ألانين

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
عرض دوراني لنموذج الكرة والعصا

الألانين (رمزه Ala أو A )، [ 4 ] أو ألفا-ألانين ، هو حمض أميني ألفا يُستخدم في التخليق الحيوي للبروتينات . يحتوي على مجموعة أمينية ومجموعة كربوكسيلية ، كلتاهما مرتبطتان بذرة الكربون المركزية التي تحمل أيضًا سلسلة جانبية من مجموعة الميثيل . ونتيجة لذلك، يُصنف كحمض أميني ألفا غير قطبي أليفاتي .

في الظروف البيولوجية، يوجد الألانين في صورته الأيونية المزدوجة ، حيث تكون مجموعة الأمين فيه مُبرتنة (على شكل −NH⁺ ) ومجموعة الكربوكسيل فيه منزوعة البروتون ( على شكل −CO₂ ). يُشفَّر الألانين بواسطة جميع الكودونات التي تبدأ بـ GC (GC₁U ، GCC₁ ، GCA ، وGCG). يُعدّ المتصاوغ L من الألانين ( اليساري ) هو الذي يُدمج في البروتينات. ويأتي L- ألانين في المرتبة الثانية بعد L- ليوسين من حيث معدل التواجد، حيث يُمثّل 7.8% من البنية الأولية في عينة من 1150 بروتينًا . [ 5 ] أما الشكل اليميني، D- ألانين، فيوجد في الببتيدات الموجودة في بعض جدران الخلايا البكتيرية [ 6 ] : 131 (في الببتيدوغليكان ) وفي بعض المضادات الحيوية الببتيدية ، كما يوجد في أنسجة العديد من القشريات والرخويات كمادة مُنظِّمة للضغط الأسموزي . [ 7 ]

الألانين ليس حمضًا أمينيًا أساسيًا في جسم الإنسان لأنه يُصنّع في الجسم ولا يحتاج إلى وجوده في النظام الغذائي. مع ذلك، قد يحدث نقص الألانين في الدم في بعض الحالات، مثل نقص سكر الدم الكيتوني . [ 8 ] [ 9 ]

التاريخ وأصل الكلمات

تم تصنيع الألانين لأول مرة في عام 1850 عندما قام أدولف ستريكر بدمج الأسيتالدهيد والأمونيا مع سيانيد الهيدروجين . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] سُمي الحمض الأميني ألانين في الألمانية، نسبةً إلى الألدهيد ، مع إضافة البادئة -an- لتسهيل النطق، [ 13 ] حيث أن النهاية الألمانية -in المستخدمة في المركبات الكيميائية مماثلة للنهاية الإنجليزية -ine .

بناء

الألانين حمض أميني أليفاتي ، لأن السلسلة الجانبية المتصلة بذرة الكربون ألفا هي مجموعة ميثيل (-CH3 ) . يُعد الألانين أبسط الأحماض الأمينية ألفا بعد الجليسين . سلسلة الميثيل الجانبية في الألانين غير نشطة كيميائيًا، ولذلك نادرًا ما تشارك بشكل مباشر في وظائف البروتينات. [ 14 ] الألانين حمض أميني غير أساسي ، أي أن الجسم البشري قادر على تصنيعه، ولا يحتاج إلى الحصول عليه من النظام الغذائي. يوجد الألانين في العديد من الأطعمة، ولكنه يتركز بشكل خاص في اللحوم.

مصادر

التخليق الحيوي

يمكن تصنيع الألانين من البيروفات والأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة مثل الفالين والليوسين والإيزوليوسين .

