Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Пролин (значения) .
Не путать с проленом .
Пролин
Структурная формула пролина
Proline-from-xtal-3D-bs-17-view-B.png
Proline-from-xtal-3D-sf-view-B.png
Имена
Название ИЮПАК
Пролин
Систематическое название ИЮПАК
Пирролидин-2-карбоновая кислота [1]
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
80812
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard100.009.264 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 210-189-3
26927
КЕГГ
MeSHПролин
Номер RTECS
  • TW3584000
UNII
CompTox Dashboard ( EPA )
  • DTXSID9041104
Характеристики
Химическая формула
C 5 H 9 N O 2
Молярная масса115,132  г · моль -1
ВнешностьПрозрачные кристаллы
Температура плавления От 205 до 228 ° C (от 401 до 442 ° F, от 478 до 501 K) (разлагается)
Растворимость1,5 г / 100 г этанола при температуре 19 ° C [2]
журнал P-0,06
Кислотность (p K a )1,99 (карбоксил), 10,96 (амино) [3]
Опасности
Паспорт безопасностиСм .: страницу данных
S-фразы (устарели)S22 , S24 / 25
Страница дополнительных данных
Структура и свойства
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
Спектральные данные
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Пролин (символ Pro или P ) [4] - это органическая кислота, классифицируемая как протеиногенная аминокислота (используемая в биосинтезе белков ), хотя она не содержит аминогруппу -NH
2а скорее вторичный амин . Азот вторичного амина находится в протонированной форме NH 2 + в биологических условиях, тогда как карбоксильная группа находится в депротонированной форме -COO - . «Боковая цепь» α-углерода соединяется с азотом, образуя пирролидиновую петлю, классифицируя ее как алифатическую аминокислоту . Он не является незаменимым для человека, то есть организм может синтезировать его из незаменимой аминокислоты L - глутамата . Он 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 цепи из трех атомов углерода, образующей петлю.

История и этимология [ править ]

Пролин был впервые выделен в 1900 году Ричардом 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 фталимидного пропилмалонового эфира. [6]

Название пролин происходит от пирролидина , одного из его компонентов. [7]

Биосинтез [ править ]

Пролин биосинтетически производится из аминокислоты L - глутамата . Глутамат-5-полуальдегид сначала образуется глутамат-5-киназой (АТФ-зависимой) и глутамат-5-полуальдегиддегидрогеназой (которая требует НАДН или НАДФН). Затем он может либо спонтанно циклизоваться с образованием 1-пирролин-5-карбоновой кислоты , которая восстанавливается до пролина пирролин-5-карбоксилатредуктазой (с использованием NADH или NADPH), либо превращается в орнитин под действием орнитин аминотрансферазы с последующей циклизацией орнитинциклодезаминазой. с образованием пролина. [8]

Цвиттерионная структура обоих энантиомеров пролина: ( S ) -пролин (слева) и ( R ) -пролин

Биологическая активность [ править ]

L пролин было установлено, действует как слабый агонист от рецептора глицина и как NMDA и не-NMDA ( АМРА / каинат ) ионотропных глутаматных рецепторов . [9] [10] [11] Предполагается, что это потенциальный эндогенный эксайтотоксин . [9] [10] [11] У растений накопление пролина является обычной физиологической реакцией на различные стрессы, но также является частью программы развития генеративных тканей (например, пыльцы ). [12]

Свойства в структуре белка [ править ]

Отличительная циклическая структура боковой цепи пролина придает пролину исключительную конформационную жесткость по сравнению с другими аминокислотами. Это также влияет на скорость образования пептидной связи между пролином и другими аминокислотами. Когда пролин связан как амид в пептидной связи, его азот не связан с водородом, что означает, что он не может действовать как донор водородной связи , но может быть акцептором водородной связи.

