脯氨酸

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
脯氨酸
IUPAC名
Proline
系统名
Pyrrolidine-2-carboxylic acid[1]
识别
CAS号 609-36-9
344-25-2((R))
147-85-3((S))
PubChem 614
8988((R))
145742((S))
ChemSpider 5948640 (R), 128566 (S)
SMILES
InChI
Beilstein 80812
Gmelin 26927
EINECS 210-189-3
ChEBI 26271
RTECS TW3584000
DrugBank DB02853
KEGG C16435
MeSH Proline
性质
化学式 C5H9NO2
摩尔质量 115.13 g·mol−1
精确质量 115.063328537 g mol−1
外观 Transparent crystals
熔点 205-228 °C(478-501 K)((decomposes))
溶解性 1.5g/100g ethanol 19 degC[2]
log P -0.06
pKa 1.99 (carboxyl), 10.96 (amino)[3]
危险性
安全术语 S:S22, S24/25
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

脯氨酸(縮寫為ProP )是一個α-氨基酸,20個DNA編碼的其中之一,其對應密碼子為CCU,CCC,CCA和CCG,脯氨酸不是一種必需氨基酸,人體可以自行合成,其在20個蛋白質形成氨基酸中最特別之處在於,胺氮被綁定到並非一個而是兩個烷基基團,因此使它具有仲氨L型較常具有S立體化學。

生物化學[编辑]

脯氨酸由氨基酸的L-谷氨酸和其中間前驅物亞氨基乙酸(''S'')-1 -吡咯啉-5-羧酸甲酯(P5C)生物合成而成,典型生物合成所需要的酶包括:[4]

  1. 谷氨酸5-激酶谷氨酸1-激酶(ATP依賴性)
  2. 氨酸脫氫酶(須具備NADH或NADPH)
  3. 吡咯啉-5-羧酸還原酶(須具備NADH或NADPH)
Zwitterionic structure of both proline enantiomers: (S)-proline (left) and (R)-proline

蛋白質結構的特性[编辑]

脯氨酸側鏈的獨特環狀結構,使脯氨酸相對於其他氨基酸具有特殊構象剛性,它也影響了脯氨酸和其他氨基酸之間肽鍵形成的速率,當脯氨酸在一個肽鍵中被綁定作為酰胺時,其氮分子未綁定到任何的氫分子,則它不能作為氫鍵供體,但可以是氫鍵受體。

Pro-tRNAPro的肽鍵形成相較於其他tRNA相當的緩慢,此為N-烷基氨基羧酸一般的特徵,[5] tRNA和脯氨酸鍵結端部之間肽鍵的形成也相當緩慢,在所有脯氨酸鍵結和脯氨酸鍵結之間的創造是速度最慢的。[6]

脯氨酸的特殊構象剛性影響蛋白質的二級結構,其蛋白質鄰近於一個脯氨酸殘基,而使脯氨酸在嗜熱生物蛋白質中的高發病率,蛋白質的二級結構可以兩面角φ,ψ和蛋白質主鏈ω表示,脯氨酸側鏈的鎖環結構的夾角φ約-60℃。

脯氨酸在正規二級結構元素中間為結構性干擾物,如α螺旋β片層,脯氨酸是α螺旋常見的第一個殘基,也同時是β片層的邊緣鏈,脯氨酸也常發現於匝數(另一種二級結構)中,且有助於β匝數的形成,儘管具有一個完整的脂肪族側鏈,脯氨酸通常暴露於溶劑之外。

一排中的多個脯氨酸和/或羥基脯氨酸可以創造一個聚脯氨酸螺旋,聚脯氨酸螺旋是膠原中的主要二級結構,脯氨酸經由脯氨酰羥化酶(或其它添加的吸電子取代基,如)的羥基化,顯著增加膠原蛋白的構象穩定性。[7] 因此,脯氨酸的羥基化是一個關鍵生化過程,用以維持高等生物體的結締組織,嚴重疾病如敗血症,可導致羥基化的缺陷,例如在酶脯氨酰羥化酶中突變或缺乏必要的抗壞血酸(維生素C)輔助因子。

脯氨酸和2-氨基異丁酸(AIB)的序列也可以形成一個螺旋圈結構。[來源請求]

順反異構物[编辑]

脯氨酸的肽鍵,和其它N-取代的氨基酸(如)肌氨酸),都能夠填充順式反式異構物,大多數肽鍵壓倒多數的採用”順式”異構體(非應變條件下通常為99.9%),主要是因為前述\mathrm{C}^{\alpha} 原子酰胺氫(反式異構體)比後面的\mathrm{C}^{\alpha} 原子 (反式 異構物) 具有更小的空間位阻斥力,相反的,X-Pro肽鍵的”順””反”異構物(X表示任何氨基酸)都經歷和相鄰取代反應的立體位阻碰撞且幾乎相等力度,因此,X-Pro的肽鍵在非應變條件下的”順式”異構體的比例範圍為10-40%,並輕微依賴於前面的氨基酸,其具有芳香族殘基有利於成為”順式”異構物。

