ALANĪNS: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, BIOSINTĒZE - BIOLOĢIJA - 2025

Alanīna (Ala) ir viens no 22 zināmajiem aminoskābēm, kas ietver olbaltumvielu struktūru visiem organismiem, no baktērijām cilvēkam. Tā kā ķermenis to var sintezēt, to klasificē kā nebūtisku aminoskābi.

Olbaltumvielām ir pamata vai primārā struktūra, kas sastāv no aminoskābju ķēdes, ko sauc par polipeptīdu ķēdi, šajās ķēdēs katru aminoskābi veido centrālais ogleklis, ko sauc par α oglekli.

Aminoskābes alanīna ķīmiskā struktūra (Avots: Borb, izmantojot Wikimedia Commons)

Α ogleklis ir piesaistīts četrām grupām: aminogrupai (-NH2), karboksilgrupai (-COOH), ūdeņraža atomam (-H) un grupai vai sānu ķēdei (-R), kas identificē katru aminoskābi. Sānu ķēdē ogleklis secīgi ņem burtus ß, γ, δ un ε.

Aminoskābes klasificē pēc to sānu ķēžu polaritātes, un tādējādi ir apolāras hidrofobiskas un polāras hidrofilas aminoskābes, kuras, savukārt, var būt neitrālas, bāzes un skābas. Alanīns ir hidrofobiska apolārā aminoskābe un ir vienkāršākā aminoskābe pēc glicīna un visbagātākā lielākajā daļā olbaltumvielu.

Alanīnu var veidot muskuļos un pārvadāt uz aknām, kur tas tiek ievadīts glikoneogēnā ceļā, tas ir, glikozes veidošanās ceļā no neglikozīdiskām vielām. Alanīnu var sintezēt arī aknās, sadalot triptofānu un uracilu, un to var sadalīt, veidojot piruvātu.

Tas piedalās triptofāna, piridoksīna (B6 vitamīns) un karnozīna sintēzē, un, tā kā to var pārveidot par piruvātu, tas netieši piedalās glikēmijas regulēšanā vai kā skeleta muskuļa enerģijas avots.

To lieto kā uztura bagātinātāju, lai uzlabotu sportisko sniegumu, un tas dabiski atrodams liellopu gaļā, cūkgaļā un zivīs, kā arī pienā un tā atvasinājumos un olās. Daži pākšaugi, augļi un rieksti ir bagāti arī ar alanīnu.

Uzbūve

Iepriekš tika apspriests, ka alanīnam, tāpat kā visām aminoskābēm, ir α-ogleklis ar četrām grupām, kas tai piestiprinātas, R grupa ir metilgrupa (-CH3).

Tāpēc pie ķermeņa pH (ap 7,4) alanīna α-ogleklis ir pievienots protonētai aminogrupai (-NH3 +), karboksilgrupei, kas ir zaudējusi protonu (-COO-), ūdeņradim un a metilgrupa (-CH3).

Lielākā daļa aminoskābju ir jonizējamas, ja pH ir 7,0, un ģeometriski tām var būt izomēri, kas pazīstami kā enantiomēri, kas ir spoguļattēli, tāpat kā labā un kreisā roka.

Pēc tam visas aminoskābes var atrast kā "hirālos pārus", kas apzīmēti ar D vai L (attiecīgi dekstro un levo), atkarībā no atomu, kas apņem α-oglekli, pozīcijas.

Tomēr alanīns, tāpat kā vairums aminoskābju, atrodams galvenokārt L formā, jo tā ir forma, ko fermenti ievieto proteīnu sintēzes laikā.

Šo aminoskābi var atrast arī kā β-alanīnu, kurā aminogrupa ir piesaistīta pie tās β-oglekļa, tas ir, ar tās sānu ķēdes pirmo oglekli.

Β-Alanīns ir atrodams pantotēnskābē (B5 vitamīns) un dažos dabiskos peptīdos. D-alanīns ir atrodams dažos polipeptīdos, kas ir dažu baktēriju šūnu sienas.

