برولاين

البرولين (رمزه Pro أو P ) ^{[ 4 ]} هو حمض عضوي يُصنف كحمض أميني مُكوِّن للبروتينات (يُستخدم في التخليق الحيوي للبروتينات )، على الرغم من أنه لا يحتوي على مجموعة الأمين -NH_٢- ولكنه في الواقعأمين ثانوي. يكون نيتروجين الأمين الثانوي في صورته البروتونية (NH₂⁺⁾_فيالظروف البيولوجية، بينمامجموعة الكربوكسيلفيغير البروتونية(-COO⁻⁾ترتبطالسلسلة الجانبية منذرة الكربون ألفابيروليدين، مما يصنفه كحمضأمينيأليفاتي. وهو غير أساسي في البشر، أي أن الجسم قادر على تصنيعه من الحمض الأميني غير الأساسيL-غلوتامات. ويتمترميزهبواسطة جميعالكودونات،CCA، وCCG).

البرولين هو الحمض الأميني الوحيد المكون للبروتين والذي يعتبر أمينًا ثانويًا ، حيث ترتبط ذرة النيتروجين بكل من ذرة الكربون ألفا وسلسلة من ثلاث ذرات كربون تشكل معًا حلقة خماسية.

عُزل البرولين لأول مرة عام 1900 على يد ريتشارد ويلستاتر، الذي حصل على الحمض الأميني أثناء دراسته لـ N- ميثيل برولين، وقام بتخليق البرولين عن طريق تفاعل ملح الصوديوم لثنائي إيثيل مالونات مع 1،3-ثنائي برومو بروبان . وفي العام التالي، عزل إميل فيشر البرولين من الكازين ونواتج تحلل إستر غاما-فثاليميدو-بروبيل مالونيك، ^{[ 5 ]} ونشر تخليق البرولين من إستر فثاليميد بروبيل مالونيك. ^{[ 6 ]}

اسم البرولين مشتق من البيروليدين ، وهو أحد مكوناته. ^{[ 7 ]}

يُشتق البرولين حيويًا من الحمض الأميني L- غلوتامات . يتكون غلوتامات-5-سيمي ألدهيد أولًا بواسطة إنزيم غلوتامات 5-كيناز (المعتمد على ATP) وإنزيم غلوتامات-5-سيمي ألدهيد ديهيدروجينيز (الذي يتطلب NADH أو NADPH). يمكن لهذا المركب بعد ذلك أن يتحول تلقائيًا إلى حمض 1-بيرولين-5-كربوكسيليك ، والذي يُختزل إلى برولين بواسطة إنزيم بيرولين-5-كربوكسيلات ريدوكتاز (باستخدام NADH أو NADPH)، أو يتحول إلى أورنيثين بواسطة إنزيم أورنيثين أمينوترانسفيراز ، ثم يتحول إلى برولين بواسطة إنزيم أورنيثين سيكلودياميناز . ^{[ 8 ]}

وُجد أن البرولين يعمل كمحفز ضعيف لمستقبلات الجلايسين ، وكذلك لمستقبلات الغلوتامات الأيونية من نوع NMDA وغير NMDA ( AMPA / كاينات ) . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} وقد اقتُرح أنه سم عصبي داخلي محتمل . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} في النباتات ، يُعد تراكم البرولين استجابة فسيولوجية شائعة لمختلف أنواع الإجهاد، ولكنه أيضًا جزء من برنامج النمو في الأنسجة التناسلية (مثل حبوب اللقاح ). ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

يقوم بروتين EPRS1 بتحميل البرولين لنقله إلى الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA )، والذي يمكنه دمجه في سلسلة الببتيد المصنعة حديثًا أثناء عملية ترجمة البروتين. ^{[ 16 ]}

يعمل بروتين EPRS1 ، في الخلايا البشرية، كعامل مساعد للفيروس في عدوى فيروسات المامارينا، بما في ذلك فيروس التهاب السحايا اللمفاوي (LCMV ) وفيروس جونين (JUNV ) وفيروس لاسا (LASV) ، ويؤدي تثبيطه باستخدام مركب هالوفوجينون ، وهو مثبط لنطاق البروليل، إلى القضاء التام على العدوى الفيروسية عن طريق تعطيل تجميع الفيروس وتبرعمه. ^{[ 17 ]}