Образование пептидной связи с входящей про-тРНК Pro происходит значительно медленнее, чем с любыми другими тРНК, что является общей особенностью N-алкиламинокислот. [13] Образование пептидных связей между входящей тРНК и цепью, оканчивающейся на пролине, также происходит медленно; медленнее всего с образованием пролин-пролиновых связей. [14]

Исключительная конформационная жесткость пролина влияет на вторичную структуру белков около остатка пролина и может объяснять более высокую распространенность пролина в белках термофильных организмов. Вторичную структуру белка можно описать с помощью двугранных углов φ, ψ и ω остова белка. Циклическая структура боковой цепи пролина фиксирует угол φ примерно на -65 °. [15]

Пролин действует как структурный разрушитель в середине регулярных элементов вторичной структуры, таких как альфа-спирали и бета-листы ; однако пролин обычно обнаруживается в качестве первого остатка альфа-спирали, а также в краевых цепях бета-листов . Пролин также часто встречается в чередованиях (другой вид вторичной структуры) и помогает в образовании бета-поворотов. Это может объяснить любопытный факт, что пролин обычно подвергается воздействию растворителя, несмотря на то, что он имеет полностью алифатическую боковую цепь.

Несколько пролины и / или hydroxyprolines в строке могут создать полипролина спираль , преобладающую вторичную структуру в коллагене . Гидроксилирование пролина с помощью пролилгидроксилазы (или других добавок электроноакцепторных заместителей , таких как фтор ) увеличивает конформационную стабильность коллагена значительно. [16] Следовательно, гидроксилирование пролина является критическим биохимическим процессом для поддержания соединительной ткани высших организмов. Тяжелые заболевания, например цингаможет быть результатом дефектов в этом гидроксилировании, например мутаций фермента пролилгидроксилазы или отсутствия необходимого кофактора аскорбата (витамина С) .

Цис-транс-изомеризация [ править ]

Пептидные связи с пролином и другими N- замещенными аминокислотами (такими как саркозин ) способны заселять 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) предлагает меньшее стерическое отталкивание предшествующему атому C α, чем следующий атом C α ( цис- изомер). Напротив, цис- и транс-изомеры пептидной связи X-Pro (где X представляет собой любую аминокислоту) испытывают стерические конфликты с соседним замещением и имеют гораздо меньшую разницу в энергии. Следовательно, доля пептидных связей X-Pro в цис- изомере в ненапряженных условиях значительно повышена, причем доли цис обычно находятся в диапазоне 3-10%. [17] Однако эти значения зависят от предыдущей аминокислоты, при этом остатки Gly [18] и ароматические [19] приводят к увеличению доли цис- изомера. Цис- фракции до 40% были идентифицированы для пептидных связей Aromatic-Pro. [20]

С кинетической точки зрения, цис - транс пролин изомеризацией является очень медленным процессом , который может препятствовать прогрессу сворачивания белка путем захвата одного или несколько пролина решающего значения для складывания в неродном изомере, особенно когда нативный белок требует цис - изомер. Это связано с тем, что остатки пролина синтезируются исключительно в рибосоме в форме транс- изомера. Все организмы обладают ферментами пролилизомеразы, которые катализируют эту изомеризацию, а некоторые бактерииимеют специализированные пролилизомеразы, 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 [ редактировать ]

Пролин и его производные часто используются в качестве асимметричных катализаторов в реакциях органокатализа пролина . Сокращение КОС и пролин , катализируемое альдольная конденсация являются яркими примерами.

При пивоварении белки, богатые пролином, соединяются с полифенолами, вызывая помутнение (помутнение). [21]

L -Proline является осмозащитным средством и поэтому используется во многих фармацевтических и биотехнологических целях.

Среда для выращивания, используемая в культуре тканей растений, может быть дополнена пролином. Это может увеличить рост, возможно, потому, что помогает растениям переносить стрессы, связанные с культурой тканей. [22] [ необходим лучший источник ] Информацию о роли пролина в стрессовой реакции растений см. В § Биологическая активность .

Специальности [ править ]

Пролин является одной из двух аминокислот, которые не соответствуют 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 (ΔS) 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, так как он снижает стабильность таких структур, поскольку α-N его боковой цепи может образовывать только одну азотную связь.

Кроме того, пролин - единственная аминокислота, которая не окрашивается в красный / пурпурный цвет при проявлении путем распыления нингидрина для использования в хроматографии . Пролин, напротив, дает оранжево-желтый цвет.

