פרולין: מאפיינים, מבנה, פונקציות, מזונות - ביולוגיה - 2025

פרולין (פרו, P) שייך 22 חומצות אמינו המסווגים בסיסיים. זוהי חומצת אמינו לא חיונית, מכיוון שהיא יכולה להיות מסונתזת על ידי אדם ובעלי חיים אחרים של יונקים.

בשנת 1900 המדען הגרמני ריצ'רד וילסטטר היה הראשון לחלץ ולצפות בפרולין. עם זאת, זה היה אמילי פישר, בשנת 1901, שטבע את המונח "פרולין" על בסיס טבעת הפירולידין של חומצת האמינו; חוקר זה הצליח גם להסביר בפירוט את סינתזת הפרולין מקזאין החלב.

מבנה כימי של חומצת האמינו פרולין (מקור: Clavecin באמצעות Wikimedia Commons)

בחלבונים כמו קזאין, הפרולין ממלא תפקיד חיוני ב"פיתולים "וקפלים מבניים. בחלבון זה הפרולין מופץ באופן הומוגני בכל המבנה ונקשר ל- ß קזאין וחלבון αs1; יתר על כן, זה מונע היווצרות של כיפופים או לולאות מבניים לקויים.

בניתוחים ביוכימיים הנפוצים לקביעת הרצף המדויק של חומצות אמינו המרכיבות חלבונים, פרולין היא אחת מחומצות האמינו הקשות ביותר לזיהוי, מכיוון שקבוצת האמינו המשנית של פרולין היא בעלת התנהגות שונה ולא ניתן לאתר אותה בקלות. .

צפדינה היא אולי המחלה הידועה ביותר הקשורה לפרולין. זה קשור למחסור בצריכת ויטמין C, שמשפיע ישירות על ההידרוקסילציה של הפרולין בסיבי קולגן, וגורם להיחלשות מערכתית בגלל חוסר היציבות של סיבי קולגן שנמצאים בכל הגוף.

מאפיינים

קבוצת האמינו המשנית המחוברת לפחמן α מקשה על משימת סיווג הפרולין במקצת. עם זאת, בחלק מהטקסטים זה מסווג יחד עם חומצות אמינו מסועפות או עם שרשראות צדדיות אליפטיות, שכן שרשרת הצד או קבוצת R של הפרולין הם הידרופוביים או אליפטיים.

אחד המאפיינים החשובים ביותר של הפרולין הוא שבשום מקרה אינו יכול ליצור קשרי מימן, מה שהופך אותו לאידיאלי לבניית הסיבובים המורכבים והמורכבים במבנים השלשוניים של חלבונים.

כשם שלכל חומצות האמינו יש שני איזופורמים התלויים באטום הפחמן המרכזי, ניתן למצוא פרולין בטבע כ- L-Proline או כ- D- Proline. עם זאת, צורת הפרולין L היא השופעת ביותר בטבעה והיא זו שהיא חלק ממבני החלבון.

בחלבונים שבהם הוא נמצא, פרולין תופסת לעתים קרובות מקומות קרובים לפני השטח או לאתרי הקפלים או "מסובבים" את שרשרת הפוליפפטיד, שכן המבנה הנוקשה והסגור של הפרולין מקשה על אינטראקציה חזקה עם חומצות אמינו אחרות. .

מִבְנֶה

לפרולין יש מבנה מסוים בקרב חומצות אמינו בסיסיות, שכן יש לה קבוצת אמינו משנית (NH2) ולא קבוצת האמינו הראשית האופיינית לכל חומצות האמינו.

קבוצת R או השרשרת הצדדית של הפרולין היא טבעת פירולידין או טטרה-הידרופירול. קבוצה זו נוצרת על ידי אמין הטרוציקלי (ללא קשרים כפולים) של חמישה אטומי פחמן, כאשר כל אחד מהם רווי באטומי מימן.

לפרולין יש את המוזרויות כי אטום הפחמן "המרכזי" כלול בטבעת ההטרוציקלית הפירולידינית, כך שהאטומים היחידים "החופשיים" או "הבולטים" הם קבוצת הקרבוקסיל (COOH) ואטום המימן (H ) מהטבעת ההטרוציקלית של חומצת האמינו.

