Prolina

Prolina este unul dintre α-aminoacizii care sunt utilizați de organismele vii ca elemente constitutive ale proteinelor. Izomerul L al prolinei, care este singura formă care este implicată în sinteza proteinelor, este unul dintre cei 20 de aminoacizi standard comuni în proteinele animale și necesari pentru funcționarea normală la om. Prolina este unică printre aceștia prin faptul că atomul de azot face parte din structura inelară, din rețeaua ciclică de atomi de carbon, și nu din afara inelului. Adică, grupul său amino, prin care se leagă de ceilalți aminoacizi, este o amină secundară, mai degrabă decât un grup amină primară (-NH2), ca în cazul celorlalți nouăsprezece aminoacizi.

Prolina nu este clasificată ca fiind un „aminoacid esențial”, deoarece nu trebuie să fie ingerată odată cu dieta, dar poate fi sintetizată de organismul uman din alți compuși prin reacții chimice, în special din acid glutamic.

Structura unică a prolinei, cu grupul amino care face parte din structura inelului, este importantă pentru forma proteinelor. Funcționalitatea unei proteine depinde de capacitatea sa de a se plia într-o formă tridimensională precisă. Legătura prolinei cu alți aminoacizi prin intermediul grupului amino contribuie la diferite curburi și îndoituri în forma proteinei, fără de care proteina nu ar putea funcționa corespunzător. Acest lucru reflectă o complexitate și o armonie extraordinare. Cumva, proteinele alcătuite din sute de aminoacizi sunt capabile să se configureze în forma corectă, iar apoi să îndeplinească funcții vitale.

Codul de trei litere al patrolinei este Pro, codul de o literă este P, codonii săi sunt CCU, CCC, CCA și CCG, iar denumirea sa sistematică este acid pirrolidin-2-carboxilic (IUPAC-IUB 1983).

Structura

În biochimie, termenul de aminoacid este frecvent utilizat pentru a se referi în mod specific la aminoacizii alfa – acei aminoacizi în care grupările amino și carboxilat sunt atașate la același carbon, așa-numitul carbon α (carbon alfa). Structura generală a acestor aminoacizi alfa este:

 R |H2N-C-COOH | H

unde R reprezintă o catenă laterală specifică fiecărui aminoacid. Prolina este o excepție de la această structură de bază, deoarece lanțul său lateral se ciclicizează pe coloana vertebrală, formând o structură inelară în care o grupare amino secundară înlocuiește grupa amino primară.

Prolina este unică printre cei 20 de aminoacizi standard prin faptul că grupa amino face parte din inelul ciclic de atomi. Ceilalți nouăsprezece aminoacizi sunt toți aminoacizi primari, cu grupul amino care nu face parte din matricea de atomi în formă de cerc. Cu toate acestea, datorită legăturii ciclice a lanțului lateral cu trei atomi de carbon cu azotul din coloana vertebrală, prolinei îi lipsește o grupare amină primară (-NH2). Azotul din prolină este denumit în mod corespunzător amină secundară.

Această configurație oferă proprietăți importante proteinelor, deoarece gruparea amino (și carboxilul, -COOH) este cea care leagă un aminoacid de celălalt. (O legătură peptidică este o legătură chimică formată între două molecule atunci când grupul carboxil al unei molecule reacționează cu grupul amino al celeilalte molecule). Acest aspect unic al prolinei este important în stabilirea structurii proteinei, contribuind la diverse curburi și îndoituri în forma proteinei. Pentru ca o proteină să funcționeze, aceasta trebuie să aibă o anumită formă conformațională.

Prolina este uneori numită aminoacid, deși definiția Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) a unei amine necesită o dublă legătură carbon-azot. Cu toate acestea, în terminologia biologică, categoria „aminoacizi” este considerată, în general, ca incluzând prolina.

Majoritatea aminoacizilor apar în doi izomeri optici posibili, numiți D și L. Aminoacizii L reprezintă marea majoritate a aminoacizilor care se găsesc în proteine. Aceștia sunt numiți aminoacizi proteinogeni. După cum sugerează și numele „proteinogenic” (literal, construirea de proteine), acești aminoacizi sunt codificați de codul genetic standard și participă la procesul de sinteză a proteinelor. În cazul prolinei, numai L-stereoizomerul L este implicat în sinteza proteinelor mamiferelor.

Prolina are formula chimică HO2CCH(NH[CH2)3, sau, mai general, C5H9NO2.

Proprietăți structurale

Structura ciclică distinctivă a lanțului lateral al prolinei blochează ϕ {\displaystyle \phi } unghiul diedru al coloanei vertebrale la aproximativ -75°, ceea ce conferă prolinei o rigiditate conformațională excepțională în comparație cu alți aminoacizi. Prin urmare, prolina pierde mai puțină entropie conformațională la pliere, ceea ce poate explica prevalența sa mai mare în proteinele organismelor termofile.

