Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Пролин (символы Pro немесе P) – белоктардың биосинтезінде қолданылатын протеиногендік аминқышқыл ретінде жіктелетін органикалық қышқыл, бірақ оның құрамында амин тобы болмайды, оның орнына екінші дәрежелі амин болып табылады. Екінші дәрежелі аминнің азоты биологиялық жағдайда протондалған (NH2+) түрінде, ал карбоксил тобы депротондалған −COO− түрінде болады. α-көміртегінен басталатын "қосымша тізбек" азотқа қосылып, пирролидин циклiн құрайды, осылайша ол алифалық аминқышқылға жатады. Адам организмінде ол қажет емес, яғни организм оны қажет емес L-глутамат аминқышқылынан синтездеуге қабілетті. Ол CC (CCU, CCC, CCA және CCG) әріптерімен басталатын барлық кодондар арқылы кодталады. Пролин – азот атомы α-көміртегіне және бес мүшелі цикл құрайтын үш көміртек тізбегіне байланысқан жалғыз протеиногендік екінші дәрежелі аминқышқыл.
Proline (symbol Pro or P) is an organic acid classed as a proteinogenic amino acid (used in the biosynthesis of proteins), although it does not contain the amino group but is rather a secondary amine. The secondary amine nitrogen is in the protonated form (NH2+) under biological conditions, while the carboxyl group is in the deprotonated −COO− form. The "side chain" from the α carbon connects to the nitrogen forming a pyrrolidine loop, classifying it as a aliphatic amino acid. It is non essential in humans, meaning the body can synthesize it from the non essential amino acid L glutamate. It is encoded by all the codons starting with CC (CCU, CCC, CCA, and CCG). Proline is the only proteinogenic secondary amino acid which is a secondary amine, as the nitrogen atom is attached both to the α carbon and to a chain of three carbons that together form a five membered ring.
Тарих және этимология
Пролинді алғаш рет 1900 жылы Ричард Вильштеттер N-метилпролинді зерттеу барысында аминоқышқылын бөліп алған, содан кейін пролинді 1,3-дибромопропанмен диэтилмалонаттың натрий тұзының реакциясы арқылы синтездеген. Келесі жылы Эмиль Фишер пролинді казеиннен және γ-фталимидопропилмалоникалық эфирдің ыдырау өнімдерінен оқшаулап, пролиннің фталимидопропилмалоникалық эфирден синтезі туралы жариялаған. Пролин атауы оның құрамындағы пирролидиннен шыққан.
Proline was first isolated in 1900 by Richard Willstätter who obtained the amino acid while studying N methylproline, and synthesized proline by the reaction of sodium salt of diethyl malonate with 1,3 dibromopropane. The next year, Emil Fischer isolated proline from casein and the decomposition products of γ phthalimido propylmalonic ester, and published the synthesis of proline from phthalimide propylmalonic ester. The name proline comes from pyrrolidine, one of its constituents.
Биосинтез
Пролин L-глутамат аминқышқылынан биосинтетикалық жолмен түзіледі. Глутамат-5 полуальдегиді алдымен глютамат-5 киназа (АТФ-ге тәуелді) және глютамат-5 полуальдегид дегидрогеназа (НАДН немесе НАДФ қажет) арқылы пайда болады. Бұл зат өзінен-өзі 1-пирролин-5-карбоксил қышқылына айналып, пирролин-5-карбоксилат редуктазасы (НАДН немесе НАДФ қолданып) пролинге дейін тотықсыздандырылуы мүмкін, немесе орнитин аминотрансферазасы арқылы орнитине айналып, содан кейін орнитин циклодеаминазасымен циклдеу арқылы пролинге айналады.
Proline is biosynthetically derived from the amino acid L glutamate. Glutamate 5 semialdehyde is first formed by glutamate 5 kinase (ATP dependent) and glutamate 5 semialdehyde dehydrogenase (which requires NADH or NADPH). This can then either spontaneously cyclize to form 1 pyrroline 5 carboxylic acid, which is reduced to proline by pyrroline 5 carboxylate reductase (using NADH or NADPH), or turned into ornithine by ornithine aminotransferase, followed by cyclisation by ornithine cyclodeaminase to form proline.