يُنتَج الألانين عن طريق الأمينة الاختزالية للبيروفات ، وهي عملية من خطوتين. في الخطوة الأولى، يُحوَّل ألفا-كيتوغلوتارات والأمونيا و NADH بواسطة نازعة هيدروجين الغلوتامات إلى غلوتامات و NAD + وماء. في الخطوة الثانية، تُنقل مجموعة الأمين من الغلوتامات المُتكوّنة حديثًا إلى البيروفات بواسطة إنزيم ناقل الأمين ، مما يُعيد تكوين ألفا-كيتوغلوتارات، ويُحوِّل البيروفات إلى ألانين. والنتيجة النهائية هي تحويل البيروفات والأمونيا إلى ألانين، باستهلاك مُكافئ اختزال واحد . [ 6 ] : 721 ولأن تفاعلات نقل الأمين قابلة للانعكاس بسهولة، ولأن البيروفات موجود في جميع الخلايا، يُمكن تكوين الألانين بسهولة، وبالتالي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمسارات أيضية مثل تحلل الجلوكوز ، وتكوين الجلوكوز ، ودورة حمض الستريك . [ 15 ]

التخليق الكيميائي

يُنتج الألانين- L صناعياً عن طريق نزع الكربوكسيل من الأسبارتات- L بواسطة إنزيم أسبارتات 4-ديكاربوكسيلاز . وتُعقّد مسارات التخمير المؤدية إلى الألانين- L وجود إنزيم ألانين راسيميز . [ 16 ]

يمكن تحضير الألانين الراسيمي عن طريق تكثيف الأسيتالدهيد مع كلوريد الأمونيوم في وجود سيانيد الصوديوم عن طريق تفاعل ستريكر ، [ 17 ]

أو عن طريق تحلل حمض 2-بروموبروبانويك بالأمونيا . [ 18 ]

التدهور

يتحلل الألانين عن طريق نزع الأمين التأكسدي ، وهو التفاعل العكسي لتفاعل الأمين الاختزالي المذكور أعلاه، والذي تحفزه نفس الإنزيمات. ويتحكم التركيز النسبي للمواد المتفاعلة والناتجة في اتجاه هذه العملية إلى حد كبير. [ 6 ] : 721

فرضية عالم الألانين

يُعدّ الألانين أحد الأحماض الأمينية الألفا العشرين الأساسية المستخدمة كوحدات بناء (مونومرات) في عملية التخليق الحيوي للبروتينات بواسطة الريبوسومات. ويُعتقد أن الألانين من أوائل الأحماض الأمينية التي أُدرجت في مجموعة الشفرة الوراثية القياسية. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] وبناءً على هذه الحقيقة، طُرحت فرضية "عالم الألانين". [ 23 ] تُفسّر هذه الفرضية الاختيار التطوري للأحماض الأمينية في مجموعة الشفرة الوراثية من وجهة نظر كيميائية. في هذا النموذج، يقتصر اختيار المونومرات (أي الأحماض الأمينية) لتخليق البروتين الريبوسومي على مشتقات الألانين المناسبة لبناء عناصر البنية الثانوية، مثل الحلزون ألفا أو الصفيحة بيتا . وتُعدّ الحلزونات ألفا والصفائح بيتا من البنى الثانوية السائدة في الكائنات الحية كما نعرفها، ويمكن اعتبار معظم الأحماض الأمينية الأساسية مشتقات كيميائية للألانين. لذا، يمكن استبدال معظم الأحماض الأمينية الأساسية في البروتينات بالألانين عن طريق الطفرات النقطية مع الحفاظ على البنية الثانوية سليمة. ويُستغل عمليًا في تقنية مسح الطفرات بالألانين حقيقة أن الألانين يُحاكي تفضيلات البنية الثانوية لمعظم الأحماض الأمينية المشفرة . إضافةً إلى ذلك، غالبًا ما تستخدم تقنية علم البلورات بالأشعة السينية التقليدية نموذج العمود الفقري متعدد الألانين [ 24 ] لتحديد البنى ثلاثية الأبعاد للبروتينات باستخدام الاستبدال الجزيئي ، وهي طريقة لتحديد الطور تعتمد على النموذج .

