Аланин - Alanine

Аланин
Аланин в неионогенной форме
L-Аланин
L-аланин-из-xtal-Mercury-3D-balls.png
L-аланин-из-xtal-Mercury-3D-sf.png
Имена
Название ИЮПАК
Аланин
Другие имена
2-аминопропановая кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
3DMet
1720248
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
  • 64234 (D-изомер) проверятьY
  • 5735 (L-изомер) проверятьY
  • 582 (Рацемический) проверятьY
DrugBank
ECHA InfoCard100.000.249 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 206-126-4
49628
КЕГГ
UNII
Свойства
C3ЧАС7NО2
Молярная масса89.094 г · моль−1
Внешностьбелый порошок
Плотность1,424 г / см3
Температура плавления 258 ° С (496 ° F, 531 К) (сублимированные)
167,2 г / л (25 ° С)
журнал п-0.68[1]
Кислотность (пKа)
  • 2,34 (карбоксил; H2O)
  • 9,87 (амино; H2O)[2]
-50.5·10−6 см3/ моль
Страница дополнительных данных
Показатель преломления (п),
Диэлектрическая постоянная (εр), так далее.
Термодинамический
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ, ИК, ЯМР, РС
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить (что проверятьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Аланин (символ Ала или А)[3] является α-аминокислота который используется в биосинтезе белки. Он содержит аминовая группа и группа карбоновой кислоты, оба присоединены к центральному атому углерода, который также несет метильная группа боковая цепь. Следовательно, его Систематическое название ИЮПАК 2-аминопропановая кислота, классифицируемая как неполярный, алифатический α-аминокислота. В биологических условиях он существует в своем цвиттерионный с протонированной аминогруппой (как -NH3+) и его карбоксильная группа депротонирована (как -CO2−). Это несущественно для людей, так как может быть синтезировано метаболически и не обязательно должен присутствовать в рационе. это закодированный всеми кодоны начиная с GC (GCU, GCC, GCA и GCG).

В L-изомер аланина (левша ) - это тот, который входит в состав белков. L-Аланин уступает только лейцин по частоте встречаемости, что составляет 7,8% от первичная структура в выборке 1150 белки.[4] Правосторонняя форма, D-аланин, встречается в полипептиды в некоторых бактериальных клеточные стенки[5]:131 и в каком-то пептиде антибиотики, и встречается в тканях многих ракообразные и моллюски как осмолит.[6] Аланин также очень распространен (чрезмерно представлен) в регионы низкой сложности белков.[7]

История и этимология

Аланин был впервые синтезирован в 1850 году, когда Адольф Стрекер комбинированный ацетальдегид и аммиак с участием цианистый водород.[8][9][10] Аминокислота получила название Аланин на немецком языке в отношении альдегид, с инфикс -an- для простоты произношения,[11] немецкий финал -в используется в химических соединениях аналогично английскому -ine.

Структура

Аланин - это алифатический аминокислота, потому что боковая цепь связана с α-углерод атом это метил группа (-CH3); аланин - простейшая α-аминокислота после глицин. Боковая метильная цепь аланина нереактивна и поэтому почти никогда не участвует непосредственно в функции белка.[12] Аланин - это заменимая аминокислота, что означает, что он может вырабатываться организмом человека, и его не нужно получать с пищей. Аланин содержится в самых разных продуктах питания, но особенно сконцентрирован в мясе.

Источники

Биосинтез

Аланин может быть синтезирован из пируват и аминокислоты с разветвленной цепью такие как валин, лейцин, и изолейцин.

Аланин производится восстановительное аминирование из пируват, двухэтапный процесс. На первом этапе α-кетоглутарат, аммиак и НАДН преобразованы глутаматдегидрогеназа к глутамат, НАД+ и вода. На втором этапе аминогруппа новообразованного глутамата переносится на пируват посредством аминотрансфераза фермент, регенерирующий α-кетоглутарат и превращающий пируват в аланин. В результате пируват и аммиак превращаются в аланин, потребляя один уменьшающий эквивалент.[5]:721 Потому что трансаминирование реакции легко обратимы, пируват присутствует во всех клетках, аланин может легко образовываться и, таким образом, имеет тесные связи с метаболическими путями, такими как гликолиз, глюконеогенез, а цикл лимонной кислоты.

