FENYLALANINE: KENMERKEN, FUNCTIES, BIOSYNTHESE, VOEDSEL - BIOLOGIE - 2026

De fenylalanine (Phe, F) is een van de negen essentiële aminozuren, dwz niet endogeen aangemaakt door het menselijk lichaam. In zijn zijketen heeft dit aminozuur een niet-polaire aromatische verbinding die het kenmerkt.

Fenylalanine, of β-fenyl-α-aminopropionzuur, werd voor het eerst geïdentificeerd in 1879 door wetenschappers JH Schulze en M. Barbieri van een plant uit de Fabaceae-familie die bekend staat als Lupinus luteus of "gele lupine".

Chemische structuur van het aminozuur Phenylalanine (Bron: Clavecin via Wikimedia Commons)

Het L-fenylalanine-L-aspartyldipeptide staat bekend als aspartaam ​​of "NutraSweet", een synthetisch geproduceerde zoetstof die veel wordt gebruikt in restaurants en cafés, meestal om dranken zoals koffie, thee, limonade en andere zoeter te maken. drankjes.

In fruit met climacterische kenmerken veroorzaakt de omzetting van L-fenylalanine in fenolische esters zoals eugenol en zijn methylderivaten de zoete bloemige of honingachtige geur die typisch is voor banaan- en weegbree-vruchten wanneer ze rijp zijn.

Afhankelijk van de vorm kan fenylalanine verschillende smaken hebben. De L-fenylalaninevorm heeft bijvoorbeeld een zoete geur en smaak, terwijl de D-fenylalanine licht bitter is en meestal reukloos is.

Omdat het een sterk hydrofoob karakter heeft, is fenylalanine een van de hoofdbestanddelen van veel van de harsen in de natuur, zoals polystyreen. Deze harsen vormen, wanneer ze in contact komen met watermoleculen, een beschermende of bedekkende structuur die bekend staat als "clathraat".

De genen die coderen voor de biosyntheseroute van fenylalanine worden door plantkundigen gebruikt als evolutionaire klokken, aangezien is gebleken dat ze verband houden met de morfologische diversificatie van landplanten.

Functies en

Fenylalanine deelt met alle aminozuren de carboxylgroep (-COOH), de aminogroep (-NH2) en het waterstofatoom (-H) die zijn bevestigd aan een centraal koolstofatoom dat bekend staat als α-koolstof. Bovendien bezit het natuurlijk een karakteristieke R-groep of zijketen.

Fenylalanine is een van de drie aminozuren met aromatische of benzeenringen als substituenten aan de zijketens. Deze verbindingen zijn niet-polair en daarom sterk hydrofoob.

Het aminozuur in kwestie is bijzonder hydrofoob, omdat het, in tegenstelling tot tyrosine en tryptofaan (de andere twee aminozuren met aromatische ringen), geen amino- of hydroxylgroepen aan zijn benzeenring heeft.

De aromatische, benzoïsche of areengroep van fenylalanine heeft de typische structuur van benzeen: de cyclische ring is gestructureerd door 6 koolstofatomen die resoneren met elkaar door de aanwezigheid van drie dubbele bindingen en drie enkele bindingen binnenin.

In tegenstelling tot tyrosine en tryptofaan, die bij basische pH-waarden respectievelijk een positieve en negatieve lading kunnen krijgen, behoudt fenylalanine zijn neutrale lading, aangezien de benzeenring niet ioniseert en de ladingen op de carboxyl- en aminogroepen elkaar neutraliseren.

Classificatie

Aminozuren worden in verschillende groepen ingedeeld op basis van de kenmerken die hun zijketens of R-groepen hebben, aangezien deze kunnen variëren in grootte, structuur, functionele groepen en zelfs in elektrische lading.

Zoals vermeld, wordt fenylalanine ingedeeld in de groep van aromatische aminozuren, samen met tyrosine en tryptofaan. Al deze verbindingen hebben aromatische ringen in hun structuur, maar tyrosine en tryptofaan hebben ioniseerbare groepen in de substituenten van hun R-groepen.

