Введение

Таблица 1. Общая информация об аланине

Тривиальное название	Аланин / Alanine
Трехбуквенный код	Ala
Однобуквенный код	A
Название по IUPAC	2-аминопропановая кислота
Структурная формула
Брутто-формула	C3H7NO2
Молярная масса	89,09 г/моль
PubChem CID	7311724
Заменимость	заменимая
Химические характеристики	протеиногенная, неполярная, алифатическая
Встречаемость в белках	7,8%
Кодируется	CGA, CGT, CGC, CGG
Изображение в шариково-стержневой модели с подписанными именами тяжелых атомов

Структура

Аланин открыт Вейлем в 1888 г в фиброине шелка. Альфа-углеродный атом аланина связан с метильной группой (-CH3), что делает аланин одной из самых простых альфа-аминокислот в отношении молекулярной структуры. Метильная группа аланина не является реактивной и, таким образом, почти никогда непосредственно не участвует в функционировании белка. Однако боковые цепи аланина, а также валина, лейцина и изолейцина в белках в результате гидрофобных взаимодействий стремятся объединяться в кластеры, что стабилизирует структуру белка.
Аланин имеет радикальную группу небольшого размера, поэтому не мешает полипептидной цепи укладываться в бета-слои. Наиболее высокое содержание аланина (29,7%) наблюдается в таком β-кератине, как фиброин шелка. Остатки Gly и Ala чередуются в фиброине на протяжении довольно длинных участков полипептидной цепи^[2].
Впервые аланин был синтезирован Штреккером в 1850 г. действием на ацетальдегид аммиаком и синильной кислотой с последующим гидролизом образовавшегося α-аминонитрила:

Рисунок 1. Синтез аланина.

В лабораторных условиях аланин синтезируют взаимодействием с аммиаком α-хлор или α-бромпропионовой кислоты^[4]:

Рисунок 2. Синтез аланина в лабораторных условиях.

Аланин в продуктах питания

Аланин может синтезироваться в организме человека, и нет необходимости принимать его с пищей. Аланин встречается в широком разнообразии продуктов, а особенно - в мясе. Источники аланина:
1)Животные источники: мясо, морепродукты, казеинат, молочные продукты, яйца, рыба, желатин, лактальбумин;
2)Растительные источники: семена подсолнечника, овес, зародыши пшеницы, авокадо, бобовые, орехи, семена, соя, сыворотка, пивные дрожжи, коричневый рис, отруби, кукуруза, цельные зерна^[3].

Физиологическая роль аланина

Является основным компонентом соединительной ткани.
В организме синтезируется из разветвленных аминокислот (лейцин, изолейцин, валин), пировиноградной кислоты.

Рисунок 3.Участие аланина в метаболизме^[8]

Во время перерывов между приемами пищи, особенно продолжительных, некоторое количество белков мышц расщепляется до аминокислот. Эти аминокислоты с помощью реакции трансаминирования отдают свои аминогруппы продукту гликолиза пирувату, образуя аланин, который транспортируется в печень и там дезаминируется. Гепатоциты в процессе глюконеогенеза превращают получившийся пируват в глюкозу крови, а аммиак в мочевину, которая выводится из организма. Дефицит аминокислот в мышцах восстанавливается после нескольких приемов пищи. Нарушения в этом цикле повышают риск развития диабета II типа. Таким образом, аланин участвует в глюкозо-аланиновом цикле, который позволяет сглаживать колебания уровня глюкозы крови между приемами пищи^[4].
Кроме того, международное исследование под руководством Имперского колледжа в Лондоне обнаружило корреляцию между высоким уровнем аланина и повышенным кровяным давлением, потребляемой энергией, уровнем холестерина и индексом массы тела.

Основные функции:
• выработка мышечной энергии;
• регулировка уровня энергетического обмена;
• стимуляция иммунитета; регулирование уровня сахара;
• выработка лимфоцитов; поддержание тонуса мышц;
• поддержка половой функции;
• работа надпочечников;
• детоксикация аммиака;
• метаболизм сахаров и органических кислот.

Системы и органы:
- мышечная ткань;
- головной мозг;
- соединительная ткань.

Последствия дефицита:
- гипогликемия;
- при больших физических нагрузках — распад мышечной ткани.

Последствия переизбытка:
- инфицирование вирусом Эпштейна-Барра;
- синдром хронической усталости.
У животных избыток аланина индуцирует мутагенез.

Рисунок 4. Аланин и его производные.