Химический синтез

L-аланин получают промышленным путем декарбоксилированием L-аспартата под действием аспартат-4-декарбоксилаза. Пути ферментации до L-аланина осложняются аланин рацемаза.[13]

Рацемический аланин можно получить конденсацией ацетальдегид с участием хлорид аммония в присутствии цианид натрия посредством Реакция Стрекера,[14] или аммонолиз из 2-бромпропановая кислота.[15]

Синтез аланина - 1.png
Синтез аланина - 2.png

Деградация

Аланин распадается на окислительное дезаминирование, обратная реакция реакции восстановительного аминирования, описанной выше, катализируемая теми же ферментами. Направление процесса в значительной степени контролируется относительной концентрацией субстратов и продуктов участвующих реакций.[5]:721

Гипотеза аланинового мира

Аланин - один из двадцати канонические α-аминокислоты используются в качестве строительных блоков (мономеров) для опосредованного рибосомами биосинтеза белков. Аланин считается одной из первых аминокислот, включенных в стандартный репертуар генетического кода.[16][17][18][7] На основании этого факта была предложена гипотеза «Аланинского мира».[19] Эта гипотеза объясняет эволюционный выбор аминокислот в репертуаре генетического кода с химической точки зрения. В этой модели выбор мономеров (т.е. аминокислот) для синтез рибосомального белка скорее ограничивается теми производными аланина, которые подходят для построения α-спираль или β-лист вторичный структурный элементы. Доминирующими вторичными структурами в жизни, какими мы их знаем, являются α-спирали и β-слои, и большинство канонических аминокислот можно рассматривать как химические производные аланина. Следовательно, большинство канонических аминокислот в белках могут быть заменены на Ala посредством точечных мутаций, в то время как вторичная структура остается неизменной. Тот факт, что Ala имитирует предпочтения вторичной структуры большинства кодируемых аминокислот, практически используется в аланиновое сканирование мутагенез. Кроме того, классический Рентгеновская кристаллография часто использует модель полиаланинового остова[20] для определения трехмерных структур белков с помощью молекулярная замена - модельная фазировка метод.

Физиологическая функция

Глюкозо-аланиновый цикл

У млекопитающих аланин играет ключевую роль в глюкозно-аланиновый цикл между тканями и печенью. В мышцах и других тканях, которые разлагают аминокислоты в качестве топлива, аминогруппы собираются в виде глутамат от трансаминирование. Затем глутамат может передавать свою аминогруппу на пируват, продукт мышц гликолиз, через действие аланинаминотрансфераза, образуя аланин и α-кетоглутарат. Аланин попадает в кровоток и транспортируется в печень. Реакция аланинаминотрансферазы протекает в обратном направлении в печени, где регенерированный пируват используется в глюконеогенез, образуя глюкозу, которая возвращается в мышцы через систему кровообращения. Глутамат в печень попадает митохондрии и разбивается на глутаматдегидрогеназа в α-кетоглутарат и аммоний, который, в свою очередь, участвует в цикл мочевины формировать мочевина который выводится через почки.[21]

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, где она метаболизируется для получения энергии: это переносит энергетическую нагрузку глюконеогенеза на печень, а не на мышцы, и все доступные АТФ в мышце может быть посвящена сокращению мышц.[21] Это катаболический путь, основанный на распаде белка в мышечной ткани. Неясно, встречается ли это у немлекопитающих и в какой степени.[22][23]

Связь с диабетом

Изменения в цикле аланина, повышающие уровень сыворотки аланинаминотрансфераза (ALT) связаны с развитием диабета II типа.[24]

Химические свойства

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

Аланин полезен в потеря функции эксперименты относительно фосфорилирование. Некоторые методы включают создание библиотеки генов, каждый из которых имеет точечную мутацию в разных местах интересующей области, а иногда даже в каждой позиции целого гена: это называется «сканирующий мутагенез». Самый простой метод, который был использован первым, - это так называемый аланиновое сканирование, где каждая позиция, в свою очередь, мутирована на аланин.[25]

