PROLINE: KENMERKEN, STRUCTUUR, FUNCTIES, VOEDINGSMIDDELEN - BIOLOGIE - 2026

De Proline (Pro, P) behoort tot de 22 aminozuren die als basisch zijn geclassificeerd. Het is een niet-essentieel aminozuur, omdat het door de mens en andere zoogdieren kan worden gesynthetiseerd.

In 1900 was de Duitse wetenschapper Richard Willstatter de eerste die proline extraheerde en observeerde. Het was echter Emili Fischer, in 1901, die de term "proline" bedacht op basis van de pyrrolidinering van het aminozuur; Deze onderzoeker slaagde er ook in om de synthese van proline uit caseïne uit melk in detail uit te leggen.

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

In eiwitten zoals caseïne speelt proline een essentiële rol bij structurele "wendingen" en plooien. In dit eiwit is proline homogeen verdeeld door de structuur en bindt het aan β-caseïne en αs1-eiwit; bovendien voorkomt het het vormen van foutieve structurele bochten of lussen.

In biochemische analyses die gewoonlijk worden gebruikt om de exacte volgorde van aminozuren te bepalen waaruit eiwitten bestaan, is proline een van de moeilijkste aminozuren om te detecteren, aangezien de secundaire aminogroep van proline een ander gedrag vertoont en niet gemakkelijk kan worden gedetecteerd. .

Scheurbuik is misschien wel de bekendste ziekte die verband houdt met proline. Het heeft te maken met een tekort aan de inname van vitamine C, dat direct de hydroxylering van proline in collageenvezels beïnvloedt, waardoor een systemische verzwakking ontstaat door de instabiliteit van collageenvezels die door het hele lichaam aanwezig zijn.

kenmerken

De secundaire aminogroep die aan het α-koolstofatoom is gehecht, maakt de classificatie van proline enigszins moeilijk. In sommige teksten wordt het echter samen met vertakte aminozuren of met alifatische zijketens geclassificeerd, aangezien de zijketen of R-groep van proline hydrofoob of alifatisch is.

Een van de belangrijkste kenmerken van proline is dat het in geen geval waterstofbruggen kan vormen, waardoor het ideaal is voor het structureren van de complexe en ingewikkelde wendingen in de tertiaire structuren van eiwitten.

Net zoals alle aminozuren twee isovormen hebben die afhankelijk zijn van het centrale koolstofatoom, komt proline in de natuur voor als L-proline of als D-proline. De L-proline-vorm komt echter het meest voor in de natuur en is degene die deel uitmaakt van de eiwitstructuren.

In eiwitten waar het wordt aangetroffen, bezet proline vaak plaatsen dicht bij het oppervlak of bij de vouw- of "twist" -plaatsen van de polypeptideketen, aangezien de stijve en gesloten structuur van proline een sterke interactie met andere aminozuren moeilijk maakt. .

Structuur

Proline heeft een bijzondere structuur onder de basische aminozuren, aangezien het een secundaire aminogroep (NH2) heeft en niet de primaire aminogroep die kenmerkend is voor alle aminozuren.

De R-groep of de zijketen van proline is een pyrrolidine- of tetrahydropyrroolring. Deze groep wordt gevormd door een heterocyclisch amine (zonder dubbele bindingen) van vijf koolstofatomen, waarvan elk verzadigd is met waterstofatomen.

Proline heeft de bijzonderheid dat het "centrale" koolstofatoom is opgenomen in de heterocyclische pyrrolidine-ring, zodat de enige "vrije" of "uitstekende" atomen de carboxylgroep (COOH) en het waterstofatoom (H ) van de heterocyclische ring van het aminozuur.

De moleculaire formule van Proline is C5H9NO2 en de IUPAC-naam is pyrrolidine-2-carbonzuur. Het heeft een geschat molecuulgewicht van 115,13 g / mol en de frequentie van voorkomen in eiwitten is ongeveer 7%.

Kenmerken

Collageen- en tropocollageenvezels zijn de meest voorkomende eiwitten bij de meeste gewervelde dieren. Deze vormen de huid, pezen, de matrix van botten en vele andere weefsels.

Collageenvezels zijn samengesteld uit vele zich herhalende drievoudige helices van polypeptiden die op hun beurt zijn samengesteld uit meerdere proline- en glycineresiduen in de glycine-proline-proline / hydroxyproline-sequentie (de laatste is een gemodificeerd derivaat van proline).

In zijn oorspronkelijke vorm maakt proline deel uit van procollageen, dit is een voorloper van collageenpolypeptiden en enkele andere bindweefseleiwitten. Het enzym procollageen prolinehydroxylase is verantwoordelijk voor het hydroxyleren van prolineresiduen om hydroxyproline voort te brengen en zo de rijping van procollageen tot collageen zelf te bereiken.

Wat is de belangrijkste functie van proline in collageenvezels?

Hydroxyproline geeft het de eigenschappen van resistentie tegen collageen, aangezien dit aminozuurderivaat het vermogen heeft om een ​​groot aantal waterstofbruggen te vormen tussen de ketens van de drievoudige helix waaruit het eiwit bestaat.