الوظيفة الفسيولوجية

دورة الجلوكوز والألانين

في الثدييات، يلعب الألانين دورًا محوريًا في دورة الجلوكوز-ألانين بين الأنسجة والكبد. في العضلات والأنسجة الأخرى التي تُحلل الأحماض الأمينية للحصول على الطاقة، تُجمع مجموعات الأمين على شكل جلوتامات عن طريق تفاعل نقل الأمين . ثم ينقل الجلوتامات مجموعته الأمينية إلى البيروفات ، وهو ناتج من تحلل الجلوكوز في العضلات ، من خلال عمل إنزيم ناقل أمين الألانين ، مُكَوِّنًا الألانين وألفا -كيتوجلوتارات . يدخل الألانين مجرى الدم، ويُنقل إلى الكبد. يحدث تفاعل ناقل أمين الألانين بشكل عكسي في الكبد، حيث يُستخدم البيروفات المُعاد تكوينه في عملية استحداث الجلوكوز ، مُكَوِّنًا الجلوكوز الذي يعود إلى العضلات عبر الدورة الدموية. يدخل الجلوتامات في الكبد إلى الميتوكوندريا ، ويُحلل بواسطة إنزيم نازع هيدروجين الجلوتامات إلى ألفا-كيتوجلوتارات وأمونيوم ، الذي يُشارك بدوره في دورة اليوريا لتكوين اليوريا التي تُطرح عن طريق الكليتين. [ 25 ]

تُمكّن دورة الجلوكوز-ألانين من إزالة البيروفات والجلوتامات من العضلات ونقلها بأمان إلى الكبد. هناك، يُستخدم البيروفات لتجديد الجلوكوز، ثم يعود الجلوكوز إلى العضلات ليتم استقلابه لإنتاج الطاقة: هذا يُحوّل عبء الطاقة لعملية استحداث الجلوكوز إلى الكبد بدلاً من العضلات، ويمكن توجيه جميع جزيئات ATP المتاحة في العضلات إلى انقباضها. [ 25 ] وهي مسار هدمي، ويعتمد على تكسير البروتين في نسيج العضلات. ولا يزال من غير الواضح ما إذا كانت هذه العملية تحدث في غير الثدييات، وإلى أي مدى. [ 26 ] [ 27 ]

ترتبط التغيرات في دورة الألانين التي تزيد من مستويات إنزيم ناقلة أمين الألانين في الدم (ALT) بتطور مرض السكري من النوع الثاني. [ 28 ]

الخواص الكيميائية

الألانين ( S ) (يسار) والألانين ( R ) (يمين) في شكل أيوني مزدوج عند درجة حموضة متعادلة

يُعدّ الألانين مفيدًا في تجارب فقدان الوظيفة المتعلقة بالفسفرة . تتضمن بعض التقنيات إنشاء مكتبة من الجينات، كل منها يحمل طفرة نقطية في موضع مختلف ضمن المنطقة المستهدفة، وأحيانًا في جميع مواضع الجين بأكمله: يُطلق على هذه العملية اسم "المسح الطفري". أما أبسط الطرق، وأولها استخدامًا، فهي ما يُعرف بمسح الألانين ، حيث يتم تحويل كل موضع بدوره إلى ألانين. [ 29 ]

يؤدي هدرجة الألانين إلى إنتاج الكحول الأميني ألانينول ، وهو وحدة بناء كيرالية مفيدة.

