Alanin

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Alanin
Strukturní vzorec
Strukturní vzorec
Obecné
Systematický název (2S)-2-aminopropionová kyselina
Triviální název Alanin
Sumární vzorec C3H7NO2
Registrační číslo CAS
Vlastnosti
Molární hmotnost 89,1 g/mol
Teplota tání 297 °C
Hustota 1,401 g/cm3
Disociační konstanta pKa pKCOOH: 2,35 pKNH2: 9,87
Izoelektrický bod 6,11
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).

Alanin (Ala, A) je proteinogenní, nepolární, neesenciální α-aminokyselina. Na jeho α uhlík je navázána metylová skupina, což z něj dělá jednu z nejjednodušších α-aminokyselin. Kromě funkce v proteinech se jedná o významný meziprodukt mnoha metabolických drah, a zprostředkovává alaninový cyklus umožňující svalům efektivně získávat energii z aminokyselin. Alanin je jednou z nejobvyklejší aminokyselinou v proteinech, jeho průměrný výskyt je 7,7 %,[1] je kódován kodony GCU, GCC, GCA a GCG.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Alanin byl chemicky syntetizován roku 1850 Adolphem Steckerem z acetaldehydu, amoniaku a kyanovodíku.[2] Stecker očekával kyselinu mléčnou, namísto toho ale izoloval jinou látku, kterou pojmenoval alanin, "al-" značí původ z aldehydu.[3] Jím použitý postup se dnes nazývá Streckerova syntéza aminokyselin. V proteinech byl alanin jednoznačně identifikován roku 1888 T. Weylem, alanin je tedy aminokyselina, která byla dříve syntetizována, než nalezena v proteinech.[3]

Chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Alanin obsahuje, podobně jako většina aminokyselin, chirální uhlík, je tedy opticky aktivní. Vyskytuje se ve dvou formách (enantiomerech): L-alanin a D-alanin, pro syntézu proteinů na ribozomu se využívá ovšem pouze L-alanin. V polypeptidech a proteinech se ovšem může vyskytovat i D-alanin, pokud je tam připojen po syntéze, jako je tomu v případě dermorfinu některých pralesních žab.[4]

V bílkovinách[editovat | editovat zdroj]

Methylová skupina alaninu je málo reaktivní, nepolární a není silně hydrofóbní, proto se alanin se téměř nikdy nepodílí na funkci proteinu přímo. Jeho role může být například v rozeznání substrátu kvůli své interakci s málo reaktivními atomy, jako je uhlík.[5] Díky svému hydrofóbnímu charakteru se podílí na hydrofobních interakcích napříč vláknem proteinu.

Alanin je významný pro tvorbu alfa-helixů, protože ze všech proteinogenních aminokyselin nejvíce stabilizuje tento typ struktury.[6] Peptidy tvořené výhradně z alaninů jsou ovšem "konformačními chameleony" a mohou zaujímat alfa helixy, nebo pokud jsou dostatečně dlouhé, i beta-listy, což je klinicky významné u některých dědičných chorob vyvolaných zmnožením trinukleotidových opakování kódujících alanin, vyskytujících se například v proteinu PABPN1 (podobně jako zmnožení úseků kódujících glutamin v huntingtinu provází Huntingtonovu chorobu).[7]

Protože je methylová skupina alaninu málo reaktivní, a pouze vzácně nese nějakou specifickou funkci, alanin může být snadno zaměněn za jinou aminokyselinu. Naopak, záměna aminokyseliny za alanin změní funkci proteinu za předpokladu, že daná aminokyselina je pro funkci proteinu důležitá. Této skutečnosti se používá v genovém inženýrství při tzv. alaninovém skenování, kdy se zaměňuje zkoumaná aminokyselina za alanin a zkoumají se změny ve funkci proteinu. I když se teoreticky nabízí záměna za ještě jednodušší glycin, alanin je vhodnější, protože zaujímá konformace běžné pro aminokyseliny, na rozdíl od poměrně neobvyklého glycinu.[8]

Alaninový cyklus[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku Alaninový cyklus.