Grupa R (metilgrupa, CH

Alanīna sānu ķēdes metilgrupa ir piesātināts ogļūdeņradis, kas piešķir šai aminoskābei nepolāro hidrofobisko īpašību. Šī alanīna īpašība ir raksturīga citām šīs grupas aminoskābēm, piemēram, glicīnam, valīnam, leicīnam un izoleicīnam.

Aminoskābes, kas veido alifātisko vielu grupu, ir ķīmiski neitrālas aminoskābes, un tām ir ļoti liela nozīme olbaltumvielu trīsdimensiju struktūras veidošanā un uzturēšanā, jo tām ir tendence reaģēt savā starpā, izņemot ūdeni.

Šīs aminoskābes, ieskaitot alanīnu, satur vienādu skaitu jonizējamo grupu ar pretējām lādēm, tāpēc tām nav neto lādiņa un tās sauc par “cviterijiem”.

Iespējas

Tāpat kā vairums zināmo aminoskābju, arī alanīns tiek izmantots peptīdu un olbaltumvielu sintēzē kopumā, un tas piedalās polipeptīdu struktūras noteikšanā un dažu olbaltumvielu terciārajā struktūrā.

Vēl viena svarīga alanīna funkcija ir netieša līdzdalība glikēmijas kontrolē:

Tas var izraisīt piruvāta veidošanos un otrādi, tas arī var sasniegt aknas un glikoneoģenēzes laikā kļūt par glikozi, lai pēc vajadzības nonāktu apgrozībā vai tiktu izmantots glikogēna sintēzē.

Alanīns piedalās kā amonija transportētājs no muskuļiem uz aknām, jo ​​to var sintezēt, aminējot no piruvāta, transportēt uz aknām un tur to pārveidot transaminējot.

Tas notiek vienlaikus ar α-ketoglutarāta pārveidošanu par glutamātu, kas var iekļūt urīnvielas ciklā un pārvērsties atpakaļ par piruvātu.

Citas funkcijas

Šī aminoskābe ir būtiska triptofāna un piridoksīna sintēzē. Lai arī ķīmiski vāji reaģē, alanīnam var būt substrāta atpazīšanas un fermentu regulēšanas funkcijas.

Viena no β-alanīna funkcijām ir kā uztura bagātinātājs, jo to izmanto kā ergogēnu vingrinājumu. Β-alanīna uzņemšana palielina karnozīna (dipeptīds, ko veido β-alanīns un histidīns) koncentrāciju skeleta muskuļos, darbojoties kā “buferis”.

Parasti karnozīns neietekmē muskuļu šūnas kopējo buferšķīdumu, un tas ir saistīts ar zemo koncentrāciju. Β-alanīna ievadīšana palielina šo koncentrāciju un līdz ar to bufera ietilpību, tādējādi uzlabojot izturību, samazinot nogurumu.

Biosintēze

Vissvarīgākā alanīna sintēze cilvēka ķermenī notiek ar piruvskābes reduktīvu aminēšanu. Šai reakcijai nepieciešams viens fermentatīvs solis.

Piruvāts nodrošina oglekļa skeletu, bet glutamāts nodrošina aminogrupu, kas tiek pārnesta uz piruvātu. Ferments, kas katalizē šo atgriezenisko reakciju, ir alanīna transamināze.

Šīs reakcijas rezultātā rodas alanīns un α-ketoglutarāts. Pēc tam alanīns var atrasties glikoneoģenēzē, glikolīzē un Krebsa ciklā.

Vēl viens alanīna avots nāk no triptofāna sadalīšanās līdz acetil-CoA. Šajā ceļā, kad enzīms kinurenināze hidrolizē 3-hidroksihinurenīnu, veidojas 3-hidroksiantranilāts un alanīns. Alanīns izdalās, un 3-hidroksi-antraranilāts seko vielmaiņas ceļam.

Uracila noārdīšanās ir vēl viens alanīna avots. Šajā gadījumā tiek ražots β-alanīns, kas var sekot vairākiem metabolisma ceļiem, no kuriem viens ir jākļūst par acetil-CoA.

Degradācija

Vispārējs aminoskābju sadalīšanās process

Aminoskābes neuzglabā tāpat kā ogļhidrātus un taukus, tāpēc tās, kas izdalās olbaltumvielu sadalīšanās laikā, ir atkārtoti jāizmanto jaunu olbaltumvielu un nukleotīdu sintēzei.

