Фенилаланин

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фенилаланин
Phenylalanin - Phenylalanine.svg
Общие
Систематическое
наименование
2-амино-3-фенилпропановая кислота
Сокращения Фен, Phe, F
UUU, UUC
Хим. формула C₉H₁₁NO₂
Рац. формула C9H11NO2
Физические свойства
Молярная масса 165,19 г/моль
Плотность 1,29 г/см³
Термические свойства
Т. плав. 283 °C
Химические свойства
pKa 2,20
9,09
Классификация
Рег. номер CAS [63-91-2]
PubChem 994
Рег. номер EINECS 200-568-1
SMILES
ChemSpider 5910
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Фенилалани́н (α-амино-β-фенилпропионовая кислота, сокр.: Фен, Phe, F) — ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух оптически изомерных формах l и d и в виде рацемата (dl). По химическому строению соединение можно представить как аминокислоту аланин, в которой один из атомов водорода замещён фенильной группой.

l-Фенилаланин является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Участвуя в гидрофобных и стэкинг-взаимодействиях, фенилаланин играет значительную роль в фолдинге и стабилизации белковых структур, является составной частью функциональных центров.

Свойства[править | править вики-текст]

Фенилаланин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, разлагающееся при плавлении.

В вакууме при нагревании сублимирует. Ограниченно растворяется в воде, малорастворим в этаноле.

С азотной кислотой даёт ксантопротеиновую реакцию. При нагревании подвергается декарбоксилированию.

Биосинтез[править | править вики-текст]

В процессе биосинтеза фенилаланина промежуточными соединениями являются шикимат, хоризмат, префенат. Фенилаланин в природе синтезируется микроорганизмами, грибами и растениями. Более подробно биосинтез фенилаланина рассмотрен в статье шикиматный путь.

Для человека, как и для всех Metazoa, фенилаланин является незаменимой аминокислотой, потому должен поступать в организм в достаточном количестве с белками пищи.

Катаболизм[править | править вики-текст]

В природе известно несколько путей биодеградации фенилаланина. Основными промежуточными продуктами катаболизма фенилаланина и метаболически связанного с ним тирозина у различных организмов выступают фумарат, пируват, сукцинат, ацетоацетат, ацетальдегид и др. У животных и человека фенилаланин и тирозин распадаются до фумарата (превращается в оксалоацетат, являющийся субстратом глюконеогенеза) и ацетоацетата (повышает уровень кетоновых тел в крови), поэтому эти аминокислоты по характеру катаболизма у животных относят к глюко-кетогенным (смешанным) (см. классификацию аминокислот). Основным метаболическим превращением фенилаланина у животных и человека является ферментативное гидроксилирование этой аминокислоты с образованием другой ароматической аминокислоты — тирозина.

Гидроксилирование фенилаланина в тирозин

Превращение фенилаланина в тирозин в организме в большей степени необходимо для удаления избытка фенилаланина, а не для восстановления запасов тирозина, так как тирозин обычно в достаточном количестве поступает с белками пищи, и его дефицита, как правило, не возникает. Дальнейшим катаболическим превращениям подвергается именно тирозин.

Фенилаланин является предшественником циннамата — одного из основных предшественников фенилпропаноидов. Фенилаланин может метаболизироваться в один из биогенных аминов — фенилэтиламин.

При наследственном заболевании фенилкетонурии превращение фенилаланина в тирозин нарушено, и в организме происходит накопление фенилаланина и его метаболитов (фенилпируват, фениллактат, фенилацетат, орто-гидроксифенилацетат, фенилацетилглутамин), избыточное количество которых отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Аналоги[править | править вики-текст]

Известно, что некоторые соединения, структурно близкие (аналоги) протеиногенным аминокислотам, способны конкурировать с этими протеиногенными аминокислотами, и включаться вместо них в состав белков в процессе их биосинтеза (хотя, механизмы белкового синтеза способны дискриминировать аналоги в пользу канонических природных аминокислот).[1] Такие аналоги (антагонисты протеиногенных аминокислот), являясь антиметаболитами, в той или иной мере токсичны для клеток. Для фенилаланина хорошо известны следующие аналоги.

