- ลักษณะเฉพาะ
- โครงสร้าง
- คุณสมบัติ
- อะไรคือหน้าที่หลักของโพรลีนในเส้นใยคอลลาเจน?
- ฟังก์ชั่นอื่น ๆ
- การสังเคราะห์
- การปลด
- อาหารที่อุดมด้วยวาลีน
- ประโยชน์ของการบริโภค
- ความผิดปกติของการขาด
- ความผิดปกติของการเผาผลาญ
- อ้างอิง
Proline (Pro, P) เป็นของกรดอะมิโน 22 จัดเป็นพื้นฐาน เป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นเนื่องจากมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ สามารถสังเคราะห์ได้
ในปี 1900 Richard Willstatter นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันเป็นคนแรกที่สกัดและสังเกตโพรลีน อย่างไรก็ตาม Emili Fischer ในปี 1901 ซึ่งเป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่า "proline" ตามวงแหวน pyrrolidine ของกรดอะมิโน นักวิจัยคนนี้ยังสามารถอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับการสังเคราะห์โพรลีนจากเคซีนในนม
โครงสร้างทางเคมีของกรดอะมิโน Proline (ที่มา: Clavecin ผ่าน Wikimedia Commons)
ในโปรตีนเช่นเคซีนโพรลีนมีบทบาทสำคัญในโครงสร้าง "บิด" และพับ ในโปรตีนนี้โพรลีนกระจายเป็นเนื้อเดียวกันทั่วทั้งโครงสร้างและจับกับโปรตีนβเคซีนและαs1 นอกจากนี้ยังป้องกันไม่ให้เกิดการโค้งงอหรือลูปของโครงสร้างที่ผิดพลาด
ในการวิเคราะห์ทางชีวเคมีมักใช้เพื่อกำหนดลำดับที่แน่นอนของกรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีนโพรลีนเป็นหนึ่งในกรดอะมิโนที่ตรวจพบได้ยากที่สุดเนื่องจากกลุ่มอะมิโนทุติยภูมิของโพรลีนมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันและไม่สามารถตรวจพบได้ง่าย .
โรคเลือดออกตามไรฟันอาจเป็นโรคที่รู้จักกันดีที่สุดเกี่ยวกับโปรลีน มันเกี่ยวข้องกับการขาดวิตามินซีซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการไฮดรอกซิเลชันของโพรลีนในเส้นใยคอลลาเจนทำให้ระบบอ่อนแอลงเนื่องจากความไม่เสถียรของเส้นใยคอลลาเจนที่อยู่ทั่วร่างกาย
ลักษณะเฉพาะ
กลุ่มอะมิโนทุติยภูมิที่ติดกับα-carbon ทำให้งานในการจำแนกโพรลีนค่อนข้างยาก อย่างไรก็ตามในบางตำรามีการจัดประเภทร่วมกับกรดอะมิโนแบบแยกแขนงหรือด้วยโซ่ข้างอะลิฟาติกเนื่องจากห่วงโซ่ด้านข้างหรือกลุ่ม R ของโพรลีนคือไม่ชอบน้ำหรืออะลิฟาติก
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของโพรลีนคือไม่ว่าในกรณีใดมันจะสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ซึ่งทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดโครงสร้างการเปลี่ยนที่ซับซ้อนและซับซ้อนในโครงสร้างระดับตติยภูมิของโปรตีน
เช่นเดียวกับกรดอะมิโนทั้งหมดมีสองไอโซฟอร์มที่ขึ้นอยู่กับอะตอมของคาร์บอนกลางโพรลีนสามารถพบได้ในธรรมชาติเช่น L-proline หรือ D-proline อย่างไรก็ตามรูปแบบ L-proline มีมากที่สุดในธรรมชาติและเป็นรูปแบบที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างโปรตีน
ในโปรตีนที่พบโพรลีนมักจะอยู่ใกล้กับพื้นผิวหรือบริเวณรอยพับหรือ "บิด" ของห่วงโซ่โพลีเปปไทด์เนื่องจากโครงสร้างที่แข็งและปิดของโพรลีนทำให้การมีปฏิสัมพันธ์กับกรดอะมิโนอื่น ๆ ทำได้ยาก .
