プロリン

プロリンは、生体内でタンパク質の構成要素として利用されるα-アミノ酸の一つです。 プロリンのL-異性体は、タンパク質合成に関与する唯一の形態であり、動物性タンパク質に共通する20種類の標準アミノ酸の1つで、ヒトの正常な機能に必要なものである。 プロリンはこれらの中で、窒素原子が環状構造、すなわち炭素原子の環状配列の外側ではなく、その一部であるという点でユニークである。 つまり、他のアミノ酸と結合するアミノ基は、他の19種のアミノ酸のような一級アミン（-NH2）ではなく、二級アミンである。

プロリンは食事で摂取する必要がないため「必須アミノ酸」には分類されず、人体が他の化合物から化学反応によって合成することができ、特にグルタミン酸から合成されます。

アミノ基が環状構造の一部になっているプロリン独自の構造は、タンパク質の形状に重要です。 タンパク質の機能は、正確な三次元形状に折り畳むことができるかどうかにかかっています。 プロリンがアミノ基を介して他のアミノ酸と結合することで、タンパク質の形状にさまざまな曲げやねじれが生じ、それがなければタンパク質は正常に機能しないのである。 このように、タンパク質は非常に複雑で、かつ調和がとれている。 7081>

プロリンの3文字コードはPro、1文字コードはP、コドンはCCU、CCC、CCA、CCGで、系統名はピロリジン-2-カルボン酸（IUPAC-IUB 1983）である。

構造

生化学では、アミノ酸という用語は、特にαアミノ酸、すなわちアミノ基とカルボン酸基が同じ炭素、いわゆるα炭素に結合しているアミノ酸を指す場合によく使われます。 このα-アミノ酸の一般的な構造は、

 R |H2N-C-COOH | H

ここでRは各アミノ酸に固有の側鎖を表す。 プロリンはこの基本構造の例外で、側鎖が骨格に環化し、一次アミノ基の代わりに二次アミノ基が環状構造を形成している。 他の19種のアミノ酸はすべて一級アミノ酸であり、アミノ基は原子の円環状配列の一部ではない。 しかし、炭素数3の側鎖が骨格の窒素と環状に結合しているため、プロリンには一級アミン基（-NH2）がない。 プロリンの窒素は、正しくは二級アミンと呼ばれる。

1つのアミノ酸を他のアミノ酸につなぐのはアミノ基（およびカルボキシル基、-COOH）であるため、この構成はタンパク質に重要な特性を提供する。 (ペプチド結合は、一方の分子のカルボキシル基が他方の分子のアミノ基と反応して、2つの分子の間に形成される化学結合である)。 プロリンのこのユニークな点は、タンパク質の構造を確立する上で重要であり、タンパク質の形状における様々な曲がりやねじれに寄与している。 国際純正応用化学連合（IUPAC）の定義では、アミンは炭素と窒素の二重結合を必要としますが、プロリンはアミノ酸と呼ばれることもあります。

ほとんどのアミノ酸は、DおよびLと呼ばれる2つの可能な光学異性体で発生します。 これらは、タンパク質生成アミノ酸と呼ばれています。 タンパク質生成アミノ酸という名前が示すように、これらのアミノ酸は標準的な遺伝暗号によってコード化されており、タンパク質合成のプロセスに関与している。

プロリンは化学式HO2CCH(NH[CH2]3、またはより一般的にはC5H9NO2である。 骨格の二面角は約-75°で、プロリンは他のアミノ酸と比較して例外的にコンフォメーションが硬い。

プロリンは、αヘリックスやβシートなどの通常の二次構造要素の中央で構造破壊剤として働くが、プロリンはαヘリックスの最初の残基（成分）としてよく見られ、βシートの端ストランドにも含まれる。 また、プロリンはターンにもよく含まれる。このことは、プロリンが完全な脂肪族側鎖を持つにもかかわらず、通常溶媒に曝されるという不思議な事実を説明することができるかもしれない。 プロリンにはアミド基の水素がないため、水素結合供与体として働くことができず、水素結合受容体としてのみ働く。

