых последовательностях». В Фасман Г.Д. (ред.). Прогнозирование белковых структур и принципы конформации белков . Нью-Йорк: Пленум . стр. 599–623. ISBN 978-0-306-43131-9.
  6. ^ abc Мэтьюз К.К., Ван Холде К.Э., Ахерн К.Г. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Издательство Benjamin/Cummings Publishing . ISBN 978-0-8053-3066-3. ОСЛК  42290721.
  7. ^ Ёсикава Н., Саровер М.Г., Абэ Х. (2016). «Аланинрацемаза и оксидаза D-аминокислот у водных животных». В Ёсимура Т., Нисикава Т., Хомма Х. (ред.). D-аминокислоты: физиология, метаболизм и применение . Спрингер Япония . 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. Стрекер 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 года . Проверено 14 апреля 2019 г. .
  11. ^ «Аланин». Оксфордские словари . Архивировано из оригинала 24 декабря 2014 года . Проверено 6 декабря 2015 г.
  12. ^ Патна Б.К., Кара Т.К., Гош С.Н., Далай А.К., ред. (2012). Учебник биотехнологии. Макгроу-Хилл Образование. ISBN 978-0-07-107007-2.
  13. ^ Мелконян, Эрика А.; Аска, Единен; Шури, Марк П. (2023), «Физиология, глюконеогенез», StatPearls , Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing, PMID  31082163 , получено 9 июля 2023 г.
  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 ЕС, Маккензи Б.Ф. (1929). «дл-аланин». Органические синтезы . 9 :4. дои :10.15227/orgsyn.009.0004.; Коллективный том , том. 1, с. 21.
  16. ^ Тоби WC, Эйрес ГБ (1941). «дл-аланин». Органические синтезы . doi : 10.15227/orgsyn.009.0004.; Коллективный том , том. 1, с. 21
  17. ^ Трифонов Е.Н. (декабрь 2000 г.). «Консенсусный временной порядок аминокислот и эволюция триплетного кода». Джин . 261 (1): 139–51. дои : 10.1016/S0378-1119(00)00476-5. ПМИД  11164045.
  18. ^ Хиггс П.Г., Пудриц Р.Э. (июнь 2009 г.). «Термодинамические основы синтеза пребиотических аминокислот и природа первого генетического кода». Астробиология . 9 (5): 483–90. arXiv : 0904.0402 . Бибкод : 2009AsBio...9..483H. дои : 10.1089/ast.2008.0280. PMID  19566427. S2CID  9039622.
  19. ^ Кубышкин В, Будиса Н (ноябрь 2019 г.). «Мировая модель аланина для развития репертуара аминокислот в биосинтезе белка». Международный журнал молекулярных наук . 20 (21): 5507. doi : 10.3390/ijms20215507 . ПМК 6862034 . ПМИД  31694194. 
  20. ^ Нтунтуми С, Властаридис П, Моссиалос Д, Статопулос С, Илиопулос I, Промпонас В и др. (ноябрь 2019 г.). «Области низкой сложности в белках прокариот выполняют важные функциональные роли и высоко консервативны». Исследования нуклеиновых кислот . 47 (19): 9998–10009. дои : 10.1093/nar/gkz730. ПМК 6821194 . ПМИД  31504783. 
  21. ^ Кубышкин В, Будиса Н (декабрь 2019 г.). «Ожидание инопланетных клеток с альтернативными генетическими кодами: прочь от мира аланина!». Современное мнение в области биотехнологии . 60 : 242–249. дои : 10.1016/j.copbio.2019.05.006 . ПМИД  31279217.
  22. ^ Кармали А.М., Бланделл Т.Л., Фернем Н. (февраль 2009 г.). «Стратегии построения моделей для рентгеновских кристаллографических данных низкого разрешения». Акта Кристаллографика. Раздел D. Биологическая кристаллография . 65 (Часть 2): 121–7. дои : 10.1107/S0907444908040006 . ПМЦ 2631632 . ПМИД  19171966. 
  23. ^ аб Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2005). Принципы биохимии (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. стр. 684–85. ISBN 0-7167-4339-6..
  24. ^ Физиология рыб: выделение азота. Академическая пресса. 07.09.2001. п. 23. ISBN 978-0-08-049751-8.
  25. ^ Уолш П.Дж., Райт, Пенсильвания (31 августа 1995 г.). Обмен и выведение азота. ЦРК Пресс. ISBN 978-0-8493-8411-0.
  26. ^ Саттар Н., Щербакова О., Форд И., О'Рейли Д.С., Стэнли А., Форрест Э. и др. (ноябрь 2004 г.). «Повышенный уровень аланинаминотрансферазы предсказывает возникновение нового диабета 2 типа независимо от классических факторов риска, метаболического синдрома и С-реактивного белка в исследовании профилактики коронарных артерий на западе Шотландии». Диабет . 53 (11): 2855–60. дои : 10.2337/диабет.53.11.2855 . ПМИД  15504965.
  27. ^ Парк С.Дж., Кокран-младший (25 сентября 2009 г.). Белковая инженерия и дизайн. ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-7659-2.
  28. ^ Загурский З.П., Сехестед К. (1998). «Переходные процессы и стабильный радикал дезаминирования α-аланина». Дж. Радиоанальный. Нукл. хим. 232 (1–2): 139–41. дои : 10.1007/BF02383729. S2CID  97855573. .
  29. ^ аб Андрео П., Бернс Д.Т., Наум А.Е., Сентдженс Дж., Аттикс Ф.Х. (2017). «Аланиновая дозиметрия». Основы дозиметрии ионизирующего излучения (2-е изд.). Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH . стр. 547–556. ISBN 978-3-527-80823-6. ОКЛК  990023546.
  30. ^ Биглин, Эмма Р.; Эйткенхед, Адам Х.; Прайс, Гарет Дж.; Чедвик, Эми Л.; Сантина, Элхэм; Уильямс, Кэй Дж.; Киркби, Карен Дж. (26 апреля 2022 г.). «Дозиметрический аудит доклинической лучевой терапии с использованием реалистичного мышиного фантома, напечатанного на 3D-принтере». Научные отчеты . 12 (1): 6826. doi : 10.1038/s41598-022-10895-5. ISSN  2045-2322. ПМК 9042835 . ПМИД  35474242.