Prolin - Proline

Pro další použití viz Prolin (disambiguation).
Nesmí být zaměňována s Prolene.
Prolin
Strukturní vzorec prolin
L-prolin-zwitterion-z-xtal-3D-koule-A.png
L-prolin-zwitterion-z-xtal-3D-vdW-A.png
Jména
Název IUPAC
Prolin
Systematický název IUPAC
Kyselina pyrrolidin-2-karboxylová[1]
Identifikátory
3D model (JSmol )
80812
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA100.009.264 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 210-189-3
26927
KEGG
PletivoProlin
Číslo RTECS
  • TW3584000
UNII
Vlastnosti
C5H9NÓ2
Molární hmotnost115.132 g · mol−1
VzhledPrůhledné krystaly
Bod tání 205 až 228 ° C (401 až 442 ° F; 478 až 501 K) (rozkládá se)
Rozpustnost1,5 g / 100 g ethanolu 19 ° C[2]
log P-0.06
Kyselost (strK.A)1,99 (karboxyl), 10,96 (amino)[3]
Nebezpečí
Bezpečnostní listVidět: datová stránka
S-věty (zastaralý)S22, S24 / 25
Stránka doplňkových dat
Index lomu (n),
Dielektrická konstanta (εr), atd.
Termodynamické
data
Fázové chování
pevná látka - kapalina - plyn
UV, IR, NMR, SLEČNA
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Prolin (symbol Pro nebo P)[4] je organická kyselina klasifikovaná jako a proteinogenní aminokyselina (používá se v biosyntéza proteinů ), i když neobsahuje aminoskupina -NH
2 ale je spíše sekundární amin. Sekundární aminový dusík je v protonovaném NH2+ tvoří za biologických podmínek, zatímco karboxyskupina je v deprotonovaný - COO− formulář. "Postranní řetězec" z α uhlík připojuje se k dusíku tvořícímu a pyrrolidin smyčka, která ji klasifikuje jako a alifatický aminokyselina. U lidí je neesenciální, což znamená, že si ho tělo může syntetizovat z neesenciální aminokyseliny L-glutamát. to je kódovaný všemi kodony počínaje CC (CCU, CCC, CCA a CCG).

Prolin je jediná proteinogenní aminokyselina, kterou je sekundární amin, v tom, že atom dusíku je připojen k a-uhlíku řetězcem tří dalších atomů uhlíku.

Historie a etymologie

Prolin byl poprvé izolován v roce 1900 Richard Willstätter který získal aminokyselinu při studiu N-methylprolinu. Rok poté Emil Fischer zveřejnil syntézu prolin z ftalimidpropylmalonového esteru.[5] Název prolin pochází z pyrrolidin, jedna z jejích složek.[6]

Biosyntéza

Prolin je biosynteticky odvozený od aminokyseliny L-glutamát. Glutamát-5-semialdehyd je nejprve tvořen glutamát 5-kináza (Závislé na ATP) a glutamát-5-semialdehyd dehydrogenáza (což vyžaduje NADH nebo NADPH). To pak může buď spontánně cyklizovat, aby se vytvořilo Kyselina 1-pyrrolin-5-karboxylová, který je redukován na prolin o pyrrolin-5-karboxylát reduktáza (pomocí NADH nebo NADPH), nebo se změnil na ornitin podle ornitinaminotransferáza, následovaná cyklizací pomocí ornithin cyklodeamináza tvořit prolin.[7]

Zwitterionické struktura obou prolinových enantiomerů: (S) -prolin (vlevo) a (R) -prolin

Biologická aktivita

L-Proline bylo zjištěno, že působí jako slabý agonista z glycinový receptor a obojí NMDA a non-NMDA (AMPA /kainate ) ionotropní glutamátové receptory.[8][9][10] Bylo navrženo, že jde o potenciál endogenní excitotoxin.[8][9][10] v rostliny, akumulace prolinů je běžnou fyziologickou odpovědí na různé stresy, ale je také součástí vývojového programu v generativní tkáně (např. pyl ).[11]