No otras puses, aminoskābes var sadalīties, un to oglekļa skeletus var izmantot kataboliskās vai anaboliskās reakcijās.

Kad aminoskābes tiek sadalītas, slāpekļa pārpalikums veido amonjaku, kas ir toksiska viela, kas jālikvidē, un pirmais solis aminoskābju sadalīšanās procesā ir slāpekļa izvadīšana.

Zīdītājiem šī sadalīšanās notiek aknās; tur visas aminoskābes, kas ir pārmērīgas un kuras nevar izmantot, tiek noārdītas.

Alanīna sadalīšanās

Alanīna sadalīšanās notiek, pārvērtot alanīnu par piruvātu. Šo reakciju katalizē alanīna transamināze, un tai nepieciešama α-ketoglutarāta kā aminogrupas akceptora klātbūtne un sekojoša glutamāta veidošanās; tā ir atgriezeniska reakcija.

Šīs reakcijas, kas saistītas ar alanīna veidošanos no piruvāta, un alanīna sadalīšanos, veidojot piruvātu, ir cikla daļa, kurā iesaistīti skeleta muskuļi un aknas.

Aknas piegādā glikozi muskuļiem, un muskuļi, veicot glikolīzi, pārvērš glikozi piruvātā, lai iegūtu ATP; Šis piruvāts var iekļūt alanīna sintēzē, ko var izvadīt asinsritē un atgriezties aknās, kas to pārvērš atpakaļ par piruvātu, kas nonāk glikoneoģenēzē, veidojot glikozi.

Ja nepieciešams, ciklu atkārto. Aknās, ražojot piruvātu no alanīna, rodas amonija joni, kas saistās ar glutamīnu un glutamātu, un tie nonāk urīnvielas ciklā. Tad urīnviela tiek izvadīta ar urīnu.

Alanīns, glicīns, cisteīns, serīns un treonīns ir glikogēnas aminoskābes, jo to sadalīšanās var izraisīt piruvāta, α-ketoglutarāta, sukcinil-CoA, fumarāta vai oksaloacetāta, visus glikozes glikogenogēnos priekšgājējus.

Pārtika, kas bagāta ar Alanīnu

Galvenie aminoskābju avoti ir liesa gaļa, zivis, gliemenes, olas un piena produkti, tomēr alanīns ir atrodams arī daudzos augu izcelsmes pārtikas produktos. Pārtikas, kas bagāta ar alanīnu, piemēri:

- gaļa, piemēram, liellopu gaļa, cūkgaļa, aitas, vistas, tītara, truša, zivis; olas, piens un tā atvasinājumi.

- Rieksti, piemēram, lazdu rieksti, valrieksti, kastaņi, mandeles un zemesrieksti, ir alanīna avoti.

- Kokosrieksts, avokado, sparģeļi, baklažāni, manioka vai manioka, bietes, burkāns un saldais kartupelis.

- Pākšaugi, piemēram, kukurūza, pupas un zirņi.

- Labība, piemēram, rīsi, rudzi, kvieši, kakao, auzas un rudzi.

Atsauces

1. Caruso, J., Charles, J., Unruh, K., Giebel, R., Learmonth, L., & Potter, W. (2012). Β-alanīna un karnozīna ergogēnā iedarbība: ierosināti turpmāki pētījumi, lai noteiktu to efektivitāti. Uzturvielas, 4 (7), 585–601.
2. Gille, C., Bölling, C., Hoppe, A., Bulik, S., Hoffmann, S., Hübner, K.,… Holzhütter, HG (2010). HepatoNet1: visaptveroša cilvēka hepatocītu metabolisma rekonstrukcija aknu fizioloģijas analīzei. Molekulāro sistēmu bioloģija, 6 (411), 1. – 13.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioķīmija (3. izd.). Sanfrancisko, Kalifornija: Pīrsons.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harpera ilustrētā bioķīmija (28. izdevums). McGraw-Hill Medical.
5. Nelsons, DL, & Cox, MM (2009). Lehingera bioķīmijas principi. Omega izdevumi (5. izdevums).