Биологиялық белсенділік
L Proline глицин рецепторының әлсіз агонисті және NMDA және NMDA емес (AMPA/каинат) ионотроптық глутамат рецепторларының әлсіз агонисті ретінде әрекет ететіні анықталды. Ол потенциалды эндогендік экситотоксин болуы мүмкін деген ұсыныс бар. 2022 жылғы зерттеуде пролинге бай диета адамдарда депрессия қаупінің жоғарылауымен байланысты болды, бұл зерттеу шектеулі алдын ала клиникалық сынақтарда адамдарда және негізінен басқа организмдерде тестіленді. Басқа организмдерде нәтижелер маңызды болды.
L Proline has been found to act as a weak agonist of the glycine receptor and of both NMDA and non NMDA (AMPA/kainate) ionotropic glutamate receptors. It has been proposed to be a potential endogenous excitotoxin. A diet rich in proline was linked to an increased risk of depression in humans in a study from 2022 that was tested on a limited pre clinical trial on humans and primarily in other organisms. Results were significant in the other organisms.
Белок құрылымындағы қасиеттері
Пролиннің бүйірлік тізбегінің ерекше циклдік құрылымы пролинге басқа аминқышқылдарына қарағанда ерекше конформациялық қаттылық береді. Сондай-ақ, пролин мен басқа аминқышқылдары арасында пептидтік байланыс түзлу жылдамдығына әсер етеді. Пролин пептидтік байланыста амид ретінде байланысқан кезде, оның азотында ешқандай сутек болмайды, яғни ол сутек байланысының доноры ретінде әрекет ете алмайды, бірақ сутек байланысын қабылдағыш ретінде әрекет ете алады. Рибосомадағы кіріс Pro tRNAPro-мен пептидтік байланыс түзлуы басқа tRNA-лармен салыстырғанда әлдеқайда баяу, бұл N-алкиламиноқышқылдарының жалпы ерекшелігі. Пептидтік байланыс түзлуы кіріс тРНК мен пролинмен аяқталатын тізбек арасында да баяу жүреді; пролин-пролин байланыстарының түзлуі ең баяу болады. Пролиннің ерекше конформациялық қаттылығы пролин қалдықтарының жанындағы белоктардың екіншілік құрылымына әсер етеді және термофильді организмдердің белоктарында пролиннің жоғары таралуын түсіндіре алады. Белоктың екіншілік құрылымын белок тірегінің φ, ψ және ω диэдр бұрыштары арқылы сипаттауға болады. Пролиннің бүйірлік тізбегінің циклдік құрылымы φ бұрышын шамамен -65°-қа бекітеді. Пролин альфа-спиральдар және бета-парақтар сияқты тұрақты екіншілік құрылым элементтерінің ортасында құрылымдық бұзушы ретінде әрекет етеді; алайда, пролин альфа-спиральдың бірінші қалдығы ретінде, сондай-ақ бета-парақтардың шеткі жіптерінде де кездеседі. Пролин сонымен қатар жиі бұрылыстарда (екінші құрылымның басқа түрі) кездеседі және бета-бұрылыстардың қалыптасуына көмектеседі. Бұл пролиннің толыққанды алифаттық бүйір тізбегіне қарамастан, еріткішпен ашық болатындығына қатысты қызықты фактіні түсіндіреді. Бірнеше пролин және/немесе гидроксипролин қатарынан полипролин спиралін құрауы мүмкін, ол коллагендегі басым екіншілік құрылым болып табылады. Пролиннің пролил гидроксилазамен гидроксилденуі (немесе фтор сияқты электронды тартып алатын топтардың қосылуы) коллагеннің конформациялық тұрақтылығын айтарлықтай арттырады. Сондықтан пролиннің гидроксилденуі жоғары организмдердің дәнекер тіндерін сақтау үшін маңызды биохимиялық процесс болып табылады. Скорбут сияқты ауыр аурулар осы гидроксилденудегі ақаулардың салдарынан туындауы мүмкін, мысалы, пролил гидроксилаза ферментінің мутациялары немесе қажетті аскорбат (С витамині) кофакторының жетіспеуінен.