  • l-2,5-Дигидрофенилаланин ((S)-2-амино-3-(циклогекса-1,4-диенил)-пропановая кислота, pheH2, H2Phe, DHPA) — производится различными Actinobacteria (например, Streptomyces arenae) и Gammaproteobacteria (например, Photorhabdus luminescens) как токсин, способствующий выживанию в межвидовой конкурентной борьбе, то есть играет роль антибиотика. l-2,5-Дигидрофенилаланин, как и фенилаланин, в природе синтезируется из префената, то есть шикиматным путём.[2] В экспериментах с ауксотрофным по фенилаланину штаммом Escherichia coli ATCC 9723f удавалось добиться замещения в белках 65 % фенилаланина на 2,5-дигидрофенилаланин, без потери жизнеспособности, хотя скорость роста существенно снижалась пропорционально проценту замещения остатков фенилаланина.[3] В клеточных белках саркомы 180 возможно замещение 33 % остатков фенилаланина, что также не летально для клеток.[3] Показано, что l-2,5-дигидрофенилаланин способен индуцировать катепсин-зависимый апоптоз промиелоцитарных лейкозных клеток человека (HL-60).[4]
  • Фторфенилаланинысинтетические аналоги, в которых определённые атомы водорода (обычно один из атомов водорода фенильной группы) замещён атомом фтора. Атом фтора стерически близок атому водорода (имеет чуть больший радиус Ван-дер-Ваальса (1,35 Å против 1,20 Å), хотя в других отношениях эти атомы различаются значительно — отличаясь высокой электроотрицательностью (4,0 против 2,1), фтор придаёт молекуле бо́льшую полярность, гидрофильность и создаёт так называемый фторофильный эффект), поэтому для определённых ауксотрофных по фенилаланину микроорганизмов возможна даже полная замена практически всего фенилаланина на его фторзамещённые аналоги, причём ущерб от такой замены может быть совместим с основными жизненными функциями клетки (рост, деление сильно угнетаются, замедляются, однако полностью не прекращаются).[5] [1] Фторфенилаланины являются одними из самых широко используемых аналогов природных соединений в биохимических и физиологических исследованиях.[1] Из фторфенилаланинов наиболее хорошо известен и наиболее популярен в исследованиях пара-фторфенилаланин (4-фторфенилаланин, 4fF, pFF, PFPA). Включение в белки п-фторфенилаланина вместо фенилаланина может положительно либо отрицательно сказываться на таких их свойствах, как активность, стабильность и термостойкость.[6] Как правило, п-фторфенилаланин оказывает сильное ингибирующее влияние на темпы роста «отравленных» им микроорганизмов (в его присутствии лаг-фаза длится дольше, а экспоненциальный рост сменяется линейным), а не его степень (урожайность клеточных культур при добавлении аналога может даже возрастать).[1] Часто процессы деления подавляются сильнее, чем рост — в этом случае размер клеток с каждым делением возрастает вплоть до возникновения гигантских клеток (в случае дрожжей) или аномально удлинённых палочек (в случае бактерий).[1] Включаясь в структуру флагеллинов, п-фторфенилаланин нарушает структуру и функционирование бактериальных (Salmonella typhimurium) жгутиков (формируются функционально неполноценные «завитые» правозакрученные жгутики вместо нормальных левозакрученных).[7] В результате мутаций бактерии могут быстро развивать устойчивость к фторфенилаланинам, поэтому фторфенилаланины не могут быть эффективными противобактериальными средствами.[1]
  • Пиридилаланины — 2-азафенилаланин (2aF), 3-азафенилаланин (3aF), 4-азафенилаланин (4aF) — синтетические аналоги, структурное отличие от фенилаланина заключается в «замене» одной из CH-групп бензольного остатка на атом азота (пиридиновое ядро вместо бензольного).
  • Прочие аналоги фенилаланина: β-фенилсерин, β-2-тиенилаланин, β-3-тиенилаланин, β-2-фурилаланин, β-3-фурилаланин, β-(1-циклопентен)-аланин.[8]
  • Кроме вышеупомянутых аналогов известны и другие (например, α-азафенилаланин, конформационно-фиксированные аналоги, такие как 1,2,3,4-тетрагидроизохинолин-3-карбоновая кислота [9]), которые фигурируют в различных исследованиях, в том числе и по поиску новых лекарств (биологически активные псевдопептиды и другие).