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

Свободный радикал

В дезаминирование молекулы аланина производит свободный радикал CH3C•HCO2−. Дезаминирование может быть вызвано в твердом или водном аланине излучением, которое вызывает гомолитическое расщепление связи углерод – азот.[26]

Это свойство аланина используется в дозиметрические измерения в лучевая терапия. Когда облучают нормальный аланин, излучение заставляет определенные молекулы аланина превращаться в свободные радикалы, и, поскольку эти радикалы стабильны, содержание свободных радикалов можно позже измерить с помощью электронного парамагнитного резонанса, чтобы выяснить, сколько излучения подверглось воздействию аланина. .[27] Считается, что это биологически значимая мера количества радиационного повреждения, которому живая ткань может пострадать при таком же радиационном воздействии.[27] Планы лечения лучевой терапией могут быть доставлены в тестовом режиме в гранулы аланина, которые затем можно измерить, чтобы проверить правильность доставки предполагаемой дозы излучения системой лечения.

использованная литература

  1. ^ "L-alanine_msds".
  2. ^ Хейнс, Уильям М., изд. (2016). CRC Справочник по химии и физике (97-е изд.). CRC Press. С. 5–88. ISBN  978-1498754286.
  3. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». ИЮПАК -ВМС Совместная комиссия по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано с оригинал 9 октября 2008 г.. Получено 5 марта 2018.
  4. ^ Дулиттл, Рассел Ф. (1989). «Избыточность в белковых последовательностях». В Фасмане, Джеральд Д. (ред.). Прогнозирование белковых структур и принципы конформации белков. Нью-Йорк: Пленум. С. 599–623. ISBN  0-306-43131-9.
  5. ^ а б c Мэтьюз, Кристофер К .; Ван Холд, Кенсал Эдвард; Ахерн, Кевин Г. (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Бенджамин / Каммингс Паблишинг. ISBN  0805330666. OCLC  42290721.
  6. ^ Ёсикава, Наоко; Sarower, Mohammed G .; Абэ, Хироки (2016). «Аланин рацемаза и D-аминокислотная оксидаза у водных животных». В Йошимуре, Тору; Нисикава, Тору; Хомма, Хироши (ред.). D-аминокислоты: физиология, метаболизм и применение. Springer Japan. С. 269–282. ISBN  9784431560777.
  7. ^ а б Нтунтуми, Криса; Властаридис, Панайотис; Моссиалос, Димитрис; Статопулос, Константинос; Илиопулос, Иоаннис; Промпонас, Василиос; Оливер, Стивен Дж. Амуциас, Григорис Д. (04.11.2019). «Области низкой сложности в белках прокариот выполняют важные функциональные роли и являются высококонсервативными». Исследования нуклеиновых кислот. 47 (19): 9998–10009. Дои:10.1093 / нар / gkz730. ISSN  0305-1048. ЧВК  6821194. PMID  31504783.
  8. ^ Стрекер, Адольф (1850). "Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen" [Об искусственном образовании молочной кислоты и новом веществе, гомологичном глицину]. Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком). 75 (1): 27–45. Дои:10.1002 / jlac.18500750103. Стрекер называет аланин на стр. 30.
  9. ^ Стрекер, Адольф (1854). "Ueber einen neuen aus Aldehyd - Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper" [О новом веществе, образующемся из ацетальдегида - аммиаке [т.е. 1-аминоэтаноле] и синильной кислоте]. Annalen der Chemie und Pharmacie (на немецком). 91 (3): 349–351. Дои:10.1002 / jlac.18540910309.
  10. ^ «Аланин». AminoAcidsGuide.com. 10 июн 2018. Получено 14 апреля 2019.
  11. ^ «аланин». Оксфордские словари. Получено 2015-12-06.