The distinctive cyclic structure of proline's side chain gives proline an exceptional conformational rigidity compared to other amino acids. It also affects the rate of peptide bond formation between proline and other amino acids. When proline is bound as an amide in a peptide bond, its nitrogen is not bound to any hydrogen, meaning it cannot act as a hydrogen bond donor, but can be a hydrogen bond acceptor. Peptide bond formation with incoming Pro tRNAPro in the ribosome is considerably slower than with any other tRNAs, which is a general feature of N alkylamino acids. Peptide bond formation is also slow between an incoming tRNA and a chain ending in proline; with the creation of proline proline bonds slowest of all. The exceptional conformational rigidity of proline affects the secondary structure of proteins near a proline residue and may account for proline's higher prevalence in the proteins of thermophilic organisms. Protein secondary structure can be described in terms of the dihedral angles φ, ψ and ω of the protein backbone. The cyclic structure of proline's side chain locks the angle φ at approximately −65°. Proline acts as a structural disruptor in the middle of regular secondary structure elements such as alpha helices and beta sheets; however, proline is commonly found as the first residue of an alpha helix and also in the edge strands of beta sheets. Proline is also commonly found in turns (another kind of secondary structure), and aids in the formation of beta turns. This may account for the curious fact that proline is usually solvent exposed, despite having a completely aliphatic side chain. Multiple prolines and/or hydroxyprolines in a row can create a polyproline helix, the predominant secondary structure in collagen. The hydroxylation of proline by prolyl hydroxylase (or other additions of electron withdrawing substituents such as fluorine) increases the conformational stability of collagen significantly. Hence, the hydroxylation of proline is a critical biochemical process for maintaining the connective tissue of higher organisms. Severe diseases such as scurvy can result from defects in this hydroxylation, e. g., mutations in the enzyme prolyl hydroxylase or lack of the necessary ascorbate (vitamin C) cofactor.
Цистранс изомерленуі
Пролинге және басқа N-субститутталған аминқышқылдарына (мысалы, саркозинге) пептидтік байланыстар цис және транс изомерлерінің пайда болуына мүмкіндік береді. Пептидтік байланыстардың көпшілігі транс-изомерді қабылдайды (әдетте, қатаң емес жағдайларда 99,9%), себебі амидтік сутек (транс-изомер) алдыңғы Cα атомына келесі Cα атомына қарағанда аз стерикалық кедергі келтіреді (цис-изомер). Керісінше, X Pro пептидтік байланысының (мұнда X кез келген аминқышқылды білдіреді) цис және транс изомерлері көршілес субститутпен стерикалық соқтығысуға ұшырайды және энергия айырмашылығы айтарлықтай төмен. Сондықтан, қатаң емес жағдайларда X Pro пептидтік байланыстарының цис изомерінің үлесі айқын түрде жоғарылайды, цис үлесі әдетте 3-10% аралығында болады. Дегенмен, бұл мәндер алдыңғы аминқышқылға байланысты, Gly және ароматикалық қалдықтар цис изомерінің үлесін арттырады. Ароматикалық-пролин пептидтік байланыстары үшін 40%-ға дейін цис үлесі анықталған. Кинетикалық тұрғыдан алғанда, цис-транс пролин изомерленуі – өте баяу процесс, ол протеиннің бүктелуіне кедергі келтіруі мүмкін, бүктелу үшін маңызды бір немесе бірнеше пролин қалдықтарын түпкілікті емес изомерде тұрақтандыру арқылы, әсіресе табиғи белок цис изомерін қажет еткенде. Бұл себепті пролин қалдықтары рибосомада тек транс-изомер түрінде синтезделеді. Барлық организмдерде осы изомерленуді катализдейтін пролил изомераза ферменттері бар, ал кейбір бактерияларда рибосомамен байланысты арнайы пролил изомеразалары бар. Алайда, барлық пролиндер де бүктелу үшін қажет емес, және көптеген X-Pro пептидтік байланыстарының түпкілікті емес конформацияларына қарамастан, ақуыздың бүктелуі қалыпты жылдамдықпен жүруі мүмкін.