הנוסחה המולקולרית של פרולין היא C5H9NO2 ושמה IUPAC הוא פירולולין-2-קרבוקסילית. יש לו משקל מולקולרי משוער של 115.13 גרם / מול ותדירות הופעתו בחלבונים היא בערך 7%.

מאפיינים

סיבי קולגן וטרופוקולגן הם החלבונים השכיחים ביותר אצל רוב בעלי החוליות. אלה מהווים את העור, הגידים, מטריצת העצמות ורקמות רבות אחרות.

סיבי קולגן מורכבים מרבים משולשי פוליפפטיד חוזרים ונשנים החוזרים על עצמם, בתורם, מורכבים משרידי פרולין וגליצין מרובים ברצף גליצין-פרולין-פרולין / הידרוקסי-פרולין (האחרון הוא נגזרת שונה של פרולין).

בצורתו המקורית, הפרולין הוא חלק מפרוקולגן, וזהו מבשר של פוליפפטידים של קולגן וכמה חלבוני רקמת חיבור אחרים. האנזים פרוקולגן פרולין הידרוקסילאז אחראי על שאריות פרולין הידרוקסילציה שמקורם בהידרוקסיפרולין ובכך משיג התבגרות של פרוקולגן לקולגן עצמו.

מה התפקיד העיקרי של הפרולין בסיבי קולגן?

ההידרוקסיפרולין מעניק לו את המאפיינים של עמידות לקולגן, מכיוון שנגזרת של חומצת אמינו זו יש את היכולת ליצור מספר גדול של קשרי מימן בין שרשראות הסליל המשולש המרכיבים את החלבון.

האנזימים המזרזים את ההידרוקסילציה של שאריות פרולין דורשים נוכחות של ויטמין C (חומצה אסקורבית) וכאמור, צפדינה נובעת מהיחלשות סיבי הקולגן כתוצאה מכישלון בהידרוקסילציה של שאריות הפרולין. , הגורם לירידה בקשרי המימן המחזיקים בסיבי הקולגן.

פעולות אחרות

פרולין חיוני ליצירת קפלי חלבון ופיתולים.

המבנה הסגור שלה מקשה על "התאמה" של חלבונים בתוך חלבונים, בנוסף, מכיוון שהיא אינה יכולה ליצור קשרי מימן ל"אינטראקציה "עם שאריות סמוכות אחרות, היא גורמת להיווצרות" פניות "או" פיתולים ". לאורך כל מבנה החלבונים היכן שהם נמצאים.

כל החלבונים קצרי מועד הם בעלי אזור אחד לפחות עם חוזרים רבים של פרולין, גלוטמט, סרין ותראונין. אזורים אלה נעים בין 12 ל 60 שאריות ונקראים רצפי PEST.

חלבונים המכילים את רצף ה- PEST מסומנים על ידי ubiquitination להשפלות לאחר מכן בפרוטאזומים.

ביוסינתזה

ניתן לסנתז חומצות אמיניות רבות מחומרים ביניים של גליקוליזה, מסלול פוספט פוספט או מחזור חומצות לימון (מחזור קרבס). פרולין וארגינין נוצרים במסלולי הגלוטמט הקצרים.

המסלול הביוסינתטי המשותף כמעט לכל היצורים החיים מתחיל בהמרה של ל-גלוטמט ל- γ-L-glutamyl-5-phosphate בזכות פעולתו של האנזים גלוטמט-5-קינאז (בחיידקים) או על ידי γ-glutamyl -קינאז (אצל בני אדם).

תגובה זו כוללת זרחן תלוי ATP לפיו, בנוסף למוצר העיקרי, נוצרת מולקולת ADP.

התגובה המנותזת על ידי גלוטמט 5-סמיאלדהיד dehydrogenase (בחיידקים) או על ידי γ-glutamyl phosphate reductase (בבני אדם) ממירה את γ-L-glutamyl-5-phosphate ל- L-glutamate-5-semialdehyde ותגובה זו מצריכה את ה- נוכחות הקופקטור NADPH.