Alanin se kromě výstavby proteinů také podílí na dopravě amoniaku ze svalů do jater a na glukoneogenezi v tzv. alaninovém cyklu, ve kterém je z pyruvátu transaminací ve svalu vytvořen alanin, který je pak dopraven krví do jater, kde je opět transaminován za vzniku pyruvátu. Přenesená aminoskupina je pak pomocí močovinového cyklu přeměněna na močovinu (a vyloučena z těla ven), zatímco pyruvát slouží jako prekurzor pro syntézu glukózy v procesu glukoneogeneze.

Vztah k hypertenzi[editovat | editovat zdroj]

Podle mezinárodní studie Imperial College London existuje korelace mezi hladinou alaninu, vysokým krevním tlakem, příjmem energie, hladinou cholesterolu a indexem tělesné hmotnosti.[9]

Zdroje[editovat | editovat zdroj]

V potravinách[editovat | editovat zdroj]

Alanin není esenciální, tedy při nedostatku může být v těle vytvořen. Zdrojem alaninu jsou veškerá bílkovinná jídla, např. maso, vajíčka, mléčné výrobky nebo plody moře. Z vegetariánských jídel hodně alaninu obsahují luštěniny, ořechy, kvasnice, hnědá rýže nebo obilí.

Biosyntéza a degradace[editovat | editovat zdroj]

Alanin může být v těle tvořen z pyruvátu nebo z aminokyselin s větveným alifatickým řetězcem tedy například z valinu, leucinu a izoleucinu.

Nejběžněji je alanin tvořen enzymem alaninaminotransferázou transaminací pyruvátu, který vzniká glykolýzou glukózy. Protože transaminační reakce jsou reverzibilní a pyruvát všudypřítomný, alanin snadno vzniká v úzké vazbě s metabolickými drahami jako glykolýza, glukoneogeneze a citrátový cyklus. Protože jsou tyto pochody reverzibilní, při nadbytku může alanin vstoupit do stejných drah, kterými je tvořen a je tak degradován, hlavní degradační reakce je transaminace enzymem alaninaminotransferázou: alanin+alfa-ketoglukarátpyruvát+glutamát.[10]

Chemická syntéza[editovat | editovat zdroj]

Racemická směs alaninu se dá připravit kondenzací acetaldehydu s chloridem amonným za přítomnosti kyanidu draselného Streckerovou syntézou nebo amonolýzou kyseliny 2-brompropionové:[11]

Syntéza Alaninu
Syntéza Alaninu

D-alanin[editovat | editovat zdroj]

Porovnání D- a L-alaninu

I když platí, že pro syntézu proteinů využívají živé organismy pouze L-aminokyseliny, D-alanin je poměrně často používán pro jiné účely. V proteinech může být připojen až po syntéze specializovanými enzymy, jako je tomu u proteinu dermorfinu některých pralesních žab.[4] Také se může vyskytovat v neribozomálních peptidech, příkladem může být cyklosporin.

D-alanin je významnou složkou bakteriálního peptidoglykanu (mimo jiné spolu s D-glutamovou kyselinou). Přítomnost D-alaninu chrání bakterie před působením defensinů a dalších antibakteriálních enzymů a je důležitá pro tvorbu biofilmu.[12]

