Кіріспе
Ақуыздардың биосинтезінде қолданылатын α аминқышқылы – Аланин (символы Ala немесе A), немесе α-аланин. Оның құрамында амин тобы және карбоксил қышқылы тобы бар, екеуі де метил тобы бар тізбекке жалғанған орталық көміртек атомына бекітілген. Сондықтан ол полярлы емес, алифалық α аминқышқылы ретінде жіктеледі. Биологиялық жағдайда, ол звиттериондық түрінде болады, онда амин тобы протонталған (–NH3+ ретінде) және карбоксил тобы депротонталған (–CO2– ретінде). Адам организмі үшін қажет емес, себебі ол метаболизм арқылы синтезделеді және диетада болуы міндетті емес. Ол GC-мен басталатын барлық кодондармен (GCU, GCC, GCA және GCG) кодталады. Аланиннің L изомері (сол жақты) ақуыздар құрамына енетін түрі болып табылады. L-аланин 1150 ақуыздан тұратын үлгідегі бастапқы құрылымның 7,8%-ын құрайды, яғни кездесу жиілігі бойынша L-лейцинден кейін екінші орында тұрады. Оң жақты формасы – D-аланин, кейбір бактериялық жасуша қабырғаларындағы пептидтерде (пептидогликанда) және кейбір пептидтік антибиотиктерде кездеседі, сондай-ақ көптеген шаяндар мен моллюскалардың тіндерінде осмолит ретінде табылады.
Alanine (symbol Ala or A), or α alanine, is an α amino acid that is used in the biosynthesis of proteins. It contains an amine group and a carboxylic acid group, both attached to the central carbon atom which also carries a methyl group side chain. Consequently it is classified as a nonpolar, aliphatic α amino acid. Under biological conditions, it exists in its zwitterionic form with its amine group protonated (as −NH3+) and its carboxyl group deprotonated (as −CO2−). It is non essential to humans as it can be synthesized metabolically and does not need to be present in the diet. It is encoded by all codons starting with GC (GCU, GCC, GCA, and GCG). The L isomer of alanine (left handed) is the one that is incorporated into proteins. L alanine is second only to L leucine in rate of occurrence, accounting for 7.8% of the primary structure in a sample of 1,150 proteins. The right handed form, D alanine, occurs in peptides in some bacterial cell walls (in peptidoglycan) and in some peptide antibiotics, and occurs in the tissues of many crustaceans and molluscs as an osmolyte.
Тарих және этимология
Аланин алғаш рет 1850 жылы Адольф Стрекер ацетальдегид пен аммиакты сутегі цианидімен қосып синтезделген. Бұл аминқышқыл неміс тілінде альдегидке сілтеме жасайтын «Аланин» деп аталған, «-ан» қосымшасы айтуға қолайлы болу үшін, ал «-ин» неміс тіліндегі химиялық қосылыстардың атын білдіретін жұрнақ, ағылшын тіліндегі «-ine» жұрнағымен үйлеседі.
Құрылымы
Аланин – алифалық аминқышқылы, себебі α көміртек атомына қосылған тізбек метил тобы (CH3) болып табылады. Аланин – глициннен кейінгі ең қарапайым α аминқышқылы. Аланиннің метилдік тізбегі реакцияға түспейді, сондықтан ол белоктың функциясына тікелей қатыспайды. Аланин – адам организмі өндіре алатын, яғни қоректік заттар арқылы алудың қажеті жоқ маңызды емес аминқышқылы. Аланин көптеген тағамдарда кездеседі, бірақ оның концентрациясы ең жоғары етте.
Биосинтез
Аланин пируваттан және валин, лейцин және изолейцин сияқты тармақталған тізбекті аминқышқылдарынан синтезделуі мүмкін. Аланин пируваттың екі сатылы процесте қайтару аминациясы арқылы өндіріледі. Бірінші сатыда α-кетоглутарат, аммиак және NADH глютамат дегидрогеназа ферменті арқылы глютаматқа, NAD+ және суға айналады. Екінші сатыда, жаңадан түзілген глютаматтың аминотобы аминотрансфераза ферментімен пируватқа беріледі, α-кетоглутаратты қайта жаңартады және пируватты аланинге айналдырады. Соның нәтижесінде пируват пен аммиак аланинге айналады, бір редукциялық эквивалентті пайдаланады.