De enzymen die de hydroxylering van prolineresiduen katalyseren, vereisen de aanwezigheid van vitamine C (ascorbinezuur) en, zoals hierboven vermeld, is scheurbuik te wijten aan de verzwakking van collageenvezels als gevolg van het mislukken van de hydroxylering van prolineresiduen. , wat een afname veroorzaakt van de waterstofbruggen die de collageenvezels vasthouden.

Andere functies

Proline is essentieel voor de vorming van eiwitplooien en -wendingen.

Door zijn gesloten structuur is het moeilijk om dit aminozuur in eiwitten te 'huisvesten', en omdat het geen waterstofbruggen kan vormen om te 'interageren' met andere nabijgelegen residuen, induceert het de vorming van 'bochten' of 'wendingen'. door de hele structuur van eiwitten waar het wordt gevonden.

Alle kortlevende eiwitten hebben ten minste één regio met overvloedige proline-, glutamaat-, serine- en threonine-herhalingen. Deze regio's variëren van 12 tot 60 residuen en worden PEST-sequenties genoemd.

Eiwitten die de PEST-sequentie bevatten, worden gekenmerkt door ubiquitinering voor daaropvolgende afbraak in proteasomen.

Biosynthese

Veel aminozuren kunnen worden gesynthetiseerd uit tussenproducten van glycolyse, de pentosefosfaatroute of de citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus). Proline en arginine worden gevormd in de korte glutamaatroutes.

De vrijwel algemene biosyntheseroute voor alle levende organismen begint met de omzetting van L-glutamaat in γ-L-glutamyl-5-fosfaat dankzij de werking van het enzym glutamaat-5-kinase (in bacteriën) of door γ-glutamyl -kinase (bij mensen).

Deze reactie omvat ATP-afhankelijke fosforylering waarbij, naast het hoofdproduct, een ADP-molecuul wordt gegenereerd.

De reactie die wordt gekatalyseerd door glutamaat-5-semialdehydedehydrogenase (in bacteriën) of door γ-glutamylfosfaatreductase (bij mensen) zet γ-L-glutamyl-5-fosfaat om in L-glutamaat-5-semialdehyde en deze reactie verdient de aanwezigheid van de cofactor NADPH.

L-glutamaat-5-semialdehyde wordt reversibel en spontaan gedehydrateerd tot (S) -1-1-pyrroline-5-carboxylaat, dat vervolgens wordt omgezet in L-proline door het enzym pyrroline-5-carboxylaatreductase (bij bacteriën en mensen ), bij wiens reactie ook een molecuul NADPH of NADH nodig is.

Degradatie

Proline, arginine, glutamine en histidine worden constant afgebroken tot α-ketoglutaraat om de citroenzuurcyclus of de Krebs-cyclus binnen te gaan. In het specifieke geval van proline wordt het eerst geoxideerd door het enzym prolineoxidase tot pyrroline-5-carboxylaat.

In de eerste stap, waar de oxidatie van proline tot pyrroline-5-carboxylaat plaatsvindt, worden de losgemaakte protonen geaccepteerd door E-FAD, waarbij wordt gereduceerd tot E-FADH2; deze stap is exclusief voor het aminozuur proline.

Door een spontane reactie wordt het pyrroline-5-carboxylaat omgezet in glutamaat γ-semialdehyde, dat vervolgens dient als substraat voor het enzym glutamaat γ-semialdehyde dehydrogenase. In deze stap worden twee protonen vrijgegeven, een ervan wordt geaccepteerd door NAD, dat wordt gereduceerd tot NADH, en de andere is vrij in de vorm van H +.

Arginine wordt, net als proline, omgezet in γ-semialdehyde glutamaat, maar via een alternatieve metabole route waarbij twee verschillende enzymen betrokken zijn.

Het enzym glutamaat γ-semialdehyde dehydrogenase zet glutamaat γ-semialdehyde om in L-glutamaat. Dit L-glutamaat wordt vervolgens weer geoxideerd door een glutamaatdehydrogenase-enzym, waarmee uiteindelijk α-ketoglutaraat wordt gevormd, dat zal worden opgenomen in de citroenzuurcyclus.

In de oxidatiestap van glutamaat komen een proton (H +) en een aminogroep (NH3 +) vrij. Het proton reduceert een NADP + -groep en er wordt een NADPH-molecuul gevormd.

Ondanks de vele overeenkomsten die bestaan ​​tussen de afbraak- en biosyntheseroutes van proline en arginine, worden deze aminozuren gesynthetiseerd en afgebroken door totaal tegengestelde routes met behulp van verschillende enzymen, verschillende cofactoren en verschillende intracellulaire compartimenten.

Valine rijk voedsel

Over het algemeen bevatten alle eiwitrijke voedingsmiddelen grote hoeveelheden proline. Deze omvatten vlees, melk, eieren en andere. Wanneer ons lichaam zich echter in een optimale staat van gezondheid en voeding bevindt, is het in staat om endogeen proline te synthetiseren.

