Фенилалани́н ( α-амино-β-фенилпропионовая кислота , сокр.: Фен, Phe, F) — ароматическая альфа-аминокислота . Существует в двух оптически изомерных формах l и d и в виде рацемата ( dl ). По химическому строению соединение можно представить как аминокислоту аланин , в которой один из атомов водорода замещён фенильной группой .

l -Фенилаланин является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Участвуя в гидрофобных и стэкинг -взаимодействиях, фенилаланин играет значительную роль в фолдинге и стабилизации белковых структур, является составной частью функциональных центров.

Свойства

Фенилаланин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, разлагающееся при плавлении.

В вакууме при нагревании сублимирует . Ограниченно растворяется в воде, малорастворим в этаноле .

С азотной кислотой даёт . При нагревании подвергается декарбоксилированию .

Биосинтез

В процессе биосинтеза фенилаланина промежуточными соединениями являются шикимат , хоризмат , префенат . Фенилаланин в природе синтезируется микроорганизмами , грибами и растениями . Более подробно биосинтез фенилаланина рассмотрен в статье шикиматный путь .

Для человека, как и для всех Metazoa , фенилаланин является незаменимой аминокислотой и должен поступать в организм в достаточном количестве с белками пищи.

Суточная потребность взрослого человека — 4.4г

Катаболизм

В природе известно несколько путей биодеградации фенилаланина. Основными промежуточными продуктами катаболизма фенилаланина и метаболически связанного с ним тирозина у различных организмов выступают фумарат , пируват , сукцинат , ацетоацетат , ацетальдегид и др. У животных и человека фенилаланин и тирозин распадаются до фумарата (превращается в оксалоацетат , являющийся субстратом глюконеогенеза ) и ацетоацетата (повышает уровень кетоновых тел в крови), поэтому эти аминокислоты по характеру катаболизма у животных относят к глюко-кетогенным (смешанным) (см. классификацию аминокислот ). Основным метаболическим превращением фенилаланина у животных и человека является ферментативное гидроксилирование этой аминокислоты с образованием другой ароматической аминокислоты — тирозина .

Превращение фенилаланина в тирозин в организме в большей степени необходимо для удаления избытка фенилаланина, а не для восстановления запасов тирозина, так как тирозин обычно в достаточном количестве поступает с белками пищи, и его недостатка, как правило, не возникает. Дальнейшим катаболическим превращениям подвергается именно тирозин .

Фенилаланин является предшественником циннамата — одного из основных предшественников фенилпропаноидов . Фенилаланин может метаболизироваться в один из биогенных аминов — фенилэтиламин .

При наследственном заболевании фенилкетонурии превращение фенилаланина в тирозин нарушено, и в организме происходит накопление фенилаланина и его метаболитов ( фенилпируват , , фенилацетат , орто -гидроксифенилацетат, фенилацетилглутамин), избыточное количество которых отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Аналоги

Известно, что некоторые соединения, структурно близкие (аналоги) протеиногенным аминокислотам, способны конкурировать с этими протеиногенными аминокислотами, и включаться вместо них в состав белков в процессе их биосинтеза (хотя, механизмы белкового синтеза способны дискриминировать аналоги в пользу канонических природных аминокислот). Такие аналоги (антагонисты протеиногенных аминокислот), являясь антиметаболитами , в той или иной мере токсичны для клеток. Для фенилаланина хорошо известны следующие аналоги.