De lichtabsorptiekarakteristieken van eiwitten bij een golflengte van 280 nm zijn te wijten aan de aanwezigheid van aminozuren die zijn ingedeeld in de fenylalaninegroep, aangezien ze gemakkelijk ultraviolet licht absorberen door hun aromatische ringen.

Het is echter aangetoond dat fenylalanine veel minder absorbeert dan tyrosine en tryptofaan, zodat bij de analyse van sommige eiwitten de absorptie ervan voorspelbaar is.

Stereochemie

Alle aminozuren hebben een chiraal centraal koolstofatoom, waaraan vier verschillende atomen of groepen zijn gehecht en, zoals eerder vermeld, wordt dit atoom geïdentificeerd als het α-koolstofatoom. Op basis van deze koolstof kunnen van elk aminozuur minstens twee stereo-isomeren worden gevonden.

Stereo-isomeren zijn spiegelbeeldmoleculen, die dezelfde molecuulformule hebben, maar niet over elkaar heen kunnen worden gelegd, zoals handen en voeten. Verbindingen die het vlak van gepolariseerd licht experimenteel naar rechts roteren, worden aangeduid met de letter D, en verbindingen die naar links draaien met de letter L.

Het is belangrijk op te merken dat het onderscheid tussen de vormen D-fenylalanine en L-fenylalanine de sleutel is tot het begrijpen van het metabolisme van dit aminozuur in het gewervelde lichaam.

De vorm van L-fenylalanine wordt gemetaboliseerd en gebruikt voor de opbouw van cellulaire eiwitten, terwijl D-fenylalanine in de bloedbaan is aangetroffen als een beschermend middel tegen reactieve zuurstofsoorten (ROS).

Kenmerken

In de jaren negentig werd gedacht dat fenylalanine alleen in sommige plantensoorten werd aangetroffen. Tegenwoordig is het echter bekend dat het in bijna alle hydrofobe domeinen van eiwitten aanwezig is, in feite is fenylalanine het hoofdbestanddeel van aromatische chemische soorten eiwitten.

In planten is fenylalanine een essentieel bestanddeel van alle eiwitten; Bovendien is het een van de voorlopers van secundaire metabolieten zoals fenylpropanoïden (die deel uitmaken van pigmenten) van verdedigingsmoleculen, van flavonoïden, van biopolymeren zoals onder meer lignine en suberine.

Fenylalanine is de basisstructuur voor het vormen van veel van de moleculen die de neuronale homeostase in stand houden, waaronder peptiden zoals vasopressine, melanotropine en enkefaline. Bovendien is dit aminozuur direct betrokken bij de synthese van adrenocorticotroop hormoon (ACTH).

Net als een groot deel van de eiwitaminozuren maakt fenylalanine deel uit van de groep van ketogene en glucogene aminozuren, omdat het het koolstofskelet vormt van tussenproducten van de Krebs-cyclus, die nodig zijn voor het cellulaire en lichaamsenergiemetabolisme.

Wanneer het teveel is, wordt fenylalanine omgezet in tyrosine en later in fumaraat, een tussenproduct in de Krebs-cyclus.

Biosynthese

Fenylalanine is een van de weinige aminozuren die niet door de meeste gewervelde organismen kunnen worden gesynthetiseerd. Momenteel zijn biosynthetische routes voor dit aminozuur alleen bekend in prokaryote organismen, gisten, planten en sommige soorten schimmels.

De genen die verantwoordelijk zijn voor de syntheseroute zijn sterk geconserveerd tussen planten en micro-organismen, daarom heeft biosynthese vergelijkbare stappen in bijna alle soorten. Zelfs sommige enzymen van de route zijn in sommige dieren aanwezig, maar ze zijn niet in staat deze te synthetiseren.

Biosynthese van fenylalanine in planten

In plantensoorten wordt fenylalanine gesynthetiseerd via een interne metabolische route in chloroplasten die bekend staat als de "prephenaatroute". Deze route is metabolisch gerelateerd aan "de shikimaatroute", via L-arogenaat, een van de metabolieten die tijdens de laatste wordt geproduceerd.