從動力學的角度來看,脯氨酸的”順”-“反”異構化是一個非常緩慢的過程,可以透過捕獲一個或多個脯氨酸關鍵殘基進行非自然異構物中折疊,以阻礙蛋白質折疊,尤其當自然蛋白質需要”順式”異構物時,因為當脯氨酸殘基在核糖體中被完全合成為反式異構體形式,所有生物體利用脯氨酰異構酶催化異構化,而一些細菌具有專門的與核糖體有關的脯氨酰異構酶,然而,並非所有的脯氨酸是用於折疊是必須的,儘管具有許多X-脯肽鍵的非天然異構物的蛋白質以正常的速率進行折疊。

用途[编辑]

脯氨酸和其衍生物通常在有機反應中當作對稱催化劑,CBS的減少和脯氨酸被催化羥醛縮合反應是突出的例子。

L-脯氨酸是一種滲透保護劑,因此可用於多種藥物,生物技術的應用。

在釀造時,蛋白質富含和多酚結合的脯氨酸,可產生霧度(濁度)。[8]

特色[编辑]

脯氨酸是兩個不跟隨典型拉馬錢德蘭情節而是甘氨酸的氨基酸之一,由於連接β碳原子的環形成時,肽鍵的ψ和φ角度有較少允許度的旋轉,因此,它經常被發現於蛋白質的“匝數”當其自由熵(ΔS)比其他氨基酸大,因此在折疊的形式與未折疊的形式的比較中熵的變化較少,此外,脯氨酸的α和β結構很少被發現,因為其側鏈上α-N只能形成一個氫鍵,它會降低結構的穩定性。

此外,脯氨酸是唯一的氨基酸,其在色譜法中噴灑茚三酮後形成藍色/紫色。但卻相反的產生橙/黃色。

歷史[编辑]

在1990年,Richard Willstätter透過丙二酸二乙酯的鈉鹽與1,3 -二溴丙烷的反應合成脯氨酸。在1901年, Hermann Emil Fischer從酪蛋白和γ-鄰苯二甲酰-propylmalonic酯的分解產物分離脯氨酸。[9]

See also[编辑]

Synthesis[编辑]

Racemic proline can be synthesized from diethyl malonate and acrylonitrile:[10]

DL-Proline synth.pngTemplate:Clear-left

References[编辑]

  1. ^ http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=614&loc=ec_rcs
  2. ^ H.-D. Belitz; W. Grosch; P. Schieberle. Food Chemistry. . 15. ISBN 978-3-540-69933-0. 
  3. ^ Nelson, D.L., Cox, M.M., Principles of Biochemistry. NY: W.H. Freeman and Company.
  4. ^ Template:Lehninger3rd.
  5. ^ Pavlov, Michael Y; Watts, Richard E; Tan, Zhongping; Cornish, Virginia W; Ehrenberg, Måns; Forster, Anthony C, Slow peptide bond formation by proline and other N-alkylamino acids in translation, PNAS. 2010, 106 (1): 50–54, doi:10.1073/pnas.0809211106, PMID 19104062 .
  6. ^ Buskirk, Allen R.; Green, Rachel. Getting Past Polyproline Pauses. Science. 2013, 339 (6115): 38–39. doi:10.1126/science.1233338. 
  7. ^ Szpak, Paul. Fish bone chemistry and ultrastructure: implications for taphonomy and stable isotope analysis. Journal of Archaeological Science. 2011, 38 (12): 3358–3372. doi:10.1016/j.jas.2011.07.022. 
  8. ^ K.J. Siebert, "Haze and Foam",[1] Accessed July 12, 2010.
  9. ^ R.H.A. PlimmerR.H.A. Plimmer & F.G. Hopkins, ., The chemical composition of the proteins, Monographs on biochemistry, Part I. Analysis. 2nd, London: Longmans, Green and Co.. 1912 [1908]:  130 [September 20, 2010] 
  10. ^ Vogel, Practical Organic Chemistry 5th edition

Further reading[编辑]

  • Balbach, J.; Schmid, F. X., Proline isomerization and its catalysis in protein folding//Pain, R. H., Mechanisms of Protein Folding. 2nd, Oxford University Press. 2000:  212–49, ISBN 0-19-963788-1 .
  • For a thorough scientific overview of disorders of proline and hydroxyproline metabolism, one can consult chapter 81 of OMMBID Charles Scriver, Beaudet, A.L., Valle, D., Sly, W.S., Vogelstein, B., Childs, B., Kinzler, K.W. (Accessed 2007). The Online Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. New York: McGraw-Hill. - Summaries of 255 chapters, full text through many universities. There is also the OMMBID blog.

External links[编辑]


Template:Amino acids