• l -2,5-Дигидрофенилаланин (( S )-2-амино-3-(циклогекса-1,4-диенил)-пропановая кислота, pheH ₂ , H ₂ Phe, DHPA) — производится различными Actinobacteria (например, ) и Gammaproteobacteria (например, Photorhabdus luminescens ) как токсин, способствующий выживанию в межвидовой конкурентной борьбе, то есть играет роль антибиотика . l -2,5-Дигидрофенилаланин, как и фенилаланин, в природе синтезируется из префената , то есть шикиматным путём . В экспериментах с ауксотрофным по фенилаланину штаммом Escherichia coli ATCC 9723f удавалось добиться замещения в белках 65 % фенилаланина на 2,5-дигидрофенилаланин, без потери жизнеспособности, хотя скорость роста существенно снижалась пропорционально проценту замещения остатков фенилаланина . В клеточных белках саркомы 180 возможно замещение 33 % остатков фенилаланина, что также не летально для клеток. Показано, что l -2,5-дигидрофенилаланин способен индуцировать катепсин -зависимый апоптоз промиелоцитарных лейкозных клеток человека (HL-60) .
• Фторфенилаланины — синтетические аналоги , в которых определённые атомы водорода (обычно один из атомов водорода фенильной группы) замещён атомом фтора. Атом фтора стерически близок атому водорода (имеет чуть больший радиус Ван-дер-Ваальса (1,35 Å против 1,20 Å), хотя в других отношениях эти атомы различаются значительно — отличаясь высокой электроотрицательностью (4,0 против 2,1), фтор придаёт молекуле бо́льшую полярность , гидрофильность и создаёт так называемый ), поэтому для определённых ауксотрофных по фенилаланину микроорганизмов возможна даже полная замена практически всего фенилаланина на его фторзамещённые аналоги, причём ущерб от такой замены может быть совместим с основными жизненными функциями клетки (рост, деление сильно угнетаются, замедляются, однако полностью не прекращаются) . Фторфенилаланины являются одними из самых широко используемых аналогов природных соединений в биохимических и физиологических исследованиях. Из фторфенилаланинов наиболее хорошо известен и наиболее популярен в исследованиях пара -фторфенилаланин (4-фторфенилаланин, 4fF, pFF, PFPA). Включение в белки п -фторфенилаланина вместо фенилаланина может положительно либо отрицательно сказываться на таких их свойствах, как активность, стабильность и термостойкость . Как правило, п -фторфенилаланин оказывает сильное ингибирующее влияние на темпы роста «отравленных» им микроорганизмов (в его присутствии лаг-фаза длится дольше, а экспоненциальный рост сменяется ), а не его степень (урожайность клеточных культур при добавлении аналога может даже возрастать). Часто процессы деления подавляются сильнее, чем рост — в этом случае размер клеток с каждым делением возрастает вплоть до возникновения гигантских клеток (в случае дрожжей ) или аномально удлинённых палочек (в случае бактерий ). Включаясь в структуру флагеллинов , п -фторфенилаланин нарушает структуру и функционирование бактериальных ( Salmonella Typhimurium ) жгутиков (формируются функционально неполноценные «завитые» правозакрученные жгутики вместо нормальных левозакрученных) . В результате мутаций бактерии могут быстро развивать устойчивость к фторфенилаланинам, поэтому фторфенилаланины не могут быть эффективными противобактериальными средствами.
• Пиридилаланины — 2-азафенилаланин (2aF), 3-азафенилаланин (3aF), 4-азафенилаланин (4aF) — синтетические аналоги, структурное отличие от фенилаланина заключается в «замене» одной из бензольного остатка на атом азота ( пиридиновое ядро вместо бензольного ).
• Прочие аналоги фенилаланина: β-фенилсерин, β-2-тиенилаланин, β-3-тиенилаланин, β-2-фурилаланин, β-3-фурилаланин, β-(1-циклопентен)-аланин .
• Кроме вышеупомянутых аналогов известны и другие (например, α-азафенилаланин, конформационно-фиксированные аналоги, такие как 1,2,3,4-тетрагидроизохинолин-3-карбоновая кислота ), которые фигурируют в различных исследованиях, в том числе и по поиску новых лекарств (биологически активные псевдопептиды и другие).

Производство и применение

Фенилаланин в промышленных масштабах получают микробиологическим способом . Возможен также химический синтез (синтез Эрленмейера из бензальдегида , синтез Штрекера из ) с последующим разделением рацемической смеси при помощи ферментов . Используют фенилаланин для сбалансирования кормов для животных, как компонент спортивного питания, как пищевая добавка. Значительная часть фенилаланина идёт на производство дипептида аспартама — синтетического сахарозаменителя, активно использующегося в пищевой промышленности , чаще в производстве жевательной резинки и газированных напитков . Употребление таких продуктов противопоказано лицам, страдающим фенилкетонурией .

Примечания

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Зефиров Н. С. и др.. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5 (Три-Ятр). — 783 с. — ISBN 5-85270-310-9 .