Vlastnosti v proteinové struktuře

Výrazná cyklická struktura postranního řetězce prolin dává prolin ve srovnání s jinými aminokyselinami výjimečnou konformační tuhost. Ovlivňuje také rychlost tvorby peptidové vazby mezi prolinem a jinými aminokyselinami. Když je prolin vázán jako amid v peptidové vazbě, jeho dusík není vázán na žádný vodík, což znamená, že nemůže působit jako vodíková vazba dárce, ale může být akceptorem vodíkové vazby.

Tvorba peptidové vazby s příchozí Pro-tRNAPro je podstatně pomalejší než u jiných tRNA, což je obecný rys N-alkylaminokyselin.[12] Tvorba peptidové vazby je také pomalá mezi příchozí tRNA a řetězcem končícím prolinem; s vytvářením prolin-prolinových vazeb nejpomalejší ze všech.[13]

Výjimečná konformační tuhost prolin ovlivňuje sekundární struktura proteinů blízko prolinového zbytku a může odpovídat za vyšší prevalenci prolinů v proteinech proteinu termofilní organismy. Sekundární struktura bílkovin lze popsat z hlediska vzepětí φ, ψ a ω proteinové páteře. Cyklická struktura postranního řetězce prolinku blokuje úhel φ přibližně na -65 °.[14]

Prolin působí jako strukturní disruptor uprostřed normálu sekundární struktura prvky jako alfa helixy a beta listy; prolin se však běžně vyskytuje jako první zbytek alfa šroubovice a také v okrajových pramenech beta listy. Prolin se také běžně vyskytuje v zatáčky (jiný druh sekundární struktury) a pomáhá při tvorbě beta zatáček. To může vysvětlovat zvláštní skutečnost, že prolin je obvykle vystaven působení rozpouštědel, přestože má zcela alifatický boční řetěz.

Více prolinů a / nebo hydroxyproliny v řadě lze vytvořit polyprolinová spirála, převládající sekundární struktura v kolagen. The hydroxylace prolin od prolylhydroxyláza (nebo jiné přísady substituentů přitahujících elektrony, jako je fluor ) zvyšuje konformační stabilitu kolagen výrazně.[15] Hydroxylace prolin je tedy kritickým biochemickým procesem pro udržení pojivová tkáň vyšších organismů. Těžká onemocnění, jako je kurděje může být výsledkem defektů v této hydroxylaci, např. mutací v enzymu prolylhydroxylázy nebo nedostatku nezbytných askorbát (vitamin C) kofaktor.

Cis-trans izomerizace

Peptidové vazby prolin a další N-substituované aminokyseliny (jako např sarkosin ), jsou schopni naplnit oba cis a trans izomery. Většina peptidových vazeb v drtivé většině přijímá trans isomer (obvykle 99,9% za nenapjatých podmínek), hlavně proto, že amid vodík (trans izomer) nabízí méně sterický odpor vůči předchozímu Cα atom než následující Cα atom (cis izomer). Naproti tomu cis a trans izomery peptidové vazby X-Pro (kde X představuje jakoukoli aminokyselinu) mají obě sterické střety se sousední substitucí a mají mnohem menší energetický rozdíl. Proto je podíl peptidových vazeb X-Pro v cis isomer za nenapjatých podmínek je výrazně zvýšen, s cis frakce typicky v rozmezí 3-10%.[16] Tyto hodnoty však závisí na předchozí aminokyselině, s Gly[17] a aromatické[18] zbytky poskytující zvýšené frakce cis izomer. Cis frakce do 40% byly identifikovány pro peptidové vazby Aromatic-Pro.[19]

