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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.