Het enzym arogenaatdehydratase katalyseert een drietrapsreactie, waarin het de aromatische ring van arogenaat omzet in de karakteristieke benzeenring van fenylalanine.

Dit enzym katalyseert transaminering, dehydratie en decarboxylering om de aromatische ring van het arogenaat te zuiveren en een ring zonder substituenten te verkrijgen.

Het prephenaat, samen met het fenylpyruvaat dat zich in (het licht) van de chloroplast heeft opgehoopt, kan worden omgezet in fenylalanine door de reactie die wordt gekatalyseerd door het enzym profenaataminotransferase, dat een aminogroep overbrengt naar het fenylpyruvaat, zodat het wordt herkend door het arogenaat dehydratase en opgenomen aan de synthese van fenylalanine.

In sommige Pseudomonas-soorten zijn alternatieve routes naar die van het profenaat beschreven, die verschillende enzymen gebruiken, maar waarvan de substraten voor de synthese van fenylalanine ook prephenaat en arogenaat zijn.

Degradatie

Fenylalanine kan op verschillende manieren uit voedsel worden gemetaboliseerd. De meeste onderzoeken richten zich echter op hun lot in cellen van centraal zenuwweefsel en nierweefsel.

De lever is het belangrijkste orgaan voor de afbraak of afbraak van fenylalanine. In hepatocyten is er een enzym dat bekend staat als fenylalaninehydroxylase, dat fenylalanine kan omzetten in tyrosine of de verbinding L-3,4-dihydroxyfenylalanine (L-DOPA).

De verbinding L-DOPA is een voorloper van noradrenaline, epinefrine en andere hormonen en peptiden met activiteit in het zenuwstelsel.

Fenylalanine kan in hersencellen worden geoxideerd door het enzym tyrosinehydroxylase, dat verantwoordelijk is voor de omzetting van fenylalanine in dopachroom in aanwezigheid van L-ascorbinezuur.

Eerder werd gedacht dat het enzym tyrosinehydroxylase alleen tyrosine hydroxyleerde, maar er werd gevonden dat dit fenylalanine en tyrosine in dezelfde verhouding hydroxyleert en dat de hydroxylering van fenylalanine de hydroxylering van tyrosine remt.

Het is nu bekend dat hoge niveaus van tyrosine de enzymatische activiteit van tyrosinehydroxylase remmen, maar hetzelfde geldt niet voor fenylalanine.

Voedingsmiddelen die rijk zijn aan fenylalanine

Alle voedingsmiddelen die rijk zijn aan eiwitten hebben een fenylalaninegehalte tussen 400 en 700 mg per portie gegeten voedsel. Voedingsmiddelen zoals kabeljauwolie, verse tonijn, kreeften, oesters en andere tweekleppige dieren bevatten meer dan 1.000 mg per portie gegeten voedsel.

Rundvlees en varkensvlees bevatten ook een hoog gehalte aan fenylalanine. Ze zijn echter niet zo hoog als de concentraties die aanwezig zijn in zeedieren. Spek, rundvlees, lever, kip en zuivelproducten bevatten bijvoorbeeld tussen de 700 en 900 mg fenylalanine per portie voedsel.

Noten zoals pinda's en verschillende soorten walnoten zijn andere voedingsmiddelen die een goede hoeveelheid fenylalanine bevatten. Granen zoals sojabonen, kikkererwten en andere peulvruchten kunnen 500-700 mg fenylalanine per portie leveren.

Als alternatieve bron kan fenylalanine worden gemetaboliseerd uit aspartaam ​​in frisdranken, kauwgom, gelatine en sommige zoetigheden of desserts waar dit dipeptide als zoetstof wordt gebruikt.

Voordelen van de inname

Fenylalanine wordt aangetroffen in al het eiwitrijke voedsel dat we eten. De minimale dagelijkse consumptie voor volwassenen met een gemiddeld gewicht en lengte is ongeveer 1000 mg, nodig voor de synthese van eiwitten, hormonen zoals dopamine, verschillende neurotransmitters, enz.

