PROLINE: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, FUNKCJE, ŻYWNOŚĆ - BIOLOGIA - 2025

Prolina (Pro, P) należący do 22 aminokwasów uznanych za podstawowe. Jest aminokwasem zbędnym, ponieważ może być syntetyzowany przez człowieka i inne ssaki.

W 1900 roku niemiecki naukowiec Richard Willstatter jako pierwszy wyodrębnił i zaobserwował prolinę. Jednak to Emili Fischer w 1901 roku ukuł termin „prolina” na podstawie pierścienia pirolidynowego aminokwasu; Temu badaczowi udało się również szczegółowo wyjaśnić syntezę proliny z kazeiny mleka.

Struktura chemiczna aminokwasu Proline (źródło: Clavecin za pośrednictwem Wikimedia Commons)

W białkach, takich jak kazeina, prolina odgrywa istotną rolę w strukturalnych „skrętach” i fałdach. W tym białku prolina jest równomiernie rozmieszczona w całej strukturze i wiąże się z kazeiną β i białkiem αs1; ponadto zapobiega tworzeniu się wadliwych łuków lub pętli konstrukcyjnych.

W analizach biochemicznych powszechnie stosowanych do określenia dokładnej sekwencji aminokwasów tworzących białka prolina jest jednym z najtrudniejszych do wykrycia aminokwasów, ponieważ drugorzędowa grupa aminowa proliny zachowuje się inaczej i nie można jej łatwo wykryć. .

Szkorbut jest prawdopodobnie najbardziej znaną chorobą związaną z proliną. Ma to związek z niedoborem spożycia witaminy C, która bezpośrednio wpływa na hydroksylację proliny we włóknach kolagenowych, powodując osłabienie ogólnoustrojowe z powodu niestabilności włókien kolagenowych znajdujących się w całym organizmie.

cechy

Drugorzędowa grupa aminowa przyłączona do węgla α utrudnia klasyfikację proliny. Jednak w niektórych tekstach jest klasyfikowany razem z aminokwasami rozgałęzionymi lub z alifatycznymi łańcuchami bocznymi, ponieważ łańcuch boczny lub grupa R proliny jest hydrofobowa lub alifatyczna.

Jedną z najważniejszych cech proliny jest to, że w żadnym przypadku nie może ona tworzyć wiązań wodorowych, co czyni ją idealną do strukturyzowania złożonych i zawiłych zwojów trzeciorzędowych struktur białek.

Tak jak wszystkie aminokwasy mają dwie izoformy, które zależą od centralnego atomu węgla, prolina występuje w naturze jako L-prolina lub D-prolina. Jednak forma L-proliny występuje najczęściej w przyrodzie i jest częścią struktur białkowych.

W białkach, w których występuje, prolina często zajmuje miejsca blisko powierzchni lub miejsc fałdowania lub „skręcenia” łańcucha polipeptydowego, ponieważ sztywna i zamknięta struktura proliny utrudnia silne oddziaływanie z innymi aminokwasami. .

Struktura

Prolina ma szczególną strukturę pośród podstawowych aminokwasów, ponieważ ma drugorzędową grupę aminową (NH2), a nie pierwszorzędową grupę aminową, która jest charakterystyczna dla wszystkich aminokwasów.

Grupa R lub łańcuch boczny proliny jest pierścieniem pirolidynowym lub tetrahydropirolowym. Ta grupa jest utworzona przez heterocykliczną aminę (bez podwójnych wiązań) o pięciu atomach węgla, z których każdy jest nasycony atomami wodoru.

Proline ma tę właściwość, że „centralny” atom węgla jest zawarty w pierścieniu heterocyklicznym pirolidyny, więc jedynymi „wolnymi” lub „wystającymi” atomami są grupa karboksylowa (COOH) i atom wodoru (H ) pierścienia heterocyklicznego aminokwasu.

Wzór cząsteczkowy Proline to C5H9NO2, a jego nazwa IUPAC to kwas pirolidyno-2-karboksylowy. Ma przybliżoną masę cząsteczkową 115,13 g / mol, a jego częstość występowania w białkach wynosi około 7%.

cechy

Włókna kolagenowe i tropokolagenowe są białkami występującymi w największej ilości u większości kręgowców. Tworzą one skórę, ścięgna, macierz kości i wiele innych tkanek.

Włókna kolagenowe składają się z wielu powtarzających się potrójnych helis polipeptydowych, które z kolei składają się z wielu reszt proliny i glicyny w sekwencji glicyna-prolina-prolina / hydroksyprolina (ta ostatnia jest zmodyfikowaną pochodną proliny).

W swojej natywnej postaci prolina jest częścią prokolagenu, będącego prekursorem polipeptydów kolagenu i niektórych innych białek tkanki łącznej. Enzym hydroksylaza prokolagenu proliny jest odpowiedzialny za hydroksylację reszt proliny w celu wytworzenia hydroksyproliny, a tym samym doprowadzenie do dojrzewania prokolagenu do samego kolagenu.