Деградация
Аланин окисендіруші деаминация арқылы ыдырайды, бұл жоғарыда сипатталған редуктивті аминация реакциясының кері реакциясы, оны сол ферменттер катализдейді. Процестің бағыты көбінесе реакцияға қатысқан субстраттар мен өнімдердің салыстырмалы концентрациясымен анықталады. Осы фактіге сүйене отырып, "Аланин әлемі" гипотезасы ұсынылды. Бұл гипотеза генетикалық код репертуарындағы аминқышқылдардың эволюциялық таңдалуын химиялық тұрғыдан түсіндіреді. Бұл модельде рибосомалық ақуыз синтезі үшін мономерлерді (яғни аминқышқылдарын) таңдау α спираль немесе β қабат екінші құрылымдық элементтерді құруға жарамды аланин туындыларымен шектеледі. Өмірдегі басым екінші құрылымдар α-спиральдар мен β-қабаттар болып табылады және көптеген каноникалық аминқышқылдар аланиннің химиялық туындылары ретінде қарастырылуы мүмкін. Сондықтан, ақуыздағы көптеген каноникалық аминқышқылдар нүктелік мутациялар арқылы Аламен алмастырылуы мүмкін, ал екінші құрылым өзгеріссіз қалады. Ала кодталған көптеген аминқышқылдардың екінші құрылымдық қалауларын имитациялайтындығы аланин сканерлеу мутагенезінде практикалық тұрғыда пайдаланылады. Сонымен қатар, классикалық рентген кристаллографиясы көбінесе молекулалық алмастыру (модельге негізделген фазалық әдіс) арқылы белоктардың үш өлшемді құрылымын анықтау үшін полиаланин тіректік моделін қолданады.
Глюкоза-аланин циклы
Сүтқоректілерде аланин тіндер мен бауыр арасындағы глюкоза-аланин циклінде маңызды рөл атқарады. Аминқышқылдарын отынға айналдыратын бұлшықеттер мен басқа тіндерде амин топтары трансаминация арқылы глутамат түрінде жиналады. Глютамат кейіннен амин тобын бұлшықет гликолизінің өнімі – пируватқа аланин аминтрансферазаның әсерімен беріп, аланин мен α-кетоглутаратты түзетіп шығарады. Аланин қанға өтеді және бауырға тасымалданады. Аланин аминтрансфераза реакциясы бауырда кері бағытта жүзеге асады, онда жаңартылған пируват глюконеогенезде пайдаланылады, нәтижесінде глюкоза түзіледі, ол қан айналымы арқылы бұлшықеттерге қайта оралады. Бауырдағы глутамат митохондрияға еніп, глютамат дегидрогеназа ферментінің әсерімен α-кетоглутарат пен аммонийге ыдырайды, ал аммоний өз кезегінде зәртекшелік циклге қатысып, бүйректер арқылы шығарылатын зәртекшені құрайды. Глюкоза-аланин циклы пируват пен глутаматты бұлшықеттен алып тастап, бауырға қауіпсіз жеткізуге мүмкіндік береді. Бауырға жеткеннен кейін пируват глюкозаны қайта жасау үшін қолданылады, содан кейін глюкоза энергия алу үшін метаболизмделуі үшін бұлшықеттерге қайта оралады: бұл глюконеогенездің энергетикалық жүктемесін бұлшықеттен бауырға ауыстырады, ал бұлшықеттегі барлық АТФ бұлшықет жиырылуына жұмсалуы мүмкін.
Диабетке байланысты
Аланин циклындағы өзгерістер, қан сарысуындағы аланин аминотрансфераза (АЛАТ) деңгейін арттырады және ІІ типті диабеттің пайда болуымен байланысты.
Химиялық қасиеттері
Аланин фосфорилирлеуге қатысты функция жоғалту эксперименттерінде пайдалы. Кейбір техникалар қызығушылық тудыратын аймақтағы әртүрлі позицияларда нүктелік мутациясы бар гендер кітапханасын жасауды қамтиды, кейде тіпті бүкіл гендегі әрбір позицияда: бұл "сканерлеуші мутагенез" деп аталады. Ең қарапайым әдіс, және алғаш қолданылған әдіс – аланин сканерлеу, онда әрбір позиция кезекпен аланинге өзгертіледі. Аланиннің гидрогенациялануы аланинол амин спиртін береді, ол пайдалы хиральдық құрылыс блогы болып табылады.
Еркін радикалдар
Аланин молекуласының деаминациялануы CH3C•HCO2− еркін радикалын тудырады. Деаминация қатты немесе судағы аланинде, көміртек-азот байланысын гомолиттік түрде үзуге қабілетті радиация арқылы шақырылуы мүмкін. Аланиннің осы қасиеті сәулелік терапияда дозиметриялық өлшеулерде қолданылады. Қалыпты аланинге радиация әсер еткен кезде, ол аланин молекулаларының кейбіреуін еркін радикалдарға айналдырады және осы радикалдар тұрақты болғандықтан, еркін радикалдардың мөлшері кейін электрондық парамагниттік резонанс арқылы өлшеніп, аланин қанша радиацияға ұшырағанын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл тірі тіндерге тиетін радиациялық зақымның мөлшерін биологиялық тұрғыдан маңызды өлшеу болып саналады.