L-glutamate-5-semialdehyde מתייבש באופן הפיך וספונטני ל- (S) -1-1-pyrroline-5-carboxylate, אשר לאחר מכן מומר ל L- פרולין על ידי האנזים פירולין-5-קרבוקסילאט רדוקטאז (בחיידקים ובבני אדם ), שבתגובתה יש צורך גם במולקולה של NADPH או NADH.

הַשׁפָּלָה

פרולין, ארגינין, גלוטמין והיסטידין מתמעטים ללא הרף ל α-קטוגלוטרט כדי להיכנס למחזור חומצות לימון או למחזור קרבס. במקרה הספציפי של פרולין, הוא מתחמצן תחילה על ידי האנזים פרולין אוקסידאז לפירולין-5-קרבוקסילאט.

בשלב הראשון, בו מתרחשת חמצון הפרולין לפירולין-5-קרבוקסילאט, הפרוטונים המנותקים מתקבלים על ידי E-FAD, ומצמצמים ל- E-FADH2; שלב זה בלעדי לפרולין של חומצת האמינו.

על ידי תגובה ספונטנית, הפירולין-5-קרבוקסילאט הופך לגלוטמט γ-semi-aldehyde המשמש אז כמצע עבור האנזים גלוטמט γ-semi-aldehyde dehydrogenase. בשלב זה משוחררים שני פרוטונים, אחד מהם מתקבל על ידי NAD המופחת ל- NADH והשני חופשי בצורה של H +.

ארגינין, כמו פרולין, הופך לגלוטמט γ-semialdehyde, אך דרך מסלול מטבולי חלופי הכולל שני אנזימים שונים.

האנזים גלוטמט γ-semialdehyde dehydrogenase הופך את הגלוטמט γ-semialdehyde ל- L- גלוטמט. בהמשך, חמצון L-glutamate זה שוב על ידי אנזים גלוטמט דהידרוגנאז, איתו נוצר סוף סוף α-קטוגלוטרט, שישולב במחזור חומצות לימון.

בשלב חמצון הגלוטמט, משוחררים פרוטון (H +) וקבוצת אמינו (NH3 +). הפרוטון מקטין קבוצת NADP + ונוצרת מולקולת NADPH.

למרות קווי הדמיון הרבים הקיימים בין מסלולי ההידרדרות והביוסינתזה של פרולין וארגינין, חומצות אמינו אלה מסונתזות ומופרות על ידי נתיבים מנוגדים לחלוטין תוך שימוש באנזימים שונים, קופקטורים שונים ותאים תאיים שונים המתרחשים.

אוכל עשיר בלינה

באופן כללי, לכל המזונות עשירים בחלבון יש כמויות גדולות של פרולין. אלה כוללים בשר, חלב, ביצים ועוד. עם זאת, כאשר גופנו במצב אופטימלי של בריאות ותזונה, הוא מסוגל לסנתז באופן אנדוגני פרולין.

פרולין ניתן למצוא גם בקטניות ואגוזים רבים, ובדגנים מלאים כמו שיבולת שועל למשל. מזונות אחרים העשירים בפרולין הם סובין חיטה, אגוזי מלך, שקדים, אפונה ושעועית, בין היתר.

כמה חנויות מזון בריאות מנסחות לעיתים טבליות של חומצות האמינו L-lysine ו- L-Proline בשילוב כדי לעזור לאנשים עם בעיות מפרקים או לעכב את הזדקנות הרקמות.

עם זאת, לא הוכח בוודאות שלנטילת תוספי תזונה של חומצות אמינו אלה השפעה משמעותית על עיכוב הזיקנה או תנאים אחרים האופייניים לגיל ההתקדמות.

היתרונות מצריכתו

דיאטות עשירות בפרולין נקבעות לרוב לאנשים הסובלים ממחלות מפרקים כמו דלקת פרקים, נקעים, קרעים ברצועות, פריקות, דלקת דלקת הנשימה ואחרים, וזה נובע מהקשר שלה לסינתזה של סיבי קולגן הקיימים רקמות חיבור בגוף.