โครงสร้าง
โพรลีนมีโครงสร้างเฉพาะในหมู่กรดอะมิโนพื้นฐานเนื่องจากมีหมู่อะมิโนทุติยภูมิ (NH2) และไม่ใช่กลุ่มอะมิโนหลักที่เป็นลักษณะของกรดอะมิโนทั้งหมด
กลุ่ม R หรือห่วงโซ่ด้านข้างของโพรลีนคือวงแหวนไพโรลิดีนหรือเตตระไฮโดรไพร์โรล กลุ่มนี้เกิดจากเอมีนเฮเทอโรไซคลิก (ไม่มีพันธะคู่) ของคาร์บอนห้าอะตอมซึ่งแต่ละอะตอมอิ่มตัวด้วยอะตอมของไฮโดรเจน
โพรลีนมีลักษณะเฉพาะที่อะตอมของคาร์บอน "กลาง" รวมอยู่ในวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกไพโรลิดีนดังนั้นอะตอมที่ "อิสระ" หรือ "ยื่นออกมา" เพียงอะตอมเดียวคือหมู่คาร์บอกซิล (COOH) และอะตอมของไฮโดรเจน (H ) ของวงแหวนเฮเทอโรไซคลิกของกรดอะมิโน
สูตรโมเลกุลของ Proline คือ C5H9NO2 และชื่อ IUPAC คือกรด pyrrolidine-2-carboxylic มีน้ำหนักโมเลกุลโดยประมาณ 115.13 กรัม / โมลและความถี่ของการปรากฏในโปรตีนประมาณ 7%
คุณสมบัติ
เส้นใยคอลลาเจนและโทรโปคอลลาเจนเป็นโปรตีนที่มีมากที่สุดในสัตว์มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่ สิ่งเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นผิวหนังเส้นเอ็นเมทริกซ์ของกระดูกและเนื้อเยื่ออื่น ๆ อีกมากมาย
เส้นใยคอลลาเจนประกอบด้วยเกลียวโพลีเปปไทด์ทริปเปิลที่ทำซ้ำหลายตัวซึ่งในทางกลับกันประกอบด้วยโพรลีนและไกลซีนหลายตัวตกค้างในลำดับไกลซีน - โพรลีน - โพรลีน / ไฮดรอกซีโพรลีน (ส่วนหลังเป็นอนุพันธ์ดัดแปลงของโพรลีน)
ในรูปแบบดั้งเดิม proline เป็นส่วนหนึ่งของ procollagen ซึ่งเป็นสารตั้งต้นของคอลลาเจนพอลิเปปไทด์และโปรตีนในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันอื่น ๆ เอนไซม์โปรคอลลาเจนโปรลีนไฮดรอกซิเลสมีหน้าที่ในการไฮดรอกซิเลดสารตกค้างของโพรลีนเพื่อสร้างไฮดรอกซีโพรลีนและทำให้เกิดการเจริญเติบโตของโปรคอลลาเจนกับคอลลาเจนเอง
อะไรคือหน้าที่หลักของโพรลีนในเส้นใยคอลลาเจน?