Z kinetického hlediska cis-trans prolin izomerizace je velmi pomalý proces, který může bránit pokroku skládání bílkovin zachycením jednoho nebo více prolinových zbytků rozhodujících pro skládání v nepřirozeném izomeru, zvláště když nativní protein vyžaduje cis izomer. Je to proto, že prolinové zbytky jsou syntetizovány výlučně v ribozom jako trans izomerní forma. Všechny organismy mají prolylizomeráza enzymy katalyzovat tuto izomerizaci a některé bakterie mají specializované prolylizomerázy spojené s ribozomem. Avšak ne všechny proliny jsou pro skládání nezbytné a skládání proteinů může probíhat normální rychlostí, přestože mají nepůvodní konformery mnoha peptidových vazeb X-Pro.

Použití

Prolin a jeho deriváty se často používají jako asymetrické katalyzátory v prolinová organokatalýza reakce. The Snížení CBS a prolin katalyzován kondenzace aldolu jsou prominentní příklady.

Při vaření se proteiny bohaté na prolin kombinují s polyfenoly a vytvářejí zákal (zákal).[20]

L-Prolin je osmoprotektant a proto se používá v mnoha farmaceutických a biotechnologických aplikacích.

The růstové médium použito v rostlinná tkáňová kultura může být doplněn prolinem. To může zvýšit růst, možná proto, že pomáhá rostlině snášet stresy z tkáňové kultury.[21][je zapotřebí lepší zdroj ] Prolinovou roli v stresové reakci rostlin viz § Biologická aktivita.

Speciality

Prolin je jednou ze dvou aminokyselin, které nenasledují typické Ramachandran spiknutí, spolu s glycin. Vzhledem k tvorbě kruhu připojeného k beta uhlíku mají úhly ψ a φ kolem peptidové vazby méně přípustných stupňů rotace. Výsledkem je, že se často vyskytuje v „zatáčkách“ proteinů, protože jeho volná entropie (ΔS) není tak velká jako u jiných aminokyselin, a proto ve složené formě oproti rozložené formě je změna entropie menší. Prolin se navíc zřídka nachází ve strukturách α a β, protože by snižoval stabilitu takových struktur, protože jeho postranní řetězec α-N může tvořit pouze jednu dusíkovou vazbu.

Prolin je navíc jedinou aminokyselinou, která při vývoji postřikem netvoří červenofialové zbarvení ninhydrin pro použití v chromatografie. Prolin místo toho vytváří oranžovo-žlutou barvu.

Dějiny

Richard Willstätter syntetizovaný prolin reakcí sodné soli diethyl malonát s 1,3-dibrompropan v roce 1900. V roce 1901 Hermann Emil Fischer izolovaný prolin z kaseinu a produkty rozkladu γ-ftalimido-propylmalonového esteru.[22]

Syntéza

Racemický prolin může být syntetizován z diethyl malonát a akrylonitril:[23]

DL-Proline synth.png

Vývoj

Několik nezávislých evolučních studií využívajících různé typy dat naznačuje, že prolin patří do skupiny aminokyselin, které tvořily časný genetický kód.[24][25][26][27] Například, regiony s nízkou složitostí (v proteinech), které se mohou podobat časným proto-peptidům genetický kód jsou vysoce obohaceny prolinem.[27]