الجذور الحرة

ينتج عن نزع الأمين من جزيء الألانين جذر حر CH3C • HCO2− . ويمكن تحفيز نزع الأمين في الألانين الصلب أو المائي بواسطة الإشعاع الذي يسبب انشطارًا متجانسًا لرابطة الكربون - النيتروجين. [ 30 ]

تُستخدم هذه الخاصية للألانين في قياسات الجرعات الإشعاعية في العلاج الإشعاعي . فعند تعريض الألانين الطبيعي للإشعاع، يتسبب الإشعاع في تحول بعض جزيئات الألانين إلى جذور حرة، ونظرًا لاستقرار هذه الجذور، يمكن قياس محتواها لاحقًا باستخدام الرنين المغناطيسي الإلكتروني لتحديد كمية الإشعاع التي تعرض لها الألانين. [ 31 ] يُعتبر هذا مقياسًا ذا دلالة بيولوجية لمقدار الضرر الإشعاعي الذي قد يلحق بالأنسجة الحية عند التعرض لنفس كمية الإشعاع. [ 31 ] يمكن تطبيق خطط العلاج الإشعاعي في وضع الاختبار على حبيبات الألانين، والتي يمكن قياسها بعد ذلك للتأكد من أن نظام العلاج يُوصل نمط جرعة الإشعاع المقصود بدقة. [ 32 ]

