Пролин
| |||
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Название ИЮПАК Пролин | |||
| Систематическое название ИЮПАК Пирролидин-2-карбоновая кислота [1] | |||
| Идентификаторы | |||
| |||
3D модель ( JSmol ) |
| ||
| 80812 | |||
| ЧЭБИ |
| ||
| ChEMBL |
| ||
| ChemSpider |
| ||
| DrugBank |
| ||
| Информационная карта ECHA | 100.009.264 | ||
| Номер ЕС |
| ||
| 26927 | |||
| КЕГГ |
| ||
| МеШ | Пролин | ||
CID PubChem |
| ||
| Номер RTECS |
| ||
| УНИИ |
| ||
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
| ||
| |||
| |||
| Характеристики | |||
| С5Н9НО2 | |||
| Молярная масса | 115,132 г·моль −1 | ||
| Появление | Прозрачные кристаллы | ||
| Температура плавления | 205–228 °C (401–442 °F; 478–501 K) (разлагается) | ||
| Растворимость | 1,5 г/100 г этанола 19 °C [2] | ||
| лог P | -0,06 | ||
| Кислотность ( pK a ) | 1,99 (карбоксил), 10,96 (амино) [3] | ||
| Страница дополнительных данных | |||
| Пролин (страница данных) | |||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
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 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.
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 фталимидопропилмалонового эфира. [6]
Название пролин происходит от пирролидина , одного из его компонентов. [7]
Биосинтез
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]
Биологическая активность
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]
Свойства структуры белка
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) .
цис–трансизомеризация
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.
Использует
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.
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 «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.
Синтез
Рацемический пролин можно синтезировать из диэтилмалоната и акрилонитрила : [27]
Смотрите также
Ссылки
- ^ "Proline". PubChem . Национальная медицинская библиотека США. Архивировано из оригинала 16 января 2014 года . Получено 8 мая 2018 года .
- ^ Белитц Х.Д., Грош В., Шиберле П. (15 января 2009 г.). Пищевая химия. Спрингер. п. 15. ISBN 978-3-540-69933-0. Архивировано из оригинала 2016-05-15.
- ^ Нельсон Д. Л., Кокс М. М. Принципы биохимии . Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
- ^ "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". Совместная комиссия по биохимической номенклатуре IUPAC-IUB. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Получено 5 марта 2018 года .
- ^ Plimmer RH (1912) [1908], Plimmer RH, Hopkins FG (ред.), Химический состав белков, Монографии по биохимии, т. Часть I. Анализ (2-е изд.), Лондон: Longmans, Green and Co., стр. 130 , получено 20 сентября 2010 г.
- ^ "Пролин". Руководство по аминокислотам . Архивировано из оригинала 2015-11-27.
- ^ "Proline". American Heritage Dictionary of the English Language, 4-е издание . Архивировано из оригинала 2015-09-15 . Получено 2015-12-06 .
- ^ Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2000). Principles of Biochemistry (3-е изд.). Нью-Йорк: W. H. Freeman. ISBN 1-57259-153-6..
- ^ ab Ion Channel Factsbook: Внеклеточные лиганд-управляемые каналы. Academic Press. 16 ноября 1995 г. стр. 126. ISBN 978-0-08-053519-7. Архивировано из оригинала 26 апреля 2016 года.
- ^ ab Henzi V, Reichling DB, Helm SW, MacDermott AB (апрель 1992 г.). «L-пролин активирует рецепторы глутамата и глицина в культивируемых нейронах задних рогов крыс». Молекулярная фармакология . 41 (4): 793–801 . PMID 1349155. Архивировано из оригинала 15 января 2015 г.
- ^ ab Arslan OE (7 августа 2014 г.). Нейроанатомические основы клинической неврологии (второе издание). CRC Press. стр. 309. ISBN 978-1-4398-4833-3. Архивировано из оригинала 14 мая 2016 года.
- ^ Verbruggen N, Hermans C (ноябрь 2008 г.). «Накопление пролина в растениях: обзор». Amino Acids . 35 (4): 753– 759. doi :10.1007/s00726-008-0061-6. PMID 18379856. S2CID 21788988.
- ^ Shrestha A, Fendel A, Nguyen TH, Adebabay A, Kullik AS, Benndorf J, et al. (сентябрь 2022 г.). «Естественное разнообразие раскрывает регуляцию P5CS1 и ее роль в устойчивости к засухе и устойчивости урожая у ячменя». Plant, Cell & Environment . 45 (12): 3523– 3536. doi : 10.1111/pce.14445 . PMID 36130879. S2CID 252438394.