רבים מהקרמים והטבליות הפרמקולוגיות המשמשים בתעשייה האסתטית מועשרים בפרולין L, מכיוון שמחקרים מסוימים הראו כי חומצה אמינית זו יכולה להגדיל בדרך כלשהי את הסינתזה של קולגן ולכן לשפר את מרקם העור, להאיץ את הריפוי של פצעים, ליקויים, כיבים וכוויות.

בתעשיית המזון ישנם חלבונים שיש להם "פפטידים ביו-אקטיביים" המבצעים פונקציות מעבר לתכונותיהם התזונתיות. לפפטידים אלה בדרך כלל שניים עד תשעה שאריות חומצות אמיניות, כולל פרולין, ארגינין וליזין.

פפטידים ביולוגיים אמריים יכולים להיות בעלי פעילות יתר לחץ דם עם השפעה מסוימת של אופיואידים; הם יכולים לפעול כמעבדי חיסון על ידי גירוי התגובה החיסונית כנגד כמה פתוגנים ואף יכולים לגרום לעלייה בפעילות הדם, מה שמשפר את זרימת הדם של הצורכים אותם.

הפרעות לקויות

גלוטן הוא חלבון המצוי בדגני חיטה הגורם לדלקת במעי. אנשים הסובלים מ"אי-סובלנות לגלוטן "ידועים כחולי" צליאק ", ידוע כי חלבון זה עשיר בפרולין וגלוטמין, שההשפלה הפרוטאוליטית שלהם קשה לאנשים עם מצב זה.

מחלות מסוימות קשורות לקיפול שגוי של חלבונים חשובים ונפוץ מאוד כי ליקויים אלה קשורים לאיזומריזציה cis-trans של קשרי האמיד ב שאריות הפרולין, מכיוון שלא כמו קשרי פפטיד אחרים בהם האיזומר הטרנס מועדף מאוד, בפרולין הוא מקופח.

בשאריות פרולין נצפתה כי קיימת נטייה משמעותית להיווצרות האיזומר של הציס הראשון מהאיזומר הטרנס בעמידים הסמוכים לשאריות הפרולין, מה שיכול ליצור קונפורמציה "לא נכונה" של החלבונים.

הפרעות מטבוליות

בדומה לחומצות אמינו חיוניות ולא חיוניות אחרות, ההפרעות הפתולוגיות העיקריות הקשורות לפרולין קשורות בדרך כלל לפגמים בדרכי ההטמעה של חומצת אמינו זו.

היפרפרולינמיה, למשל, הוא מקרה טיפוסי של מחסור באחד האנזימים המשתתפים במסלול השפלה של פרולין, ובמיוחד די-הידרוגנז 1-פירולין-5-קרבוקסילאט, מה שמוביל להצטברות של המצע שלו, מה שבסופו של דבר מפעיל את המסלול.

פתולוגיה זו מאובחנת בדרך כלל על ידי תכולת פרולין גבוהה בפלסמת הדם ועל ידי נוכחות המטבוליט 1-פירולין-5-קרבוקסילט בשתן של חולים מושפעים.

הסימפטומים העיקריים של מחלה זו מורכבים מהפרעות נוירולוגיות, מחלות כליות ואובדן שמיעה או חירשות. מקרים חמורים אחרים כוללים פיגור שכלי קשה וקשיים פסיכומוטוריים ניכרים.

הפניות

1. אבו-בייקר, ש '(2015). סקירה של ביוכימיה: מושגים וקשרים
2. Delauney, AJ, & Verma, DPS (1993). ביו-סינתזה של פרולין ושחיקה באוסמור בצמחים. יומן הצמח, 4 (2), 215-223.
3. List, B., Lerner, RA, & Barbas, CF (2000). תגובות פרולין מזרזות ישירות א-סימטריות ישירות. Journal of the American Chemical Society, 122 (10), 2395-2396
4. נלסון, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). עקרונות הלינגר של הביוכימיה. מקמילן.
5. פלימר, RHA (1912). ההרכב הכימי של החלבונים (כרך 1). לונגמנס, גרין.
6. Szabados, L., & Savouré, A. (2010). פרולין: חומצת אמינו רב-פונקציונאלית. מגמות במדעי הצומח, 15 (2), 89-97.