ไฮดรอกซีโพรลีนให้ลักษณะของความต้านทานต่อคอลลาเจนเนื่องจากอนุพันธ์ของกรดอะมิโนนี้มีความสามารถในการสร้างพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากระหว่างโซ่ของเกลียวสามเกลียวที่ประกอบเป็นโปรตีน
เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันของสารตกค้างของโปรลีนจำเป็นต้องมีวิตามินซี (กรดแอสคอร์บิก) และดังที่ได้กล่าวมาแล้วโรคเลือดออกตามไรฟันเกิดจากการที่เส้นใยคอลลาเจนอ่อนตัวลงเนื่องจากความล้มเหลวในการไฮดรอกซิเลชันของสารตกค้างของโพรลีน ซึ่งทำให้พันธะไฮโดรเจนที่ยึดเส้นใยคอลลาเจนลดลง
ฟังก์ชั่นอื่น ๆ
โพรลีนจำเป็นต่อการสร้างรอยพับและบิดของโปรตีน
โครงสร้างแบบปิดทำให้กรดอะมิโนนี้ "รองรับ" ภายในโปรตีนได้ยากนอกจากนี้เนื่องจากไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนเพื่อ "โต้ตอบ" กับสิ่งตกค้างอื่น ๆ ที่อยู่ใกล้เคียงได้จึงทำให้เกิดการ "เปลี่ยน" หรือ "บิด" ตลอดโครงสร้างของโปรตีนที่พบ
โปรตีนอายุสั้นทั้งหมดมีอย่างน้อยหนึ่งบริเวณที่มี proline, glutamate, serine และ threonine มากมาย พื้นที่เหล่านี้มีตั้งแต่ 12 ถึง 60 ที่เหลือและเรียกว่าลำดับ PEST
โปรตีนที่มีลำดับ PEST จะถูกทำเครื่องหมายโดยการแพร่หลายเพื่อการย่อยสลายในโปรตีโอโซมในภายหลัง
การสังเคราะห์
กรดอะมิโนหลายชนิดสามารถสังเคราะห์ได้จากตัวกลางในไกลโคไลซิสวิถีเพนโตสฟอสเฟตหรือวัฏจักรกรดซิตริก (วงจร Krebs) โพรลีนและอาร์จินีนเกิดขึ้นในวิถีกลูตาเมตสั้น ๆ
วิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพที่ใช้กันทั่วไปสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเริ่มต้นด้วยการเปลี่ยน L-glutamate เป็นγ-L-glutamyl-5-phosphate เนื่องจากการกระทำของเอนไซม์ glutamate-5-kinase (ในแบคทีเรีย) หรือโดยγ-glutamyl -kinase (ในมนุษย์)
ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับการฟอสโฟรีเลชันที่ขึ้นกับ ATP โดยนอกเหนือจากผลิตภัณฑ์หลักแล้วยังมีการสร้างโมเลกุล ADP
ปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดย glutamate 5-semialdehyde dehydrogenase (ในแบคทีเรีย) หรือโดยγ-glutamyl phosphate reductase (ในคน) จะแปลงγ-L-glutamyl-5-phosphate เป็น L-glutamate-5-semialdehyde และปฏิกิริยานี้จะทำให้เกิด การปรากฏตัวของปัจจัยร่วม NADPH
L-glutamate-5-semialdehyde กลับได้และคายน้ำโดยธรรมชาติเป็น (S) -1-1-pyrroline-5-carboxylate ซึ่งต่อมาจะถูกเปลี่ยนเป็น L-proline โดยเอนไซม์ pyrroline-5-carboxylate reductase (ในแบคทีเรียและมนุษย์ ) ซึ่งจำเป็นต้องมีปฏิกิริยากับโมเลกุลของ NADPH หรือ NADH
การปลด
Proline, arginine, glutamine และ histidine จะถูกย่อยสลายอย่างต่อเนื่องเป็นα-ketoglutarate เพื่อเข้าสู่วงจรกรดซิตริกหรือวงจร Krebs ในกรณีเฉพาะของโพรลีนจะถูกออกซิไดซ์ครั้งแรกโดยเอนไซม์โพรลีนออกซิเดสไปเป็นไพร์โรไลน์ -5-carboxylate
ในขั้นตอนแรกที่การเกิดออกซิเดชันของโพรลีนเป็นไพโรลิน -5-carboxylate เกิดขึ้น E-FAD ที่แยกออกจากโปรตอนจะลดเป็น E-FADH2 ขั้นตอนนี้เป็นเอกสิทธิ์ของกรดอะมิโนโปรลีน
โดยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง pyrroline-5-carboxylate จะถูกเปลี่ยนเป็น glutamate γ-semi-aldehyde ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ glutamate γ-semi-aldehyde dehydrogenase ในขั้นตอนนี้มีการปลดปล่อยโปรตอนสองตัวโดยหนึ่งในนั้นได้รับการยอมรับจาก NAD ซึ่งลดลงเป็น NADH และอีกตัวเป็นอิสระในรูปของ H +
อาร์จินีนเช่นเดียวกับโพรลีนจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูตาเมตγ-semialdehyde แต่ผ่านทางเมตาบอลิซึมอื่นที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์สองชนิด
เอนไซม์กลูตาเมตγ-semialdehyde dehydrogenase เปลี่ยนกลูตาเมตγ-semialdehyde เป็น L-glutamate ต่อมาแอล - กลูตาเมตนี้จะถูกออกซิไดซ์อีกครั้งโดยเอนไซม์กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสซึ่งในที่สุดα-ketoglutarate จะถูกสร้างขึ้นซึ่งจะรวมอยู่ในวัฏจักรกรดซิตริก
ในขั้นตอนออกซิเดชั่นของกลูตาเมตโปรตอน (H +) และหมู่อะมิโน (NH3 +) จะถูกปล่อยออกมา โปรตอนช่วยลดกลุ่ม NADP + และสร้างโมเลกุล NADPH
แม้จะมีความคล้ายคลึงกันมากมายระหว่างเส้นทางการย่อยสลายและการสังเคราะห์ทางชีวภาพของโพรลีนและอาร์จินีนกรดอะมิโนเหล่านี้จะถูกสังเคราะห์และย่อยสลายโดยใช้เอนไซม์ที่แตกต่างกันปัจจัยร่วมที่แตกต่างกันและช่องภายในเซลล์ที่แตกต่างกันที่เกิดขึ้น
อาหารที่อุดมด้วยวาลีน
โดยทั่วไปอาหารที่มีโปรตีนสูงทุกชนิดจะมีโพรลีนในปริมาณมาก ซึ่งรวมถึงเนื้อนมไข่และอื่น ๆ อย่างไรก็ตามเมื่อร่างกายของเราอยู่ในสภาวะสุขภาพและโภชนาการที่เหมาะสมก็สามารถสังเคราะห์โพรลีนจากภายนอกได้
Proline ยังสามารถพบได้ในพืชตระกูลถั่วและถั่วหลายชนิดและในเมล็ดธัญพืชเช่นข้าวโอ๊ตเป็นต้น อาหารอื่น ๆ ที่อุดมด้วยโพรลีน ได้แก่ รำข้าวสาลีวอลนัทอัลมอนด์ถั่วลันเตาและถั่วอื่น ๆ
ร้านขายอาหารเพื่อสุขภาพบางแห่งมักจะผสมกรดอะมิโน L-lysine และ L-proline แบบเม็ดรวมกันเพื่อช่วยผู้ที่มีปัญหาเกี่ยวกับข้อต่อหรือชะลอการเสื่อมของเนื้อเยื่อ
อย่างไรก็ตามยังไม่ได้รับการพิสูจน์แน่ชัดว่าการเสริมอาหารของกรดอะมิโนเหล่านี้มีผลอย่างมากในการชะลอวัยหรือภาวะอื่น ๆ ของอายุที่เพิ่มขึ้น
ประโยชน์ของการบริโภค
อาหารที่อุดมไปด้วยโพรลีนมักถูกกำหนดไว้สำหรับผู้ที่เป็นโรคข้อเช่นข้ออักเสบเคล็ดขัดยอกเอ็นฉีกขาดข้อเคลื่อนเอ็นอักเสบและอื่น ๆ ซึ่งเป็นผลมาจากความสัมพันธ์กับการสังเคราะห์เส้นใยคอลลาเจนที่มีอยู่ใน เนื้อเยื่อเกี่ยวพันของร่างกาย
โลชั่นและยาเม็ดทางเภสัชวิทยาจำนวนมากที่ใช้ในอุตสาหกรรมความงามนั้นอุดมไปด้วย L-proline เนื่องจากการศึกษาบางชิ้นแสดงให้เห็นว่ากรดอะมิโนนี้สามารถเพิ่มการสังเคราะห์คอลลาเจนได้ในทางใดทางหนึ่งดังนั้นจึงช่วยปรับปรุงพื้นผิวของผิวหนังได้ เร่งการรักษาบาดแผลรอยแตกแผลและแผลไฟไหม้
ในอุตสาหกรรมอาหารมีโปรตีนที่มี "เปปไทด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ" ซึ่งทำหน้าที่นอกเหนือจากคุณสมบัติทางโภชนาการ โดยทั่วไปเปปไทด์เหล่านี้จะมีกรดอะมิโนตกค้างอยู่ 2 ถึง 9 ชนิด ได้แก่ โพรลีนอาร์จินีนและไลซีน