Производство и применение[править | править вики-текст]

Фенилаланин в промышленных масштабах получают микробиологическим способом.[10] Возможен также химический синтез (синтез Эрленмейера из бензальдегида, синтез Штрекера из фенилацетальдегида) с последующим разделением рацемической смеси при помощи ферментов.[11] Используют фенилаланин для сбалансирования кормов для животных, как компонент спортивного питания, как пищевая добавка. Значительная часть фенилаланина идёт на производство дипептида аспартама — синтетического сахарозаменителя, активно использующегося в пищевой промышленности, чаще в производстве жевательной резинки и газированных напитков. Употребление таких продуктов противопоказано лицам, страдающим фенилкетонурией.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 5 6 Robert E. Marquis Fluoroamino Acids and Microorganisms (англ.) // Handbuch der experimentellen Pharmakologie : Научный журнал. — 1970. — Т. 20. — № 2. — С. 166—192. — DOI:10.1007/978-3-642-99973-4_5
  2. Jason M. Crawford, Sarah A. Mahlstedt, Steven J. Malcolmson, Jon Clardy, Christopher T. Walsh Dihydrophenylalanine: A Prephenate-Derived Photorhabdus luminescens Antibiotic and Intermediate in Dihydrostilbene Biosynthesis (англ.) // Chemistry & Biology : Научный журнал. — 2011. — Т. 18. — № 9. — С. 1102—1112. — DOI:10.1016/j.chembiol.2011.07.009 — PMID 21944749.
  3. 1 2 Martin J. Pine Incorporation of l-2,5-Dihydrophenylalanine into Cell Proteins of Escherichia coli and Sarcoma 180 (англ.) // Antimicrobial Agents and Chemotherapy : Научный журнал. — 1975. — Т. 7. — № 5. — С. 601—605. — PMID 1096808.
  4. Kiso T., Usuki Y., Ping X., Fujita K., Taniguchi M. l-2,5-Dihydrophenylalanine, an inducer of cathepsin-dependent apoptosis in human promyelocytic leukemia cells (HL-60) (англ.) // The Journal of Antibiotics (Tokyo) : Научный журнал. — 2001. — Т. 54. — № 10. — С. 810—817. — DOI:10.7164/antibiotics.54.810 — PMID 11776436.
  5. Munier R. L. Substitution totale de la phénylalanine par l’o- ou la m-fluorophénylalanine dans les protéines d’Escherichia coli (фр.) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences : Научный журнал. — 1959. — Т. 248. — № 12. — С. 1870—1873. — PMID 13639380.
  6. Peter James Baker and Jin Kim Montclare Enhanced Refoldability and Thermoactivity of Fluorinated Phosphotriesterase (англ.) // ChemBioChem : Научный журнал. — 2011. — Т. 12. — № 12. — С. 1845—1848. — DOI:10.1002/cbic.201100221 — PMID 21710682.
  7. Iino T. Genetics and chemistry of bacterial flagella (англ.) // Bacteriological Reviews : Научный журнал. — 1969. — Т. 33. — № 4. — С. 454—475. — PMID 4906131.
  8. M. H. Richmond The effect of amino acid analogues on growth and protein synthesis in microorganisms (англ.) // Bacteriological Reviews : Научный журнал. — 1962. — Т. 26. — № 4. — С. 398—420. — PMID 13982167.
  9. Yingjie Zhang, Hao Fang, Wenfang Xu Applications and Modifications of 1,2,3,4-Tetrahydroisoquinoline-3-Carboxylic Acid (Tic) in Peptides and Peptidomimetics Design and Discovery (англ.) // Current Protein & Peptide Science : Научный журнал. — 2010. — Т. 11. — № 8. — С. 752—758. — DOI:10.2174/138920310794557691 — PMID 21235510.
  10. Johannes Bongaerts, Marco Krämer, Ulrike Müller, Leon Raeven, Marcel Wubbolts Metabolic Engineering for Microbial Production of Aromatic Amino Acids and Derived Compounds (англ.) // Metabolic Engineering : Научный журнал. — 2001. — Т. 3. — № 4. — С. 289—300. — DOI:10.1006/mben.2001.0196 — PMID 11676565.
  11. K. Arvid J. Wretlind Resolution of racemic phenylalanine (англ.) // Journal of Biological Chemistry : Научный журнал. — 1950. — Т. 186. — № 1. — С. 221—224. — PMID 14778824.

Литература[править | править вики-текст]

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Зефиров Н. С. и др.. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5 (Три-Ятр). — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9.