Viz také

Reference

  1. ^ Pubchem. "Proline". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Archivováno z původního dne 16. ledna 2014. Citováno 8. května 2018.
  2. ^ H.-D. Belitz; W. Grosch; P. Schieberle (15. 1. 2009). Chemie potravin. p. 15. ISBN  978-3-540-69933-0. Archivováno od původního dne 2016-05-15.
  3. ^ Nelson, D.L., Cox, M.M., Principles of Biochemistry. NY: W.H. Freeman a společnost.
  4. ^ „Nomenklatura a symbolika pro aminokyseliny a peptidy“. Smíšená komise IUPAC-IUB pro biochemickou nomenklaturu. 1983. Archivovány od originál dne 9. října 2008. Citováno 5. března 2018.
  5. ^ "Proline". Archivováno z původního dne 2015-11-27.
  6. ^ "prolin". American Heritage Dictionary of the English Language, 4. vydání. Archivováno od originálu 2015-09-15. Citováno 2015-12-06.
  7. ^ Lehninger, Albert L .; Nelson, David L .; Cox, Michael M. (2000). Principy biochemie (3. vyd.). New York: W. H. Freeman. ISBN  1-57259-153-6..
  8. ^ A b Factsbook pro iontové kanály: Extracelulární kanály s ligandem. Akademický tisk. 16. listopadu 1995. s. 126–. ISBN  978-0-08-053519-7. Archivováno z původního dne 26. dubna 2016.
  9. ^ A b Henzi V, Reichling DB, Helm SW, MacDermott AB (1992). „L-prolin aktivuje receptory glutamátu a glycinu v kultivovaných neuronech hřbetních rohů potkanů“. Mol. Pharmacol. 41 (4): 793–801. PMID  1349155.
  10. ^ A b Orhan E. Arslan (7. srpna 2014). Neuroanatomical Basis of Clinical Neurology, druhé vydání. CRC Press. 309–. ISBN  978-1-4398-4833-3. Archivováno z původního dne 14. května 2016.
  11. ^ Verbruggen N, Hermans C (2008). „Akumulace prolinů v rostlinách: recenze“ (PDF). Aminokyseliny. 35 (4): 753–759. doi:10.1007 / s00726-008-0061-6. PMID  18379856. S2CID  21788988.
  12. ^ Pavlov, Michael Y; Watts, Richard E; Tan, Zhongping; Cornish, Virginie W; Ehrenberg, Måns; Forster, Anthony C (2010), „Pomalá tvorba peptidové vazby prolinem a jinými N-alkylaminokyselinami v překladu“, PNAS, 106 (1): 50–54, doi:10.1073 / pnas.0809211106, PMC  2629218, PMID  19104062.
  13. ^ Buskirk, Allen R .; Green, Rachel (2013). „Jak se minulé polyproliny pozastavují“. Věda. 339 (6115): 38–39. Bibcode:2013Sci ... 339 ... 38B. doi:10.1126 / science.1233338. PMC  3955122. PMID  23288527.
  14. ^ Morris, Anne (1992). "Stereochemická kvalita souřadnic proteinové struktury". Proteiny: struktura, funkce a bioinformatika. 12 (4): 345–364. doi:10,1002 / prot. 340120407. PMID  1579569. S2CID  940786.
  15. ^ Szpak, Paul (2011). „Chemie a ultrastruktura rybích kostí: důsledky pro taphonomii a stabilní analýzu izotopů“. Journal of Archaeological Science. 38 (12): 3358–3372. doi:10.1016 / j.jas.2011.07.022. Archivováno od originálu dne 2012-01-18.
  16. ^ Alderson, T.R .; Lee, J.H .; Charlier, C .; Ying, J. & Bax, A. (2017). „Sklon k tvorbě cis-prolinů v rozložených proteinech“. ChemBioChem. 19 (1): 37–42. doi:10.1002 / cbic.201700548. PMC  5977977. PMID  29064600.
  17. ^ Sarkar, S.K .; Young, P.E .; Sullivan, C.E. a Torchia, D.A. (1984). „Detekce cis a trans X-Pro peptidových vazeb v proteinech pomocí 13C NMR: aplikace na kolagen“. Sborník Národní akademie věd USA. 81 (15): 4800–4803. Bibcode:1984PNAS ... 81.4800S. doi:10.1073 / pnas.81.15.4800. PMC  391578. PMID  6589627.