กล่าวว่าเปปไทด์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพสามารถมีฤทธิ์ลดความดันโลหิตโดยมีผล opioid บางอย่าง พวกมันสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นภูมิคุ้มกันโดยกระตุ้นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันต่อเชื้อโรคบางชนิดและอาจทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ vasoactivity ซึ่งจะช่วยเพิ่มการไหลเวียนของผู้ที่บริโภคเข้าไป
ความผิดปกติของการขาด
กลูเตนเป็นโปรตีนที่มีอยู่ในเมล็ดข้าวสาลีที่ทำให้ลำไส้อักเสบ ผู้ที่เป็นโรค "แพ้กลูเตน" เรียกว่าผู้ป่วย "celiac" และโปรตีนชนิดนี้เป็นที่รู้กันดีว่าอุดมไปด้วยโพรลีนและกลูตามีนซึ่งการย่อยสลายของโปรลีนเป็นเรื่องยากสำหรับผู้ที่มีอาการนี้
โรคบางอย่างเกี่ยวข้องกับการหลุดออกของโปรตีนที่สำคัญและเป็นเรื่องปกติมากที่ข้อบกพร่องเหล่านี้เกี่ยวข้องกับ cis - trans isomerization ของพันธะเอไมด์ในสารตกค้างของโพรลีนเนื่องจากไม่เหมือนกับพันธะเปปไทด์อื่น ๆ ไอโซเมอร์ทรานส์เป็นที่ชื่นชอบอย่างมากในโปรไลน์นั้นด้อยโอกาส
ในสารตกค้างของโพรลีนพบว่ามีแนวโน้มที่สำคัญต่อการก่อตัวของไอโซเมอร์ cis ก่อนมากกว่าไอโซเมอร์ทรานส์ในเอไมด์ที่อยู่ติดกับสารตกค้างของโพรลีนซึ่งสามารถสร้างโครงสร้างที่ "ไม่ถูกต้อง" ของโปรตีนได้
ความผิดปกติของการเผาผลาญ
เช่นเดียวกับกรดอะมิโนที่จำเป็นและไม่จำเป็นอื่น ๆ ความผิดปกติทางพยาธิวิทยาหลักที่เกี่ยวข้องกับโพรลีนมักเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องในเส้นทางการดูดซึมของกรดอะมิโนนี้
ตัวอย่างเช่นภาวะไขมันในเลือดสูงเป็นกรณีทั่วไปของการขาดเอนไซม์ชนิดใดชนิดหนึ่งที่มีส่วนร่วมในเส้นทางการย่อยสลายของโปรลีนโดยเฉพาะใน 1-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase ซึ่งนำไปสู่การสะสมของสารตั้งต้น ซึ่งในที่สุดก็ปิดใช้งานเส้นทาง
พยาธิวิทยานี้มักได้รับการวินิจฉัยโดยปริมาณโพรลีนสูงในเลือดและจากการมีเมแทบอไลต์ 1-pyrroline-5-carboxylate ในปัสสาวะของผู้ป่วยที่ได้รับผลกระทบ
อาการหลักของโรคนี้ประกอบด้วยความผิดปกติของระบบประสาทโรคไตและการสูญเสียการได้ยินหรือหูหนวก กรณีที่รุนแรงกว่าอื่น ๆ ได้แก่ ภาวะปัญญาอ่อนขั้นรุนแรงและความยากลำบากทางจิต
อ้างอิง
- Abu-Baker, S. (2015). ทบทวนชีวเคมี: แนวคิดและการเชื่อมต่อ
- Delauney, AJ, & Verma, DPS (1993) การสังเคราะห์โปรลีนและการสังเคราะห์ทางชีวภาพในพืช วารสารพืช, 4 (2), 215-223.
- รายการ, B. , Lerner, RA, & Barbas, CF (2000) Proline-catalyzed direct asymmetric aldol reaction. วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน, 122 (10), 2395-2396
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008) หลักการทางชีวเคมีของ Lehninger Macmillan
- พลิเมอร์, RHA (2455) รัฐธรรมนูญทางเคมีของโปรตีน (ฉบับที่ 1) Longmans สีเขียว
- Szabados, L. , & Savouré, A. (2010). Proline: กรดอะมิโนสารพัดประโยชน์ แนวโน้มพืชศาสตร์, 15 (2), 89-97.