Пролин (символ Pro или P ) [4] — органическая кислота, классифицируемая как протеиногенная аминокислота (используется в биосинтезе белков ), хотя она и не содержит аминогруппу -NH
2а скорее вторичный амин . Азот вторичного амина находится в протонированной форме (NH 2 + ) в биологических условиях, в то время как карбоксильная группа находится в депротонированной форме −COO − . «Боковая цепь» от α-углерода соединяется с азотом, образуя пирролидиновую петлю, классифицируя ее как алифатическую аминокислоту . Она не является незаменимой для человека, то есть организм может синтезировать ее из заменимой аминокислоты L - глутамата . Она 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 цепочке из трех атомов углерода, которые вместе образуют пятичленное кольцо.
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 фталимидопропилмалонового эфира. [6]
Название пролин происходит от пирролидина , одного из его компонентов. [7]
Пролин биосинтетически получается из аминокислоты L - глутамата . Глутамат-5-полуальдегид сначала образуется глутамат-5-киназой (АТФ-зависимой) и глутамат-5-полуальдегиддегидрогеназой (которой требуется NADH или NADPH). Затем он может либо спонтанно циклизоваться с образованием 1-пирролин-5-карбоновой кислоты , которая восстанавливается до пролина пирролин-5-карбоксилатредуктазой (используя NADH или NADPH), либо превращается в орнитин с помощью орнитинаминотрансферазы с последующей циклизацией орнитинциклодеаминазой с образованием пролина. [8]
Было обнаружено, что L -пролин действует как слабый агонист рецептора глицина и как NMDA , так и не-NMDA ( AMPA / каинат ) ионотропных рецепторов глутамата . [9] [10] [11] Было высказано предположение, что он является потенциальным эндогенным эксайтотоксином . [9] [10] [11] У растений накопление пролина является распространенной физиологической реакцией на различные стрессы, но также является частью программы развития в генеративных тканях (например, пыльца ). [12] [13] [14] [15]
Диета, богатая пролином, была связана с повышенным риском депрессии у людей в исследовании 2022 года, которое было проверено в ограниченном доклиническом исследовании на людях и, прежде всего, на других организмах. Результаты были значительными в других организмах. [16]
Отличительная циклическая структура боковой цепи пролина придает пролину исключительную конформационную жесткость по сравнению с другими аминокислотами. Она также влияет на скорость образования пептидной связи между пролином и другими аминокислотами. Когда пролин связан как амид в пептидной связи, его азот не связан ни с одним водородом, то есть он не может выступать в качестве донора водородной связи , но может быть акцептором водородной связи.
Образование пептидной связи с входящей Про-тРНК Про в рибосоме происходит значительно медленнее, чем с любыми другими тРНК, что является общей особенностью N -алкиламинокислот. [17] Образование пептидной связи также происходит медленно между входящей тРНК и цепью, заканчивающейся пролином; при этом образование связей пролин-пролин происходит медленнее всего. [18]
Исключительная конформационная жесткость пролина влияет на вторичную структуру белков вблизи остатка пролина и может объяснять более высокую распространенность пролина в белках термофильных организмов. Вторичная структура белка может быть описана в терминах двугранных углов φ, ψ и ω белкового остова. Циклическая структура боковой цепи пролина фиксирует угол φ примерно на уровне −65°. [19]
Пролин действует как структурный разрушитель в середине обычных вторичных структурных элементов, таких как альфа-спирали и бета-слои ; однако пролин обычно встречается как первый остаток альфа-спирали , а также в краевых цепях бета-слоев . Пролин также часто встречается в поворотах (другой тип вторичной структуры) и способствует формированию бета-поворотов. Это может объяснять тот любопытный факт, что пролин обычно подвергается воздействию растворителя, несмотря на то, что имеет полностью алифатическую боковую цепь.
Несколько пролинов и/или гидроксипролинов в ряду могут создавать полипролиновую спираль , преобладающую вторичную структуру в коллагене . Гидроксилирование пролина пролилгидроксилазой (или другими добавлениями 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 быть результатом дефектов в этом гидроксилировании, например, мутаций в ферменте пролилгидроксилазе или отсутствия необходимого кофактора аскорбата (витамина С) .
Пептидные связи с пролином и другими N -замещенными аминокислотами (такими как саркозин ) способны заполнять 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 предыдущему атому C α , чем следующий атом C α ( цис -изомер). Напротив, цис- и транс- изомеры пептидной связи X-Pro (где X представляет любую аминокислоту) испытывают стерические столкновения с соседним замещением и имеют гораздо меньшую разницу энергий. Следовательно, доля пептидных связей X-Pro в цис- изомере в ненапряженных условиях значительно повышена, а цис- фракции обычно находятся в диапазоне 3-10%. [21] Однако эти значения зависят от предшествующей аминокислоты, при этом остатки Gly [22] и ароматические [23] дают повышенные фракции цис- изомера. Для ароматических пролиновых пептидных связей были идентифицированы цис- фракции до 40%. [24]
С кинетической точки зрения, цис - транс -изомеризация пролина является очень медленным процессом, который может препятствовать прогрессу сворачивания белка, захватывая один или несколько остатков пролина, имеющих решающее значение для сворачивания, в ненативном изомере, особенно когда нативному белку требуется цис- изомер . Это связано с тем, что остатки пролина синтезируются исключительно в рибосоме в виде транс- изомерной формы. Все организмы обладают ферментами пролил-изомеразой для катализа этой изомеризации, а некоторые бактерии имеют специализированные пролил-изомеразы, 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.
Пролин и его производные часто используются в качестве асимметричных катализаторов в реакциях органокатализа пролина . Восстановление CBS и катализируемая пролином альдольная конденсация являются яркими примерами.
В пивоварении белки, богатые пролином, соединяются с полифенолами, образуя мутность (помутнение) [25] .
L -пролин является осмопротектором и поэтому используется во многих фармацевтических и биотехнологических приложениях.
Среда роста, используемая в культуре растительных тканей, может быть дополнена пролином. Это может усилить рост, возможно, потому, что помогает растению переносить стрессы культуры тканей. [26] [ нужен лучший источник ] О роли пролина в реакции растений на стресс см. § Биологическая активность.
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 «поворотах» белков, поскольку его свободная энтропия (Δ S ) не так велика по сравнению с другими аминокислотами, и, таким образом, в свернутой форме по сравнению с развернутой формой изменение энтропии меньше. Кроме того, пролин редко встречается в α- и β-структурах, поскольку это снизило бы стабильность таких структур, поскольку его боковая цепь α-азота может образовывать только одну азотную связь.
Кроме того, пролин — единственная аминокислота, которая не образует красно-фиолетовый цвет при обработке нингидрином для использования в хроматографии . Вместо этого пролин образует оранжево-желтый цвет.
Рацемический пролин можно синтезировать из диэтилмалоната и акрилонитрила : [27]