Jaka jest główna funkcja proliny we włóknach kolagenowych?

Hydroksyprolina nadaje mu właściwości odporności na kolagen, ponieważ ta pochodna aminokwasu ma zdolność tworzenia dużej liczby wiązań wodorowych między łańcuchami potrójnej helisy, z których składa się białko.

Enzymy katalizujące hydroksylację reszt proliny wymagają obecności witaminy C (kwasu askorbinowego) i, jak wspomniano powyżej, szkorbut jest spowodowany osłabieniem włókien kolagenowych z powodu niepowodzenia hydroksylacji reszt proliny. , co powoduje zmniejszenie wiązań wodorowych utrzymujących włókna kolagenowe.

Inne funkcje

Prolina jest niezbędna do tworzenia fałdów i skrętów białek.

Jego zamknięta struktura sprawia, że ​​ten aminokwas jest trudny do „przystosowania się” do białek, a ponadto, ponieważ nie może tworzyć wiązań wodorowych, aby „oddziaływać” z innymi pobliskimi resztami, powoduje powstawanie „zwojów” lub „skrętów”. w całej strukturze białek, w których się znajduje.

Wszystkie krótko żyjące białka mają co najmniej jeden region z licznymi powtórzeniami proliny, glutaminianu, seryny i treoniny. Regiony te mają od 12 do 60 reszt i są nazywane sekwencjami PEST.

Białka zawierające sekwencję PEST są znakowane przez ubikwitynację w celu dalszej degradacji w proteasomach.

Biosynteza

Wiele aminokwasów można syntetyzować z produktów pośrednich glikolizy, szlaku pentozofosforanowego lub cyklu kwasu cytrynowego (cykl Krebsa). Prolina i arginina powstają w krótkich szlakach glutaminianowych.

Szlak biosyntezy, który jest praktycznie wspólny dla wszystkich żywych organizmów, zaczyna się od konwersji L-glutaminianu do γ-L-glutamylo-5-fosforanu dzięki działaniu enzymu kinazy glutaminianu-5 (u bakterii) lub przez γ-glutamyl -kinaza (u ludzi).

Ta reakcja obejmuje zależną od ATP fosforylację, w wyniku której oprócz głównego produktu generowana jest cząsteczka ADP.

Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę 5-semialdehydu glutaminianu (u bakterii) lub przez reduktazę fosforanu γ-glutamylu (u ludzi) przekształca γ-L-glutamylo-5-fosforan w L-glutaminian-5-semialdehyd i ta reakcja zasługuje na obecność kofaktora NADPH.

L-glutaminian-5-semialdehyd jest odwracalnie i samorzutnie odwadniany do (S) -1-1-pirolino-5-karboksylanu, który jest następnie przekształcany w L-prolinę przez enzym reduktazę pirolino-5-karboksylanową (u bakterii i ludzi ), w której reakcji potrzebna jest również cząsteczka NADPH lub NADH.

Degradacja

Prolina, arginina, glutamina i histydyna są stale rozkładane do α-ketoglutaranu, aby wejść w cykl kwasu cytrynowego lub cykl Krebsa. W szczególnym przypadku proliny jest ona najpierw utleniana przez enzym oksydazę proliny do pirolino-5-karboksylanu.

W pierwszym etapie, w którym zachodzi utlenianie proliny do pirolino-5-karboksylanu, odłączone protony są akceptowane przez E-FAD, redukując do E-FADH2; ten etap dotyczy wyłącznie aminokwasu proliny.

W wyniku spontanicznej reakcji pirolino-5-karboksylan przekształca się w γ-semialdehyd glutaminianu, który następnie służy jako substrat dla enzymu dehydrogenazy γ-semialdehydowej glutaminianu. Na tym etapie uwalniane są dwa protony, jeden z nich jest akceptowany przez NAD, który jest redukowany do NADH, a drugi jest wolny w postaci H +.

Arginina, podobnie jak prolina, jest przekształcana w glutaminian γ-semialdehydu, ale poprzez alternatywny szlak metaboliczny obejmujący dwa różne enzymy.

Enzym dehydrogenaza γ-semialdehydu glutaminianu przekształca γ-semialdehyd glutaminianu w L-glutaminian. Później ten L-glutaminian jest ponownie utleniany przez enzym dehydrogenazę glutaminianową, z którego ostatecznie powstaje α-ketoglutaran, który zostanie włączony do cyklu kwasu cytrynowego.

Na etapie utleniania glutaminianu uwalniany jest proton (H +) i grupa aminowa (NH3 +). Proton redukuje grupę NADP + i powstaje cząsteczka NADPH.

Pomimo wielu podobieństw, które istnieją między szlakami degradacji i biosyntezy proliny i argininy, te aminokwasy są syntetyzowane i degradowane na zupełnie przeciwnych szlakach z wykorzystaniem różnych enzymów, różnych kofaktorów i różnych przedziałów wewnątrzkomórkowych.