Peptide bonds to proline, and to other N substituted amino acids (such as sarcosine), are able to populate both the cis and trans isomers. Most peptide bonds overwhelmingly adopt the trans isomer (typically 99.9% under unstrained conditions), chiefly because the amide hydrogen (trans isomer) offers less steric repulsion to the preceding Cα atom than does the following Cα atom (cis isomer). By contrast, the cis and trans isomers of the X Pro peptide bond (where X represents any amino acid) both experience steric clashes with the neighboring substitution and have a much lower energy difference. Hence, the fraction of X Pro peptide bonds in the cis isomer under unstrained conditions is significantly elevated, with cis fractions typically in the range of 3 10%. However, these values depend on the preceding amino acid, with Gly and aromatic residues yielding increased fractions of the cis isomer. Cis fractions up to 40% have been identified for aromatic–proline peptide bonds. From a kinetic standpoint, cis–trans proline isomerization is a very slow process that can impede the progress of protein folding by trapping one or more proline residues crucial for folding in the non native isomer, especially when the native protein requires the cis isomer. This is because proline residues are exclusively synthesized in the ribosome as the trans isomer form. All organisms possess prolyl isomerase enzymes to catalyze this isomerization, and some bacteria have specialized prolyl isomerases associated with the ribosome. However, not all prolines are essential for folding, and protein folding may proceed at a normal rate despite having non native conformers of many X–Pro peptide bonds.
Қолданылуы
Пролин және оның туындылары пролин органокатализі реакцияларында асимметриялық катализаторлар ретінде жиі қолданылады. CBS тотығуының төмендетілуі және пролин катализделген альдоль конденсациясы – көрнекті мысалдар. Сыра қайнату кезінде пролинге бай ақуыздар полифенолдармен бірігіп, тұмандылық (бұрқырақтық) тудырады. L-Пролин – осмопротектор, сондықтан ол көптеген фармацевтикалық және биотехнологиялық қолданыстарда пайдаланылады. Өсімдік тіндік мәдениетінде қолданылатын өсіру ортасына пролин қосылуы мүмкін. Бұл өсімдіктің өсуін күшейтеді, мүмкін, өйткені ол өсімдікке тіндік мәдениеттің стрестік жағдайларын көтеруге көмектеседі. Өсімдіктердің стресске жауабындағы пролиннің рөлі туралы ақпаратты қараңыз.
Proline and its derivatives are often used as asymmetric catalysts in proline organocatalysis reactions. The CBS reduction and proline catalysed aldol condensation are prominent examples. In brewing, proteins rich in proline combine with polyphenols to produce haze (turbidity). L Proline is an osmoprotectant and therefore is used in many pharmaceutical and biotechnological applications. The growth medium used in plant tissue culture may be supplemented with proline. This can increase growth, perhaps because it helps the plant tolerate the stresses of tissue culture. For proline's role in the stress response of plants, see .
Арнайы өнімдер
Пролин – глицинмен қатар, Рамачандранның стандартты диаграммасына сәйкес келмейтін екі аминқышқылдың бірі. Бета-көміртекке байланысты сақинаның қалыптасуына байланысты, пептидтік байланыстағы ψ және φ бұрыштарының айналу дәрежесі шектеулі. Осының салдарынан, пролин көбінесе ақуыздардың "бұрылыстарында" кездеседі, себебі оның бос энтропиясы (ΔS) басқа аминқышқылдарға қарағанда салыстырмалы түрде кішкентай, сондықтан жиырылған және жиырылмаған күйлер арасындағы энтропия өзгерісі аз. Бұдан әрі, пролин α және β құрылымдарында сирек кездеседі, өйткені ол осындай құрылымдардың тұрақтылығын төмендетіп, оның тізбектегі α азоты тек бір азот байланысын ғана түзетін болады. Сонымен қатар, пролин – хроматографияда қолдану үшін нингидринмен шашыратылғанда қызыл-күлгін түс бермейтін жалғыз аминқышқыл. Пролиннің орнына сары түс пайда болады.
Proline is one of the two amino acids that do not follow along with the typical Ramachandran plot, along with glycine. Due to the ring formation connected to the beta carbon, the ψ and φ angles about the peptide bond have fewer allowable degrees of rotation. As a result, it is often found in "turns" of proteins as its free entropy (ΔS) is not as comparatively large to other amino acids and thus in a folded form vs. unfolded form, the change in entropy is smaller. Furthermore, proline is rarely found in α and β structures as it would reduce the stability of such structures, because its side chain α nitrogen can only form one nitrogen bond. Additionally, proline is the only amino acid that does not form a red purple colour when developed by spraying with ninhydrin for uses in chromatography. Proline, instead, produces an orange yellow colour.