مراجع

  1. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2014). تسمية الكيمياء العضوية: توصيات الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والأسماء المفضلة 2013. الجمعية الملكية للكيمياء . ص  1392. doi : 10.1039/9781849733069 . ISBN 978-0-85404-182-4.
  2. ↑ "صحيفة بيانات سلامة المواد الخاصة بـ L-ألانين" . ChemSrc .
  3. ↑ هاينز، دبليو إم، محرر. (2016). دليل سي آر سي للكيمياء والفيزياء ( الطبعة 97). مطبعة سي آر سي . الصفحات 5-88 . ISBN   978-1-4987-5428-6.
  4. ↑ "تسمية ورمزية الأحماض الأمينية والببتيدات" . اللجنة المشتركة بين الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية والاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية المعنية بالتسمية الكيميائية الحيوية. 1983. مؤرشف من الأصل في 9 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه في 5 مارس 2018 .
  5. ↑ دوليتل، آر. إف. (1989). "التكرارات في تسلسلات البروتين" . في: فاسمان، جي. دي. (محرر). التنبؤ ببنية البروتين ومبادئ تشكيل البروتين . نيويورك: بلينوم . ص 599-623 . ISBN  978-0-306-43131-9.
  6. 1 2 3 ماثيوز سي كيه، فان هولد كيه إي، أهيرن كيه جي (2000). الكيمياء الحيوية ( الطبعة الثالثة). سان فرانسيسكو، كاليفورنيا: دار بنجامين/كومينغز للنشر . ISBN  978-0-8053-3066-3. OCLC 42290721 . 
  7. ↑ يوشيكاوا ن، سارور إم جي، آبي إتش (2016). "إنزيم راسيميز الألانين وأكسيداز الأحماض الأمينية D في الحيوانات المائية" . في: يوشيمورا تي، نيشيكاوا تي، هوما إتش (محررون). الأحماض الأمينية D: علم وظائف الأعضاء، الأيض، والتطبيق . سبرينغر اليابان . ص 269-282 . ISBN  978-4-431-56077-7.
  8. ↑ باجليارا، أ.س.، كارل، إ.إ.، دي فيفو، د.س.، فيجين، ر.د.، كيبنيس، د.م. "نقص الألانين في الدم: أحد أعراض نقص سكر الدم الكيتوني" . الجمعية الأمريكية للبحوث السريرية .
  9. ↑ وولفسدورف، جي آي، صادقي نجاد، أ.، سينيور، ب. "نقص الألانين ونقص سكر الدم الكيتوني: سبب أم نتيجة؟" . سبرينغر-فيرلاغ .
  10. ^ ستريكر أ (1850). "Ueber die künstliche Bildung der Milchsäure und einen neuen, dem Glycocoll Homologen Körper" [ حول التكوين الاصطناعي لحمض اللاكتيك ومادة جديدة متجانسة مع الجليسين ] . Annalen der Chemie und Pharmacie (باللغة الألمانية). 75 (1): 27– 45. دوى : 10.1002/jlac.18500750103 . يذكر ستريكر اسم الألانين في الصفحة 30.
  11. ^ ستريكر أ (1854). "Ueber einen neuen aus Aldehyd – Ammoniak und Blausäure entstehenden Körper" [ حول مادة جديدة تنشأ من الأسيتالديهيد - الأمونيا [أي 1-أمينوإيثانول] وحمض الهيدروسيانيك ] . Annalen der Chemie und Pharmacie (باللغة الألمانية). 91 (3): 349-351 . دوى : 10.1002/jlac.18540910309 .
  12. ↑ "ألانين" . AminoAcidsGuide.com . 10 يونيو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أبريل 2019 .
  13. ↑ "ألانين" . قواميس أكسفورد . مؤرشف من الأصل في 24 ديسمبر 2014. تم الاسترجاع في 6 ديسمبر 2015 .
  14. ↑ باتنا بي كي، كارا تي سي، غوش إس إن، دالاي إيه كي، محررون (2012). كتاب في التكنولوجيا الحيوية . ماكجرو هيل للتعليم. ISBN 978-0-07-107007-2.
  15. ↑ ميلكونيان، إريكا أ.؛ أسوكا، إيدينين؛ شوري، مارك ب. (2023)، "علم وظائف الأعضاء، استحداث الجلوكوز" ، ستات بيرلز ، تريجر آيلاند (فلوريدا): دار نشر ستات بيرلز، PMID 31082163 ، تاريخ الاسترجاع 2023-07-09 
  16. ^ Drauz K، Grayson IG، Kleemann A، Krimmer HP، Leuchtenberger W، Weckbecker C (2006). موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-VCH. دوى : 10.1002/14356007.a02_057.pub2 . رقم ISBN 978-3-527-30673-2.
  17. ↑ كيندال إي سي، ماكنزي بي إف (1929). " dl- ألانين" . التخليق العضوي . 9 : 4. doi : 10.15227/orgsyn.009.0004المجلدات المجمعة ، المجلد 1، صفحة 21  . .
  18. ↑ توبي دبليو سي، آيرز جي بي (1941). " dl- ألانين" . التخليق العضوي . doi : 10.15227/orgsyn.009.0004المجلدات المجمعة ، المجلد 1، صفحة 21  .