Proline komt ook voor in veel peulvruchten en noten, en in volkoren granen zoals haver bijvoorbeeld. Andere voedingsmiddelen die rijk zijn aan proline zijn onder andere tarwezemelen, walnoten, amandelen, erwten en bonen.

Sommige reformwinkels formuleren vaak tabletten van de combinatie van de aminozuren L-lysine en L-proline om mensen met gewrichtsproblemen te helpen of om de veroudering van weefsels te vertragen.

Het is echter niet met zekerheid aangetoond dat het nemen van voedingssupplementen van deze aminozuren een significant effect heeft op het uitstellen van de ouderdom of andere aandoeningen die typisch zijn voor het ouder worden.

Voordelen van de inname

Diëten die rijk zijn aan proline worden meestal voorgeschreven aan mensen met gewrichtsaandoeningen zoals artritis, verstuikingen, gescheurde ligamenten, dislocaties, tendinitis en andere, en dit komt door de relatie met de synthese van collageenvezels die aanwezig zijn in bindweefsel van het lichaam.

Veel van de farmacologische lotions en tabletten die in de esthetische industrie worden gebruikt, zijn verrijkt met L-proline, aangezien sommige onderzoeken hebben aangetoond dat dit aminozuur op de een of andere manier de synthese van collageen kan verhogen en daarom de textuur van de huid kan verbeteren. versnellen de genezing van wonden, snijwonden, zweren en brandwonden.

In de voedingsindustrie zijn er eiwitten met "bioactieve peptiden" die functies vervullen die verder gaan dan hun nutritionele eigenschappen. Deze peptiden hebben over het algemeen twee tot negen aminozuurresiduen, waaronder proline, arginine en lysine.

Genoemde bioactieve peptiden kunnen antihypertensieve activiteit hebben met een bepaald opioïde effect; ze kunnen werken als immunomodulatoren door de immuunrespons tegen sommige pathogenen te stimuleren en kunnen zelfs een toename van de vasoactiviteit veroorzaken, wat de circulatie van degenen die ze consumeren verbetert.

Deficiëntiestoornissen

Gluten is een eiwit dat aanwezig is in tarwekorrels en dat een ontsteking van de darm veroorzaakt. Mensen die lijden aan "glutenintolerantie" staan ​​bekend als "coeliakie" -patiënten en het is bekend dat dit eiwit rijk is aan proline en glutamine, waarvan de proteolytische afbraak moeilijk is voor mensen met deze aandoening.

Sommige ziekten hebben te maken met het verkeerd vouwen van belangrijke eiwitten en het is heel gebruikelijk dat deze defecten te maken hebben met de cis-trans-isomerisatie van de amidebindingen in de prolineresiduen, aangezien, in tegenstelling tot andere peptidebindingen waarin het trans-isomeer heeft sterk de voorkeur, bij proline is het nadelig.

In prolineresiduen is waargenomen dat er een significante neiging is tot de vorming van eerst het cis-isomeer dan het trans-isomeer in de amiden grenzend aan de prolineresiduen, wat een "onjuiste" conformatie van de eiwitten kan genereren.

Stofwisselingsziekten

Net als bij andere essentiële en niet-essentiële aminozuren, houden de belangrijkste pathologische aandoeningen die verband houden met proline gewoonlijk verband met defecten in de assimilatieroutes van dit aminozuur.

Hyperprolinemie is bijvoorbeeld een typisch geval van een tekort aan een van de enzymen die deelnemen aan de afbraakroute van proline, met name in 1-pyrroline-5-carboxylaat dehydrogenase, wat leidt tot een ophoping van het substraat, die uiteindelijk de route deactiveert.

Deze pathologie wordt meestal gediagnosticeerd door een hoog prolinegehalte in bloedplasma en door de aanwezigheid van de 1-pyrroline-5-carboxylaatmetaboliet in de urine van getroffen patiënten.

De belangrijkste symptomen van deze ziekte zijn neurologische aandoeningen, nieraandoeningen en gehoorverlies of doofheid. Andere, meer ernstige gevallen zijn onder meer ernstige mentale retardatie en uitgesproken psychomotorische problemen.

Referenties

1. Abu-Baker, S. (2015). Herziening van biochemie: concepten en verbindingen
2. Delauney, AJ en Verma, DPS (1993). Proline-biosynthese en osmoregulatie in planten. The plant journal, 4 (2), 215-223.
3. Lijst, B., Lerner, RA, en Barbas, CF (2000). Proline-gekatalyseerde directe asymmetrische aldolreacties. Journal of the American Chemical Society, 122 (10), 2395-2396
4. Nelson, DL, Lehninger, AL en Cox, MM (2008). Lehninger principes van biochemie. Macmillan.
5. Plimmer, RHA (1912). De chemische samenstelling van de eiwitten (Deel 1). Longmans, Groen.
6. Szabados, L., en Savouré, A. (2010). Proline: een multifunctioneel aminozuur. Trends in plant science, 15 (2), 89-97.