ربطت دراسة أجريت عام 2022، واعتمدت على تجربة سريرية أولية محدودة على البشر، وبشكل أساسي على كائنات حية أخرى، بين اتباع نظام غذائي غني بالبرولين وزيادة خطر الإصابة بالاكتئاب لدى البشر. وكانت النتائج ذات دلالة إحصائية في الكائنات الحية الأخرى. ^{[ 18 ]}

تُضفي البنية الحلقية المميزة للسلسلة الجانبية للبرولين صلابةً بنيويةً استثنائيةً عليه مقارنةً بالأحماض الأمينية الأخرى. كما تؤثر هذه البنية على معدل تكوين الرابطة الببتيدية بين البرولين والأحماض الأمينية الأخرى. فعندما يرتبط البرولين برابطة ببتيدية على شكل رابطة أميدية، لا يرتبط نيتروجينه بأي هيدروجين، مما يعني أنه لا يستطيع أن يكون مانحًا للرابطة الهيدروجينية ، ولكنه يستطيع أن يكون مستقبلًا لها.

يُعدّ تكوين الرابطة الببتيدية مع البرولين المرتبط بـ tRNA الداخل ^إلى الريبوسوم أبطأ بكثير من تكوينها مع أي نوع آخر من tRNA، وهي سمة عامة للأحماض الأمينية N- ألكيلية. ^{[ 19 ]} كما أن تكوين الرابطة الببتيدية بطيء أيضًا بين tRNA الداخل وسلسلة تنتهي بالبرولين؛ حيث يُعدّ تكوين روابط البرولين-برولين الأبطأ على الإطلاق. ^{[ 20 ]}

تؤثر الصلابة البنيوية الاستثنائية للبرولين على البنية الثانوية للبروتينات القريبة من بقايا البرولين، وقد يفسر ذلك ارتفاع نسبة وجوده في بروتينات الكائنات المحبة للحرارة . يمكن وصف البنية الثانوية للبروتين بدلالة الزوايا ثنائية السطوح φ و ψ و ω للهيكل الأساسي للبروتين. تُثبّت البنية الحلقية للسلسلة الجانبية للبرولين الزاوية φ عند حوالي -65 درجة. ^{[ 21 ]}

يعمل البرولين كمُعطِّل بنيوي في منتصف عناصر البنية الثانوية المنتظمة ، مثل حلزونات ألفا وصفائح بيتا ؛ ومع ذلك، يوجد البرولين عادةً كأول بقايا في حلزون ألفا ، وكذلك في خيوط حواف صفائح بيتا . كما يوجد البرولين بكثرة في الانعطافات (نوع آخر من البنية الثانوية)، ويساعد في تكوين انعطافات بيتا. قد يُفسر هذا الأمر حقيقة أن البرولين عادةً ما يكون مُعرَّضًا للمذيب، على الرغم من امتلاكه سلسلة جانبية أليفاتية بالكامل .

يمكن أن يؤدي وجود عدة برولينات و/أو هيدروكسي برولينات متتالية إلى تكوين حلزون متعدد البرولين ، وهو البنية الثانوية السائدة في الكولاجين . وتزيد عملية هيدروكسلة البرولين بواسطة إنزيم بروليل هيدروكسيلاز (أو إضافة بدائل ساحبة للإلكترونات مثل الفلور ) من استقرار بنية الكولاجين بشكل ملحوظ. ^{[ 22 ]} لذا، تُعد هيدروكسلة البرولين عملية كيميائية حيوية بالغة الأهمية للحفاظ على النسيج الضام في الكائنات الحية العليا. ويمكن أن تنجم أمراض خطيرة مثل داء الإسقربوط عن عيوب في هذه العملية، كطفرات في إنزيم بروليل هيدروكسيلاز أو نقص عامل الأسكوربات (فيتامين ج) المساعد الضروري .

تستطيع الروابط الببتيدية مع البرولين، ومع الأحماض الأمينية الأخرى المستبدلة بمجموعة N (مثل الساركوزين )، أن تتخذ شكلي المتصاوغين cis و trans . تتخذ معظم الروابط الببتيدية شكل المتصاوغ trans بنسبة كبيرة (عادةً 99.9% في الظروف غير المجهدة)، ويعود ذلك أساسًا إلى أن هيدروجين الأميد ( في المتصاوغ trans ) يُظهر تنافرًا فراغيًا أقل مع ذرة الكربون _ألفا السابقة مقارنةً بذرة الكربون _ألفا اللاحقة ( في المتصاوغ cis ). في المقابل، يُعاني كل من المتصاوغين cis و trans لرابطة X-Pro الببتيدية (حيث يُمثل X أي حمض أميني) من تداخلات فراغية مع الاستبدال المجاور، ويتميزان بفرق طاقة أقل بكثير. لذا، ترتفع نسبة روابط X-Pro الببتيدية في شكل المتصاوغ cis بشكل ملحوظ في الظروف غير المجهدة، حيث تتراوح نسبتها عادةً بين 3 و10%. ^{[ 23 ]} مع ذلك، تعتمد هذه القيم على الحمض الأميني السابق، حيث ينتج عن بقايا الجليسين ^{[ 24 ]} والأحماض الأمينية العطرية ^{[ 25 ]} نسبًا أعلى من المتصاوغ سيس . وقد تم تحديد نسب سيس تصل إلى 40% لروابط الببتيد العطرية-البرولين. ^{[ 26 ]}