Синтез [ править ]

Рацемический пролин можно синтезировать из диэтилмалоната и акрилонитрила : [23]

Эволюция [ править ]

Несколько независимых эволюционных исследований с использованием различных типов данных показали, что пролин принадлежит к группе аминокислот, составляющих ранний генетический код. [24] [25] [26] [27] Например, участки низкой сложности (в белках), которые могут напоминать протопептиды раннего генетического кода , сильно обогащены пролином. [27]

См. Также [ править ]

  • Гиперпролинемия
  • Врожденная ошибка обмена веществ
  • Дефицит пролидазы
  • Пролинол

Ссылки [ править ]

  1. ^ Pubchem. «Пролайн» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Архивировано 16 января 2014 года . Проверено 8 мая 2018 .
  2. ^ Х.-Д. Белиц; В. Грош; П. Шиберле (15 января 2009 г.). Пищевая химия . п. 15. ISBN 978-3-540-69933-0. Архивировано 15 мая 2016 года.
  3. ^ Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М., Принципы биохимии. Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  4. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов» . Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 .
  5. ^ RHA Plimmer (1912) [1908], RHA Plimmer & FG Hopkins (ed.), Химический состав белков , Монографии по биохимии, Часть I. Анализ (2-е изд.), Лондон: Longmans, Green and Co., п. 130 , получено 20 сентября 2010 г.
  6. ^ "Пролайн" . Архивировано 27 ноября 2015 года.
  7. ^ "пролин" . Словарь английского языка американского наследия, 4-е издание . Архивировано 15 сентября 2015 года . Проверено 6 декабря 2015 .
  8. ^ Lehninger, Альберт L .; Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2000). Принципы биохимии (3-е изд.). Нью-Йорк: У. Х. Фриман. ISBN 1-57259-153-6..
  9. ^ a b Справочник по ионным каналам: внеклеточные лиганд-управляемые каналы . Академическая пресса. 16 ноября 1995. С. 126–. ISBN 978-0-08-053519-7. Архивировано 26 апреля 2016 года.
  10. ^ а б Хенци В., Райхлинг ДБ, Хелм СВ, МакДермотт AB (1992). «L-пролин активирует рецепторы глутамата и глицина в культивируемых нейронах дорсального рога крысы» . Мол. Pharmacol . 41 (4): 793–801. PMID 1349155 . 
  11. ^ Б Орхан Е. Арслан (7 августа 2014). Нейроанатомические основы клинической неврологии, второе издание . CRC Press. С. 309–. ISBN 978-1-4398-4833-3. Архивировано 14 мая 2016 года.
  12. ^ Verbruggen N, Германс C (2008). «Накопление пролина в растениях: обзор» (PDF) . Аминокислоты . 35 (4): 753–759. DOI : 10.1007 / s00726-008-0061-6 . PMID 18379856 . S2CID 21788988 .   
  13. ^ Павлов, Михаил Y; Уоттс, Ричард Э; Тан, Чжунпин; Корниш, штат Вирджиния (W); Эренберг, Монс; Форстер, Энтони С. (2010), «Медленное образование пептидной связи пролином и другими N-алкиламинокислотами при трансляции», PNAS , 106 (1): 50–54, DOI : 10.1073 / pnas.0809211106 , PMC 2629218 , PMID 19104062  .
  14. ^ Бускерк, Аллен Р .; Грин, Рэйчел (2013). «Преодоление полипролиновых пауз» . Наука . 339 (6115): 38–39. Bibcode : 2013Sci ... 339 ... 38B . DOI : 10.1126 / science.1233338 . PMC 3955122 . PMID 23288527 .  
  15. ^ Моррис, Энн (1992). «Стереохимическое качество координат структуры белка». Белки: структура, функции и биоинформатика . 12 (4): 345–364. DOI : 10.1002 / prot.340120407 . PMID 1579569 . S2CID 940786 .  
  16. ^ Шпак, Paul (2011). «Химия и ультраструктура костей рыб: значение для тафономии и анализа стабильных изотопов» . Журнал археологической науки . 38 (12): 3358–3372. DOI : 10.1016 / j.jas.2011.07.022 . Архивировано 18 января 2012 года.