Pokarmy bogate w walinę

Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie pokarmy wysokobiałkowe zawierają duże ilości proliny. Należą do nich mięso, mleko, jajka i inne. Jednak gdy nasz organizm jest w optymalnym stanie zdrowia i odżywiania, jest zdolny do endogennej syntezy proliny.

Proline można również znaleźć w wielu roślinach strączkowych i orzechach, a także w produktach pełnoziarnistych, takich jak na przykład owies. Inne produkty bogate w prolinę to między innymi otręby pszenne, orzechy włoskie, migdały, groszek i fasola.

Niektóre sklepy ze zdrową żywnością często formułują tabletki zawierające kombinację aminokwasów L-lizyny i L-proliny, aby pomóc ludziom z problemami ze stawami lub spowolnić starzenie się tkanek.

Nie wykazano jednak z całą pewnością, że przyjmowanie suplementów diety zawierających te aminokwasy ma istotny wpływ na opóźnianie starości lub innych schorzeń typowych dla starszego wieku.

Korzyści z jego spożycia

Diety bogate w prolinę są zwykle przepisywane osobom z chorobami stawów, takimi jak artretyzm, skręcenia, zerwane więzadła, zwichnięcia, zapalenie ścięgien i inne, a wynika to z jej związku z syntezą włókien kolagenowych obecnych w tkanki łączne ciała.

Wiele płynów i tabletek farmakologicznych stosowanych w przemyśle estetycznym jest wzbogaconych o L-prolinę, gdyż niektóre badania wykazały, że aminokwas ten może w pewien sposób zwiększać syntezę kolagenu, a tym samym poprawiać teksturę skóry, przyspieszają gojenie się ran, skaleczeń, wrzodów i oparzeń.

W przemyśle spożywczym istnieją białka zawierające „bioaktywne peptydy”, które pełnią funkcje wykraczające poza ich właściwości odżywcze. Te peptydy na ogół mają od dwóch do dziewięciu reszt aminokwasowych, w tym prolinę, argininę i lizynę.

Wspomniane bioaktywne peptydy mogą mieć działanie przeciwnadciśnieniowe z pewnym efektem opioidowym; mogą działać jako immunomodulatory, stymulując odpowiedź immunologiczną przeciwko niektórym patogenom, a nawet mogą powodować wzrost aktywności naczyń, co poprawia krążenie tych, którzy je spożywają.

Zaburzenia niedoboru

Gluten to białko obecne w ziarnach pszenicy, które powoduje zapalenie jelit. Osoby cierpiące na „nietolerancję glutenu” są znane jako pacjenci z celiakią i wiadomo, że białko to jest bogate w prolinę i glutaminę, których proteolityczny rozkład jest trudny dla osób z tą chorobą.

Niektóre choroby mają związek z nieprawidłowym fałdowaniem ważnych białek i bardzo często te wady mają związek z izomeryzacją cis - trans wiązań amidowych w resztach proliny, ponieważ w przeciwieństwie do innych wiązań peptydowych, w których izomer trans jest bardzo uprzywilejowany, w prolinie jest niekorzystny.

W resztach proliny zaobserwowano, że istnieje znacząca tendencja do tworzenia najpierw izomeru cis niż izomeru trans w amidach sąsiadujących z resztami proliny, co może generować „nieprawidłową” konformację białek.

Zaburzenia metaboliczne

Podobnie jak w przypadku innych aminokwasów egzogennych i nieistotnych, główne zaburzenia patologiczne związane z proliną są zwykle związane z defektami na drogach asymilacji tego aminokwasu.

Na przykład hiperprolinemia jest typowym przypadkiem niedoboru jednego z enzymów biorących udział w szlaku degradacji proliny, a konkretnie dehydrogenazy 1-pirolino-5-karboksylanu, co prowadzi do akumulacji jej substratu, co ostatecznie dezaktywuje trasę.

Patologię tę zwykle rozpoznaje się na podstawie wysokiej zawartości proliny w osoczu krwi oraz obecności metabolitu 1-pirolino-5-karboksylanu w moczu chorych pacjentów.

Główne objawy tej choroby to zaburzenia neurologiczne, choroby nerek oraz utrata słuchu lub głuchota. Inne cięższe przypadki obejmują poważne upośledzenie umysłowe i wyraźne trudności psychomotoryczne.

Bibliografia

1. Abu-Baker, S. (2015). Przegląd biochemii: pojęcia i powiązania
2. Delauney, AJ i Verma, DPS (1993). Biosynteza i osmoregulacja proliny u roślin. The plant journal, 4 (2), 215-223.
3. List, B., Lerner, RA i Barbas, CF (2000). Katalizowane proliną bezpośrednie asymetryczne reakcje aldolowe. Journal of the American Chemical Society, 122 (10), 2395-2396
4. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
5. Plimmer, RHA (1912). Skład chemiczny białek (tom 1). Longmans, zielony.
6. Szabados, L., & Savouré, A. (2010). Proline: wielofunkcyjny aminokwas. Trends in plant science, 15 (2), 89-97.