  12. ^ Учебник биотехнологии. McGraw-Hill Education (I). 2012 г. ISBN  9780071070072.
  13. ^ Карлхайнц Драуз; Ян Грейсон; Аксель Климанн; Ханс-Петер Криммер; Вольфганг Лойхтенбергер; Кристоф Векбекер (2006). Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Вайнхайм: Wiley-VCH. Дои:10.1002 / 14356007.a02_057.pub2.
  14. ^ Kendall, E.C .; Маккензи, Б. Ф. (1929). "дл-Аланин ». Органический синтез. 9: 4. Дои:10.15227 / orgsyn.009.0004.; Коллективный объем, 1, п. 21 год.
  15. ^ Тоби, Уолтер С.; Эйрес, Гилберт Б. (1941). "дл-Аланин ». Органический синтез. Дои:10.15227 / orgsyn.009.0004.; Коллективный объем, 1, п. 21 год
  16. ^ Трифонов, Е.Н. (декабрь 2000 г.). «Согласованный временной порядок аминокислот и эволюция триплетного кода». Ген. 261 (1): 139–151. Дои:10.1016 / S0378-1119 (00) 00476-5.
  17. ^ Хиггс, Пол Дж .; Пудриц, Ральф Э. (июнь 2009 г.). "Термодинамические основы синтеза пребиотических аминокислот и природа первого генетического кода". Астробиология. 9 (5): 483–490. Дои:10.1089 / аст.2008.0280. ISSN  1531-1074.
  18. ^ Кубышкин, Владимир; Будиса, Недилько (24 сентября 2019 г.). "Модель мира аланина для развития репертуара аминокислот в биосинтезе белка". Int. J. Mol. Наука. 20 (21): 5507. Дои:10.3390 / ijms20215507. ЧВК  6862034. PMID  31694194.
  19. ^ Кубышкин, Владимир; Будиса, Недилько (3 июля 2019 г.). «Предвидение чужеродных клеток с альтернативными генетическими кодами: прочь от аланинового мира!». Curr. Соч. Биотехнология. 60: 242–249. Дои:10.1016 / j.copbio.2019.05.006. PMID  31279217.
  20. ^ Кармали, А. М .; Blundell, T. L .; Фернхэм, Н. (2009). «Стратегии построения моделей для рентгеновских кристаллографических данных с низким разрешением». Acta Crystallogr. 65 (2): 121–127. Дои:10.1107 / S0907444908040006. ЧВК  2631632. PMID  19171966.
  21. ^ а б Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2005). Принципы биохимии (4-е изд.). Нью-Йорк: У. Х. Фриман. С. 684–85. ISBN  0-7167-4339-6..
  22. ^ Физиология рыб: выведение азота. Академическая пресса. 2001-09-07. п. 23. ISBN  9780080497518.
  23. ^ Уолш, Патрик Дж .; Райт, Патриция А. (31 августа 1995 г.). Метаболизм и выведение азота. CRC Press. ISBN  9780849384110.
  24. ^ Саттар, Навид; Щербакова Ольга; Форд, Ян; O'Reilly, Denis St.J .; Стэнли, Адриан; Форрест, Юэн; Макфарлейн, Питер В .; Паккард, Крис Дж .; Cobbe, Stuart M .; Шеперд, Джеймс (2004). «Повышенный уровень аланинаминотрансферазы предсказывает впервые возникший диабет 2 типа независимо от классических факторов риска, метаболического синдрома и С-реактивного белка в исследовании профилактики коронарных артерий на западе Шотландии». Сахарный диабет. 53 (11): 2855–2860. Дои:10.2337 / диабет.53.11.2855. PMID  15504965.
  25. ^ Парк, Шелдон Дж .; Кокран, Дженнифер Р. (25 сентября 2009 г.). Белковая инженерия и дизайн. CRC Press. ISBN  9781420076592.
  26. ^ Zagórski, Z. P .; Сехестед, К. (1998). «Переходные процессы и стабильные радикалы от дезаминирования α-аланина». J. Radioanal. Nucl. Chem. 232 (1–2): 139–41. Дои:10.1007 / BF02383729. S2CID  97855573..
  27. ^ а б Педро, Андрео; Бернс, Дэвид Т .; Nahum, Alan E .; Seuntjens, Jan P .; Аттикс, Фрэнк Х. (2017). «Дозиметрия аланина». Основы дозиметрии ионизирующего излучения (2-е изд.). Вайнхайм, Германия: Вайли-ВЧ. С. 547–556. ISBN  9783527808236. OCLC  990023546.

внешние ссылки

  1. ^ Pubchem. «Аланин, 3- (гидроксифосфинил) -». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 20 сентября 2018.