  19. ↑ تريفونوف إي إن (ديسمبر 2000). "الترتيب الزمني المتفق عليه للأحماض الأمينية وتطور الشفرة الثلاثية". جين . 261 (1): 139-151 . doi : 10.1016/S0378-1119(00)00476-5 . PMID 11164045 . 
  20. ↑ هيغز، بي. جي.، وبودريتز ، آر. إي. (يونيو 2009). "أساس ديناميكي حراري لتخليق الأحماض الأمينية في مرحلة ما قبل الحياة وطبيعة الشفرة الوراثية الأولى". علم الأحياء الفلكي . 9 (5): 483-490 . arXiv : 0904.0402 . Bibcode : 2009AsBio...9..483H . doi : 10.1089/ast.2008.0280 . PMID: 19566427. S2CID : 9039622 .  
  21. ↑ كوبيشكين، ف.، وبوديسا، ن. (نوفمبر 2019). "نموذج عالم الألانين لتطوير مجموعة الأحماض الأمينية في التخليق الحيوي للبروتين" . المجلة الدولية للعلوم الجزيئية . 20 (21): 5507. doi : 10.3390/ijms20215507 . PMC 6862034. PMID 31694194 .  
  22. ↑ نتونتومي سي، فلاستاريديس بي، موسيالوس دي، ستاثوبولوس سي، إيليوبولوس آي، برومبوناس في، وآخرون (نوفمبر 2019). "تؤدي المناطق ذات التعقيد المنخفض في بروتينات بدائيات النوى أدوارًا وظيفية مهمة وهي محفوظة بشكل كبير" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 47 (19): 9998-10009 . doi : 10.1093/nar/ gkz730 . PMC 6821194. PMID 31504783 .   
  23. ↑ كوبيشكين، ف.، وبوديسا، ن. (ديسمبر 2019). "استباق الخلايا الغريبة ذات الشفرات الوراثية البديلة: بعيدًا عن عالم الألانين!" . الرأي الحالي في التكنولوجيا الحيوية . 60 : 242-249 . doi : 10.1016/j.copbio.2019.05.006 . PMID 31279217 . 
  24. ↑ كارمالي إيه إم، بلونديل تي إل، فورنهام إن (فبراير 2009). "استراتيجيات بناء النماذج لبيانات علم البلورات بالأشعة السينية منخفضة الدقة" . أكتا كريستالوغرافيكا. القسم د، علم البلورات البيولوجية . 65 (الجزء 2): 121-127 . Bibcode : 2009AcCrD..65..121K . doi : 10.1107/S0907444908040006 . PMC 2631632. PMID 19171966 .  
  25. 1 2 نيلسون دي إل، كوكس إم إم (2005). مبادئ الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان. الصفحات 684-685 . ISBN    0-7167-4339-6..
  26. ↑ فسيولوجيا الأسماك: إخراج النيتروجين . دار النشر الأكاديمية. 7 سبتمبر 2001. ص 23. ISBN  978-0-08-049751-8.
  27. ↑ والش، بي جيه، ورايت، بي إيه (31 أغسطس 1995). استقلاب النيتروجين وإخراجه . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-8493-8411-0.
  28. ↑ ستار ن، شيرباكوفا أ، فورد إ، أورايلي د.س، ستانلي أ، فورست إ، وآخرون . (نوفمبر 2004). "ارتفاع إنزيم ناقلة أمين الألانين يتنبأ بظهور داء السكري من النوع الثاني حديثًا بشكل مستقل عن عوامل الخطر التقليدية، ومتلازمة التمثيل الغذائي، وبروتين سي التفاعلي في دراسة غرب اسكتلندا للوقاية من أمراض القلب التاجية" . داء السكري . 53 (11): 2855-2860 . doi : 10.2337/diabetes.53.11.2855 . PMID 15504965 .  
  29. ↑ بارك إس جيه، كوكران جيه آر (25-09-2009). هندسة وتصميم البروتين . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-1-4200-7659-2.
  30. ↑ زاغورسكي، ز.ب.، وسيهيستيد، ك. (1998). "الجذور العابرة والمستقرة الناتجة عن نزع الأمين من ألفا-ألانين". مجلة التحليل الإشعاعي والكيمياء النووية ، 232 ( 1-2 ): 139-141 . Bibcode : 1998JRNC..232..139Z . doi : 10.1007/BF02383729 . S2CID 97855573 . .
  31. 1 2 أندريو ب، بيرنز د.ت، ناحوم أ.إ، سيونتجينز ج، أتيكس ف.هـ (2017). "قياس جرعات الألانين" . أساسيات قياس جرعات الإشعاع المؤين ( الطبعة الثانية). فاينهايم، ألمانيا: وايلي-في سي إتش . الصفحات 547-556 . ISBN   978-3-527-80823-6. OCLC 990023546 . 
  32. ↑ بيجلين، إيما ر.؛ أيتكينهيد، آدم هـ.؛ برايس، غاريث ج.؛ تشادويك، إيمي ل.؛ سانتينا، إلهام؛ ويليامز، كاي ج.؛ كيركبي، كارين ج. (2022-04-26). "مراجعة قياس جرعات العلاج الإشعاعي قبل السريري باستخدام نموذج فأر ثلاثي الأبعاد مطبوع واقعي" . التقارير العلمية . 12 (1): 6826. Bibcode : 2022NatSR..12.6826B . doi : 10.1038/s41598-022-10895-5 . ISSN 2045-2322 . PMC 9042835. PMID 35474242 .