- ^ Shrestha A, Cudjoe DK, Kamruzzaman M, Siddique S, Fiorani F, Léon J, Naz AA (июнь 2021 г.). «Транскрипционные факторы связывания элементов, чувствительных к абсцизовой кислоте, способствуют синтезу пролина и адаптации к стрессу у Arabidopsis». Journal of Plant Physiology . 261 : 153414. doi : 10.1016/j.jplph.2021.153414. PMID 33895677. S2CID 233397785.
- ^ Muzammil S, Shrestha A, Dadshani S, Pillen K, Siddique S, Léon J, Naz AA (октябрь 2018 г.). «Предковый аллель пирролин-5-карбоксилатсинтазы1 способствует накоплению пролина и адаптации к засухе у культурного ячменя». Физиология растений . 178 (2): 771– 782. doi :10.1104/pp.18.00169. PMC 6181029. PMID 30131422.
- ^ 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. doi : 10.1016/j.cmet.2022.04.001 . hdl : 10230/53513 . PMID 35508109. S2CID 248528026.
- ^ Павлов MY, Уоттс RE, Тан Z, Корниш VW, Эренберг M, Форстер AC (январь 2009). «Медленное образование пептидных связей пролином и другими N-алкиламинокислотами при трансляции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (1): 50– 54. Bibcode : 2009PNAS..106...50P. doi : 10.1073/pnas.0809211106 . PMC 2629218. PMID 19104062 . .
- ^ Buskirk AR, Green R (январь 2013 г.). «Биохимия. Преодоление полипролиновых пауз». Science . 339 (6115): 38– 39. Bibcode :2013Sci...339...38B. doi :10.1126/science.1233338. PMC 3955122 . PMID 23288527.
- ^ Morris AL, MacArthur MW, Hutchinson EG, Thornton JM (апрель 1992 г.). «Стереохимическое качество координат структуры белка». Proteins . 12 (4): 345–364 . doi :10.1002/prot.340120407. PMID 1579569. S2CID 940786.
- ^ Szpak P (2011). «Химия и ультраструктура рыбьих костей: значение для тафономии и анализа стабильных изотопов». Журнал археологической науки . 38 (12): 3358– 3372. doi :10.1016/j.jas.2011.07.022. Архивировано из оригинала 2012-01-18.
- ^ Alderson TR, Lee JH, Charlier C, Ying J, Bax A (январь 2018 г.). «Склонность к образованию цис-пролина в несвернутых белках». ChemBioChem . 19 (1): 37– 42. doi :10.1002/cbic.201700548. PMC 5977977 . PMID 29064600.
- ^ Sarkar SK, Young PE, Sullivan CE, Torchia DA (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. Bibcode : 1984PNAS...81.4800S. doi : 10.1073/pnas.81.15.4800 . PMC 391578. PMID 6589627 .
- ^ Thomas KM, Naduthambi D, Zondlo NJ (февраль 2006 г.). «Электронный контроль амидной цис - транс -изомерии посредством ароматическо-пролильного взаимодействия». Журнал Американского химического общества . 128 (7): 2216– 2217. doi :10.1021/ja057901y. PMID 16478167.
- ^ Gustafson CL, Parsley NC, Asimgil H, Lee HW, Ahlbach C, Michael AK и др. (Май 2017 г.). «Медленное конформационное переключение в домене трансактивации BMAL1 модулирует циркадные ритмы». Molecular Cell . 66 (4): 447–457.e7. doi :10.1016/j.molcel.2017.04.011. PMC 5484534 . PMID 28506462.
- ^ Siebert KJ. "Haze and Foam". Cornell AgriTech . Архивировано из оригинала 2010-07-11 . Получено 2010-07-13 .Доступно 12 июля 2010 г.
- ^ Pazuki A, Asghari J, Sohani MM, Pessarakli M, Aflaki F (2015). «Влияние некоторых источников органического азота и антибиотиков на рост каллуса сортов риса индика». Журнал питания растений . 38 (8): 1231– 1240. doi :10.1080/01904167.2014.983118. S2CID 84495391.
- ^ Фогель, Практическая органическая химия, 5-е издание.
Дальнейшее чтение
- Balbach J, Schmid FX (2000). «Изомеризация пролина и ее катализ в сворачивании белков». В Pain RH (ред.). Механизмы сворачивания белков (2-е изд.). Oxford University Press. стр. 212–249 . ISBN 978-0-19-963788-1..
Внешние ссылки
- Пролин МС Спектр
- Биосинтез пролина
- Биосинтез пролина