Mořští korýši, mlži, a pravděpodobně řada dalších bezobratlých využívá D-alanin ve slaném prostředí jako osmolyt pro vyrovnání osmotického tlaku. Předpokládá se, že D-forma alaninu je používána proto, že nemůže být využívána enzymy a její nadbytek neovlivňuje metabolismus. Tyto organismy mohou získávat D-alanin od symbiotických bakterií nebo z potravy, ale také nesou gen pro alanin-racemázu vytvářející D-alanin z L-alaninu.[13] D-alanin je využíván i savci, jeho funkce ale není známá a jeho původ není dobře prozkoumán – získávají D-alanin ze symbiotických bakterií, také ale mohou nést zatím neobjevenou alanin-racemázu.[14] U savců se D-alanin vyskytuje v nervovém systému a některých orgánech, především v endokrinním systému. D-alanin je sekretován buňkami Langerhansových ostrůvků po stimulaci glukózou,[14] a jeho koncentrace v krvi se mění podle cirkadiánního rytmu,[15] což naznačuje, že se může jednat o hormon s neznámou funkcí.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. WHITFORD, David. Proteins: Structure and Function. 1.. vyd. [s.l.] : Wiley, 2005. 542 s. ISBN 978-0471498940. Kapitola 2. Amino acids: the building blocks of proteins, s. 44-45. (anglicky) 
  2. STRECKER, Adolph. Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll homologen Körper. Annalen der Chemie und Pharmazie. 1850, roč. 75, čís. 1, s. 27–45. DOI:10.1002/jlac.18500750103.  
  3. a b VICKERY, Hubert. The History of the Discovery of the Amino Acids. Chemical reviews. 1931, roč. 9, čís. 2, s. 169 -318.  
  4. a b KREIL, G.. D-amino acids in animal peptides.. Annu Rev Biochem. 1997, roč. 66, s. 337-45. DOI:10.1146/annurev.biochem.66.1.337. PMID 9242910.  
  5. BARNES, Michael R.. Bioinformatics for Geneticists: A Bioinformatics Primer for the Analysis of Genetic Data. [s.l.] : Wiley, 2007. 576 s. ISBN 978-0470026205. Kapitola 14: Amino Acid Properties and Consequences of Substitutions, s. en. (anglicky) 
  6. PACE, CN.; SCHOLTZ, JM.. A helix propensity scale based on experimental studies of peptides and proteins.. Biophys J. Jul 1998, roč. 75, čís. 1, s. 422-7. PMID 9649402.  
  7. WINTER, R.; LIEBOLD, J.; SCHWARZ, E.. The unresolved puzzle why alanine extensions cause disease.. Biol Chem. Aug 2013, roč. 394, čís. 8, s. 951-63. DOI:10.1515/hsz-2013-0112. PMID 23612654.  
  8. MORRISON, KL.; WEISS, GA.. Combinatorial alanine-scanning.. Curr Opin Chem Biol. Jun 2001, roč. 5, čís. 3, s. 302-7. PMID 11479122.  
  9. Highfield, Roger(2008-04-21),"'Metabolic fingerprint' linked to high blood pressure",Daily Telegraph, http://www.telegraph.co.uk/science/science-news/3340298/Metabolic-fingerprint-linked-to-high-blood-pressure.html .
  10. NELSON, David L.; COX, Michael M.. Lehninger Principles of Biochemistry. [s.l.] : W.H. Freeman. ISBN 978-1429234146. Kapitola 18: Amino Acid Oxidation and the Production of Urea. (anglicky) 
  11. Kendall, E. C.; McKenzie, B. F. (1929), "dl-Alanine", Org. Synth. 9: 4,; Coll. Vol. 1: 21
  12. REICHMANN, NT.; CASSONA, CP.; GRÜNDLING, A.. Revised mechanism of D-alanine incorporation into cell wall polymers in Gram-positive bacteria.. Microbiology. Sep 2013, roč. 159, čís. Pt 9, s. 1868-77. DOI:10.1099/mic.0.069898-0. PMID 23858088.  
  13. ABE, H.; YOSHIKAWA, N.; SAROWER, MG., et al. Physiological function and metabolism of free D-alanine in aquatic animals.. Biol Pharm Bull. Sep 2005, roč. 28, čís. 9, s. 1571-7. PMID 16141518.  
  14. a b OTA, N.; RUBAKHIN, SS.; SWEEDLER, JV.. D-Alanine in the islets of Langerhans of rat pancreas.. Biochem Biophys Res Commun. May 2014, roč. 447, čís. 2, s. 328-33. DOI:10.1016/j.bbrc.2014.03.153. PMID 24721429.  
  15. KARAKAWA, S.; MIYOSHI, Y.; KONNO, R., et al. Two-dimensional high-performance liquid chromatographic determination of day-night variation of D-alanine in mammals and factors controlling the circadian changes.. Anal Bioanal Chem. Oct 2013, roč. 405, čís. 25, s. 8083-91. DOI:10.1007/s00216-013-7071-2. PMID 23732868.  

Související články[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • Voet D., Voet JG, Pratt CW, "Fundamentals of biochemistry, life at molecular level" 2nd edition, 2006 John Wiley and Sons (Asia) Pte Ltd, ISBN 0-471-74268-6
  • MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 4. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2002. ix, 872 s. ISBN 80-7319-013-3.