  17. ^ Олдерсон, TR; Ли, JH; Charlier, C .; Ин, Дж. И Бакс, А. (2017). «Склонность к образованию цис-пролина в развернутых белках» . ChemBioChem . 19 (1): 37–42. DOI : 10.1002 / cbic.201700548 . PMC 5977977 . PMID 29064600 .  
  18. ^ Саркар, СК; Янг, ЧП; Салливан, CE и Торчиа, Д.А. (1984). «Обнаружение цис- и транс-пептидных связей X-Pro в белках с помощью 13C ЯМР: приложение к коллагену» . Труды Национальной академии наук США . 81 (15): 4800–4803. Bibcode : 1984PNAS ... 81.4800S . DOI : 10.1073 / pnas.81.15.4800 . PMC 391578 . PMID 6589627 .  
  19. ^ Томас, KM; Надутхамби, Д. и Зондло, Нью-Джерси (2006). «Электронный контроль амида цис-транс-изомерии через взаимодействие ароматических пролилов». Журнал Американского химического общества . 128 (7): 2216–2217. DOI : 10.1021 / ja057901y . PMID 16478167 . 
  20. ^ Густафсон, CL; Парсели, Северная Каролина; Asimgil, H .; и другие. (2017). «Медленный конформационный переключатель в домене трансактивации BMAL1 модулирует циркадные ритмы» . Молекулярная клетка . 66 (4): 447–457.e7. DOI : 10.1016 / j.molcel.2017.04.011 . PMC 5484534 . PMID 28506462 .  
  21. ^ KJ Siebert, «Дымка и пена», «Архивная копия» . Архивировано 11 июля 2010 года . Проверено 13 июля 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Доступ 12 июля 2010 г.
  22. ^ Пазуки, А; Асгари, Дж; Сохани, М; Пессаракли, М и Афлаки, Ф (2015). «Влияние некоторых источников органического азота и антибиотиков на рост каллуса сортов риса Indica». Журнал питания растений . 38 (8): 1231–1240. DOI : 10.1080 / 01904167.2014.983118 . S2CID 84495391 . 
  23. ^ Фогель, Практическая органическая химия, 5-е издание
  24. ^ Трифонов, EN (декабрь 2000). «Согласованный временной порядок аминокислот и эволюция триплетного кода» . Джин . 261 (1): 139–151. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (00) 00476-5 . PMID 11164045 . 
  25. ^ Хиггс, Пол G .; Пудриц, Ральф Э. (июнь 2009 г.). «Термодинамическая основа для синтеза пребиотических аминокислот и природа первого генетического кода» . Астробиология . 9 (5): 483–490. arXiv : 0904.0402 . Bibcode : 2009AsBio ... 9..483H . DOI : 10.1089 / ast.2008.0280 . ISSN 1531-1074 . PMID 19566427 . S2CID 9039622 .   
  26. ^ Chaliotis, Anargyros; Властаридис, Панайотис; Мосиалос, Димитрис; Ибба, Майкл; Becker, Hubert D .; Статопулос, Константинос; Амуциас, Григориос Д. (17 февраля 2017 г.). «Сложная эволюционная история аминоацил-тРНК синтетаз» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (3): 1059–1068. DOI : 10.1093 / NAR / gkw1182 . ISSN 0305-1048 . PMC 5388404 . PMID 28180287 .   
  27. ^ а б Нтунтуми, Криса; Властаридис, Панайотис; Мосиалос, 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. DOI : 10.1093 / NAR / gkz730 . ISSN 0305-1048 . PMC 6821194 . PMID 31504783 .   

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Balbach, J .; Schmid, FX (2000), «Изомеризация пролина и ее катализ в сворачивании белков», в Pain, RH (ed.), Mechanisms of Protein Folding (2-е изд.), Oxford University Press, стр. 212–49, ISBN 978-0-19-963788-1.
  • Подробный научный обзор нарушений метаболизма пролина и гидроксипролина можно найти в главе 81 OMMBID Charles Scriver , Beaudet, AL, Valle, D., Sly, WS, Vogelstein, B., Childs, B., Kinzler, KW ( По состоянию на 2007 г.). Интернет-метаболические и молекулярные основы наследственных заболеваний . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. - Резюме 255 глав, полный текст по многим университетам. Также есть блог OMMBID .

Внешние ссылки [ править ]

  • Пролин МС Спектр
  • Биосинтез пролина
  • Биосинтез пролина