Prolina acționează ca un perturbator structural în mijlocul elementelor structurii secundare regulate, cum ar fi elicele alfa și foile beta; cu toate acestea, prolina se găsește în mod obișnuit ca prim reziduu (component) al unei elice alfa și, de asemenea, în șirurile de margine ale foilor beta. De asemenea, prolina se găsește în mod obișnuit în viraje, ceea ce poate explica faptul curios că prolina este de obicei expusă la solvenți, în ciuda faptului că are un lanț lateral complet alifatic. Deoarece prolinei îi lipsește un hidrogen pe grupa amidă, nu poate acționa ca donator de legături de hidrogen, ci doar ca acceptor de legături de hidrogen.

Multiple proline și/sau hidroxiproline într-un rând pot crea un helix de poliprolină, structura secundară predominantă în colagen. Hidroxilarea prolinei de către protil hidroxilază (sau alte adăugiri de substituenți retractori de electroni, cum ar fi fluorul) crește semnificativ stabilitatea conformațională a colagenului. Prin urmare, hidroxilarea prolinei este un proces biochimic esențial pentru menținerea țesutului conjunctiv al organismelor superioare. Bolile grave, cum ar fi scorbutul, pot rezulta din defecte ale acestei hidroxilări, de exemplu, mutații ale enzimei prolil hidroxilază sau lipsa cofactorului necesar ascorbat (vitamina C).

Izomerizarea cis-trans

Legături peptidice la prolină și la alți aminoacizi N-substituiți (cum ar fi sarcosina) sunt capabile să populeze atât izomerii cis cât și trans. Majoritatea legăturilor peptidice preferă în mod covârșitor să adopte izomerul trans (în mod obișnuit 99,9% în condiții necontenite), în principal pentru că hidrogenul amidic (izomerul trans) oferă mai puțină repulsie sterică față de izomerul precedent C α {\displaystyle \mathrm {C} ^{\alpha }}} decât o face următorul atom C α {\displaystyle \mathrm {C} ^{\alpha }} atom (izomer cis). În schimb, izomerii cis și trans ai legăturii peptidice X-Pro sunt aproape izosterici (adică, la fel de răi din punct de vedere energetic); C α {\displaystyle \mathrm {C} ^{\alpha }} (izomer cis) și C δ {\displaystyle \mathrm {C} ^{\delta }}} atomi (izomer trans) de prolină sunt aproximativ echivalenți din punct de vedere steric. Prin urmare, fracțiunea de legături peptidice X-Pro în izomerul cis în condiții necontenite variază între zece și 40 la sută; fracțiunea depinde ușor de aminoacidul X anterior, reziduurile aromatice favorizând ușor izomerul cis.

Izomerizarea cis-trans a prolinei este un proces foarte lent care poate împiedica progresul pliajului proteic prin prinderea uneia sau mai multor proline cruciale pentru pliere în izomerul non-nativ, în special atunci când izomerul nativ este cel mai rar cis. Toate organismele posedă enzime prolil izomeraze pentru a cataliza această izomerizare, iar unele bacterii au prolil izomeraze specializate asociate cu ribozomul. Cu toate acestea, nu toate prolinele sunt esențiale pentru pliere, iar plierea proteinelor poate decurge la o rată normală în ciuda faptului că au izomeri non-nativi ai multor legături peptidice X-Pro.

Biosinteză

Prolina este derivată biosintetic din aminoacidul L-glutamat și precursorul său imediat este iminoacidul (S)-Δ1-pirrolină-5-carboxilat (P5C). Enzimele implicate într-o biosinteză tipică includ (Lehninger 2000):

• glutamat kinaza (dependentă de ATP)
• glutamat dehidrogenază (necesită NADH sau NADPH)
• pirolin-5-carboxilat reductaza (necesită NADH sau NADPH)

Funcția

În plus față de rolul său vital în structura proteinelor, prolina este, de asemenea, utilizată ca supliment alimentar și în cercetarea biochimică, microbiologică și nutrițională.

Prolina și derivații săi sunt adesea folosiți ca catalizatori asimetrici în reacțiile organice. Reducerea CBS și condensarea aldolului catalizată de prolină sunt exemple proeminente.

Prolina are o aromă dulce cu un gust distinctiv după gust. Prolina provoacă, de asemenea, o ușoară iritație a limbii ca și piperul Sichuan.

Vezi și

• Colagen

• Balbach, J., și F. X. Schmid. „Proline isomerization and its catalyse in protein folding”. În R. H. Pain, ed. R. H. Pain. Mechanisms of Protein Folding, a 2-a ediție. Oxford University Press, 2001. ISBN 0199637881
• Doolittle, R. F. „Redundanțe în secvențele de proteine”. În G. D. Fasman, Ed. Prediction of Protein Structures and the Principles of Protein Conformation. New York: Plenum Press, 1989. ISBN 030643131319
• International Union of Pure and Applied Chemistry and International Union of Biochemistry and Molecular Biology (IUPAC-IUB) Joint Commission on Biochemical Nomenclature. 1983. Nomenclatura și simbolistica pentru aminoacizi și peptide: Recommendations on organic & biochemical nomenclature, symbols & terminology IUPAC-IUB. Retrieved August 30, 2007.
• Lehninger, A. L., D. L. Nelson, and M. M. Cox. Lehninger Principles of Biochemistry, ed. a 3-a. New York: Worth Publishing, 2000. ISBN 1572591536