  18. ^ Thomas, K.M .; Naduthambi, D. & Zondlo, NJ (2006). „Elektronická kontrola amidového cis-trans izomerismu prostřednictvím interakce aromaticko-prolyl“. Journal of the American Chemical Society. 128 (7): 2216–2217. doi:10.1021 / ja057901y. PMID  16478167.
  19. ^ Gustafson, C.L .; Parsely, N.C .; Asimgil, H .; et al. (2017). „Pomalý konformační přepínač v transaktivační doméně BMAL1 moduluje cirkadiánní rytmy“. Molekulární buňka. 66 (4): 447–457.e7. doi:10.1016 / j.molcel.2017.04.011. PMC  5484534. PMID  28506462.
  20. ^ K.J. Siebert, „Haze and Foam“,„Archivovaná kopie“. Archivováno od originálu dne 2010-07-11. Citováno 2010-07-13.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz) Zpřístupněno 12. července 2010.
  21. ^ Pazuki, A; Asghari, J; Sohani, M; Pessarakli, M & Aflaki, F (2015). "Účinky některých organických zdrojů dusíku a antibiotik na růst kalusu kultivarů rýže Indica". Journal of Plant Nutrition. 38 (8): 1231–1240. doi:10.1080/01904167.2014.983118. S2CID  84495391.
  22. ^ R.H.A. Plimmer (1912) [1908], R.H.A. Plimmer & F.G. Hopkins (ed.), Chemické složení proteinů, Monografie o biochemii, Část I. Analýza (2. vydání), London: Longmans, Green and Co., s. 130, vyvoláno 20. září 2010
  23. ^ Vogel, Praktická organická chemie 5. vydání
  24. ^ Trifonov, E.N (prosinec 2000). "Konsenzuální časové pořadí aminokyselin a vývoj tripletového kódu". Gen. 261 (1): 139–151. doi:10.1016 / S0378-1119 (00) 00476-5.
  25. ^ Higgs, Paul G .; Pudritz, Ralph E. (červen 2009). „Termodynamický základ syntézy prebiotických aminokyselin a podstata prvního genetického kódu“. Astrobiologie. 9 (5): 483–490. doi:10.1089 / ast.2008.0280. ISSN  1531-1074.
  26. ^ Chaliotis, Anargyros; Vlastaridis, Panayotis; Mossialos, Dimitris; Ibba, Michael; Becker, Hubert D .; Stathopoulos, Constantinos; Amoutzias, Grigorios D. (2017-02-17). "Složitá evoluční historie aminoacyl-tRNA syntetáz". Výzkum nukleových kyselin. 45 (3): 1059–1068. doi:10.1093 / nar / gkw1182. ISSN  0305-1048. PMC  5388404. PMID  28180287.
  27. ^ A b Ntountoumi, Chrysa; Vlastaridis, Panayotis; Mossialos, Dimitris; Stathopoulos, Constantinos; Iliopoulos, Ioannis; Promponas, Vasilios; Oliver, Stephen G; Amoutzias, Grigoris D (04.11.2019). „Regiony s nízkou složitostí v proteinech prokaryot plní důležité funkční role a jsou vysoce konzervativní“. Výzkum nukleových kyselin. 47 (19): 9998–10009. doi:10.1093 / nar / gkz730. ISSN  0305-1048. PMC  6821194. PMID  31504783.

Další čtení

  • Balbach, J .; Schmid, F. X. (2000), „Prolin isomerization and itsatalysis in protein folding“, Pain, R. H. (ed.), Mechanismy skládání proteinů (2. vyd.), Oxford University Press, s. 212–49, ISBN  978-0-19-963788-1.
  • Podrobný vědecký přehled poruch metabolismu prolinů a hydroxyprolinu naleznete v kapitole 81 OMMBID Charles Scriver Beaudet, A.L., Valle, D., Sly, W.S., Vogelstein, B., Childs, B., Kinzler, K.W. (Přístup 2007). Online metabolické a molekulární základy dědičné nemoci. New York: McGraw-Hill. - Souhrny 255 kapitol, plný text na mnoha univerzitách. K dispozici je také Blog OMMBID.

externí odkazy