De consumptie van dit aminozuur in overmaat wordt voorgeschreven aan mensen met depressieve stoornissen, gewrichtspijn en huidaandoeningen, omdat de consumptie ervan de synthese van eiwitten verhoogt en biomoleculen zoals epinefrine, norepinefrine en dopamine overbrengt.

Sommige studies suggereren dat fenylalanine dat overmatig wordt geconsumeerd geen significante verbeteringen oplevert bij deze aandoeningen, maar de omzetting ervan in tyrosine, dat ook wordt gebruikt voor de synthese van signaalmoleculen, kan de positieve effecten op celsignalering in het zenuwstelsel verklaren.

Geneesmiddelen tegen constipatie hebben kernen die zijn gestructureerd door fenylalanine, tyrosine en tryptofaan. Over het algemeen bevatten deze medicijnen mengsels van deze drie aminozuren in hun L- en D-vorm.

Deficiëntiestoornissen

De niveaus van fenylalanine in het bloed zijn belangrijk om de goede werking van de hersenen te behouden, aangezien fenylalanine, tyrosine en tryptofaan de substraten zijn voor de aanmaak van verschillende neurotransmitters.

Sommige aandoeningen houden eerder verband met tekorten in het metabolisme van dit aminozuur, dat er een overmaat van genereert, in plaats van een tekort.

Fenylketonurie, een zeldzame erfelijke ziekte bij vrouwen, beïnvloedt de hepatische hydroxylering van fenylalanine en veroorzaakt overmatige plasmaspiegels van dit aminozuur, waardoor neuronale apoptose wordt geïnduceerd en de normale hersenontwikkeling wordt beïnvloed.

Als een vrouw met fenylketonurie zwanger wordt, kan de foetus het zogenaamde "foetale maternale hyperfenylalaninemie-syndroom" ontwikkelen.

Dit komt door het feit dat de foetus hoge concentraties fenylalanine in het bloed heeft (bijna het dubbele van de normen), waarvan de oorsprong verband houdt met de afwezigheid van hepatisch fenylalaninehydroxylase bij de foetus, dat pas na 26 weken zwangerschap ontstaat. .

Het foetale syndroom als gevolg van maternale hyperfenylalaninemie veroorzaakt foetale microcefalie, terugkerende miskramen, hartaandoeningen en zelfs niermisvormingen.

Referenties

1. Biondi, R., Brancorsini, S., Poli, G., Egidi, MG, Capodicasa, E., Bottiglieri, L.,… & Micu, R. (2018). Detectie en opruiming van hydroxylradicaal via D-fenylalaninehydroxylering in menselijke vloeistoffen. Talanta, 181, 172-181
2. Cho, MH, Corea, OR, Yang, H., Bedgar, DL, Laskar, DD, Anterola, AM,… & Kang, C. (2007). Fenylalanine biosynthese in Arabidopsis thaliana identificatie en karakterisering van Arogenate dehydratases. Journal of Biological Chemistry, 282 (42), 30827-30835.
3. Fernstrom, JD en Fernstrom, MH (2007). Tyrosine, fenylalanine en catecholamine synthese en functie in de hersenen. The Journal of Nutrition, 137 (6), 1539S-1547S.
4. Hou, J., Vázquez-González, M., Fadeev, M., Liu, X., Lavi, R., & Willner, I. (2018). Gekatalyseerde en elektrokatalyseerde oxidatie van l-tyrosine en l-fenylalanine tot dopachroom door nanozymen. Nano letters, 18 (6), 4015-4022.
5. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. Macmillan.
6. Perkins, R., en Vaida, V. (2017). Fenylalanine verhoogt de permeabiliteit van het membraan. Journal of the American Chemical Society, 139 (41), 14388-14391.
7. Plimmer, RHA (1912). De chemische samenstelling van de eiwitten (deel 1). Longmans, Groen.
8. Tinsley, G. (2018). HealthLine. Opgehaald op 5 september 2018, van www.healthline.com/nutrition/phenylalanine
9. Tohge, T., Watanabe, M., Hoefgen, R., en Fernie, AR (2013). Biosynthese van Shikimate en fenylalanine in de groene lijn. Frontiers in Plant Science, 4, 62.