複数のプロリンおよび/またはヒドロキシプロリンが並んでいると、ポリプロリンヘリックス（コラーゲンの主要な二次構造）を形成することができる。 プロリン水酸化酵素によるプロリンの水酸化（またはフッ素のような電子吸引性の置換基の他の付加）は、コラーゲンのコンフォメーションの安定性を著しく増加させる。 したがって、プロリンの水酸化は、高等生物の結合組織を維持するために重要な生化学的プロセスである。 例えば、プロリン水酸化酵素の変異や必要なアスコルビン酸（ビタミンC）補酵素の欠如などである。

シス-トランス異性化

プロリンおよび他のN-置換アミノ酸（サルコシンなど）のペプチド結合はシスおよびトランス異性体を形成することが可能である。 これは、アミド水素(トランス異性体)が先行するCα{displaystyle \mathrm {C}に対して立体反発が小さいことが主な理由です。 ^{alpha }} 原子は、次のC α {displaystyle \mathrm {C} よりも小さい。 ^{alpha }} 原子（シス異性体）。 一方、X-Proペプチド結合のシス型とトランス型の異性体はほぼ等価（エネルギー的に等しく悪い）であり、Cα{displaystyle \mathrm {C}」は ^{alpha }} (シス異性体) とC δ {displaystyle \mathrm {C})があります。 ^{delta }} プロリン（トランス異性体）の原子は立体的にほぼ等価である。 したがって、無歪条件下でシス異性体の X-Pro ペプチド結合の割合は 10 ～ 40% である。この割合は先行するアミノ酸 X にわずかに依存し、芳香族残基はシス異性体をわずかに好む。

シス-トランス プロリン異性化は非常に遅いプロセスで、特に本来の異性体がより希なシスの場合、非自己異性体に形成される重要なプロリン一つまたは複数を捕獲してタンパク質折り畳みの進行を阻害する可能性がある。 すべての生物はこの異性化を触媒するプロリルイソメラーゼ酵素を持っており、一部の細菌はリボソームに付随する特殊なプロリルイソメラーゼを持っている。

生合成

プロリンはアミノ酸L-グルタミン酸から生合成され、その前駆体はイミン酸（S）-Δ1-ピロリン-5-カルボキシレート（P5C）である。 典型的な生合成に関与する酵素は以下の通りである（Lehninger 2000）。

• グルタミン酸キナーゼ（ATP依存性）
• グルタミン酸デヒドロゲナーゼ（NADHまたはNADPHが必要）
• ピロリン-5-カルボン酸レダクターゼ（NADHまたはNADPHが必要）

機能

タンパク質構造においてその重要な役割に加え、。 プロリンは、栄養補助食品として、また生化学、微生物学、栄養学の研究にも使用されています。

プロリンおよびその誘導体は、有機反応の非対称触媒としてよく利用されています。 CBS還元やプロリン触媒アルドール縮合などがその代表例です。

プロリンには独特の後味のある甘い風味があります。 また、プロリンは四川胡椒のように舌に軽い刺激を与えます。

• Collagen

• Balbach, J. and F. X. Schmid. “タンパク質フォールディングにおけるプロリン異性化反応とその触媒作用”. R.H.ペイン編． Mechanisms of Protein Folding（タンパク質フォールディングのメカニズム）, 2nd ed. オックスフォード大学出版局, 2001. ISBN 0199637881
• Doolittle, R. F. “Redundancies in protein sequences.”（邦訳：蛋白質配列の冗長性）。 G. D. Fasman, ed.において。 Prediction of Protein Structures and the Principles of Protein Conformation（タンパク質構造の予測とタンパク質コンフォメーションの原理）. New York: Plenum Press, 1989. ISBN 0306431319
• International Union of Pure and Applied Chemistry and International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUPAC-IUB) Joint Commission on Biochemical Nomenclature(生化学命名法に関する国際連合)． 1983. アミノ酸とペプチドの命名法および記号。 有機&生化学命名法、シンボル&用語に関する勧告 IUPAC-IUB. Retrieved August 30, 2007.
• Lehninger, A. L., D. L. Nelson, and M. M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, 3rd ed. New York: ワース出版，2000． ISBN 1572591536