من الناحية الحركية، يُعدّ تحويل البرولين من الشكل سيس إلى الشكل ترانس عمليةً بطيئةً للغاية، وقد تُعيق عملية طي البروتين عن طريق احتجاز واحد أو أكثر من بقايا البرولين الضرورية للطي في الشكل غير الأصلي، خاصةً عندما يتطلب البروتين الأصلي الشكل سيس . ويعود ذلك إلى أن بقايا البرولين تُصنّع حصريًا في الريبوسوم على شكل الشكل ترانس . تمتلك جميع الكائنات الحية إنزيمات بروليل إيزوميراز لتحفيز هذا التحويل، ولدى بعض البكتيريا إنزيمات بروليل إيزوميراز متخصصة مرتبطة بالريبوسوم. مع ذلك، ليس كل البرولين ضروريًا للطي، وقد يستمر طي البروتين بمعدل طبيعي على الرغم من وجود أشكال غير أصلية للعديد من روابط الببتيد X-Pro.

يُستخدم البرولين ومشتقاته غالبًا كعوامل حفازة غير متماثلة في تفاعلات التحفيز العضوي بالبرولين . ومن الأمثلة البارزة على ذلك اختزال CBS وتكثيف الألدول المحفز بالبرولين .

في صناعة الجعة، تتحد البروتينات الغنية بالبرولين مع البوليفينولات لإنتاج العكارة (التعكر). ^{[ 27 ]}

يُعدّ L- برولين عاملًا واقيًا من الضغط الأسموزي ، ولذلك يُستخدم في العديد من التطبيقات الصيدلانية والتقنية الحيوية.

يمكن إضافة البرولين إلى وسط النمو المستخدم في زراعة الأنسجة النباتية . قد يُحسّن ذلك النمو، ربما لأنه يُساعد النبات على تحمّل ضغوط زراعة الأنسجة. ^{[ 28 ]} للاطلاع على دور البرولين في استجابة النباتات للضغوط، انظر قسم النشاط البيولوجي . 

يُعد البرولين، إلى جانب الجليسين ، أحد الأحماض الأمينية التي لا تتبع مخطط راماشاندران النموذجي . ونظرًا لتكوّن حلقة متصلة بذرة الكربون بيتا، فإن زاويتي ψ و φ حول الرابطة الببتيدية تتمتعان بدرجات دوران أقل. ونتيجةً لذلك، غالبًا ما يُوجد البرولين في "انعطافات" البروتينات، لأن إنتروبيته الحرة (ΔS ) ليست كبيرة نسبيًا مقارنةً بالأحماض الأمينية الأخرى، وبالتالي يكون التغير في الإنتروبيا أصغر في الحالة المطوية مقارنةً بالحالة غير المطوية. علاوةً على ذلك، نادرًا ما يُوجد البرولين في بنيتي ألفا وبيتا، لأنه يُقلل من استقرار هاتين البنيتين، إذ لا يُمكن لذرة النيتروجين ألفا في سلسلته الجانبية تكوين سوى رابطة نيتروجين واحدة.

بالإضافة إلى ذلك، يُعد البرولين الحمض الأميني الوحيد الذي لا يُنتج لونًا أحمر بنفسجيًا عند معالجته بالرش بمادة النينهيدرين في تطبيقات الكروماتوغرافيا . بل يُنتج البرولين لونًا برتقاليًا مصفرًا.

يمكن تصنيع البرولين الراسيمي من ^{مالونات} ثنائي الإيثيل والأكريلونيتريل : ^{[ 29} ]

• فرط برولين الدم
• خطأ وراثي في ​​التمثيل الغذائي
• نقص البروليداز
• برولينول

• طيف الكتلة للبرولين
• التخليق الحيوي للبرولين
• التخليق الحيوي للبرولين