Аланин применяется с целью укрепления иммунной системы, снижения риска образования камней в почках. Как вспомогательное средство при лечении гипогликемии, для смягчения приступов эпилепсии. Является важным источником энергии для головного мозга и центральной нервной системы. Также используется для устранения вегетативных симптомов по типу приливов, обусловленных естественной или ятрогенной предменопаузой, менопаузой и постменопаузой, при невозможности назначения заместительной гормональной терапии; перед назначением заместительной гормональной терапии; в комбинации с заместительной гормональной терапией при ее недостаточной эффективности.
Аланин входит в состав множества медицинских препаратов^[3], а также в состав БАД и многих энергетических и спортивных формул.
Аланину соответствует свыше 30 производных, различающихся заместителями атома водорода метильной группы (см. рис. 4). Например, гормон щитовидной железы тироксин с йод замещенной ароматической боковой цепью; бета-аланин (основная составляющая кофермента А), ДОФА (3,4-дигироксифенилаланин), необходимый для синтеза меланина^[2], мышечные белки карнозин и анзерин, коэнзим А, пантотеновая кислота (витамин B5), фермент аланин-аминотрансфераза (АЛТ).

Физико-химические свойства

Рисунок 5. Кривая титрования аланина, полученная при титровании 0,1М раствора аланина 0,1М раствором HCl и 0,1М растором NaOH.

На рис.5 представлена кривая титрования аланина (файл Excel с вычислениями). Из кривой титрования следует, что карбоксильная группа имеет рК_a1=2,34, а протонированная аминогруппа — рК_a2= 9,69. При рН = 6,01 аланин существует в виде биполярного иона (цвиттер-иона), когда суммарный электрический заряд частицы равен 0. При этом значении рН молекула аланина электронейтральна. Такое значение рН называют изоэлектрической точкой и обозначают рI. Изоэлектрическая точка рассчитывается как среднее арифметическое двух значений рК_a.
Для аланина: рI= ½ *c(рК_a1 + рК_a2) = ½ * (2,34 + 9,69) = 6,01.

Рисунок 6. Формы аланина

На рис.6 показаны разные формы существования молекулы аланина. Это стоит понимать так: при определенном рК_a появляется соответствующая форма, и затем процент ее содержания постепенно увеличивается.

Белок-белковые контакты

Белок-белковые контакты

Вращение:		Тяжелые атомы:
Измерения:
	Скрипт

Вы увидите (по порядку):
1) шаро-стержневая модель аланина (до нажатия каких-либо кнопок)
2) общий вид пептидной связи на примере аланина и аргинина (PDB ID:3W4S, [ALA]113:A и [ARG]114:A)(после нажатия "Запустить")
3) общий вид остовной водородной связи на примере аланина и фенилаланина (PDB ID:3W4S, [ALA]124:A и [PHE]128:A) (после нажатия "Продолжить")
4) гидрофобные взаимодействия (использовался сервис CluD) (PDB ID:3D4U, [ALA]178:A, [VAL]179:A, [PHE]147:A, [ILE]38:A, [LEU]47:A, [TRP]63:A)

Аланин - гидрофобная аминокислота, боковой радикал которой часто входит в состав гидрофобных ядер (обозначены черным). Аланин также относится к алифатическим аминокислотам, поэтому водородные связи с участием бокового радикала и солевые мостики для аланина не характерны.
Белок–белковые взаимодействия лежат в основе многих физиологических процессов, связанных с ферментативной активностью и ее регуляцией, электронным транспортом и др. Процесс образования комплекса двух белковых молекул в растворе можно условно разделить на несколько стадий:
1) свободная диффузия молекул в растворе на большом расстоянии от других макромолекул,
2) сближение макромолекул и их взаимная ориентация за счет дальнодействующих электростатических взаимодействий с образованием предварительного (диффузионно-столкновительного) комплекса,
3) трансформация предварительного комплекса в финальный, т. е. в такую конфигурацию, в которой осуществляется биологическая функция.
Альтернативно диффузионно-столкновительный комплекс может распасться без образования финального комплекса. При трансформации предварительного комплекса в финальный происходят вытеснение молекул растворителя из белок-белкового интерфейса и конформационные изменения самих макромолекул. Важную роль в этом процессе играют гидрофобные взаимодействия и образование водородных связей и солевых мостиков^[5].

Факторы, регулирующие белок-белковые взаимодействия:

• Концентрация белка, которая, в свою очередь, определяется уровнем экспрессии и скоростью деградации;
• Аффиностью белка к другим белкам или лигандам;
• Концентрация лигандов (субстраты, ионы, и т. д.);
• Присутствие других белков, нуклеиновых кислот и ионов;
• Электрическими полями вокруг белка;
• Присутствие ковалентных модификаций^[6].
  
  

ДНК-белковые контакты

Устойчивость нуклеопротеидных комплексов обеспечивается нековалентным взаимодействием. У различных нуклеопротеидов в обеспечение стабильности комплекса вносят вклад различные типы взаимодействий. Аланин из-за своей гидрофобности и алифатичности не взаимодействует с ДНК, что подтвердилось при поиске контактов с помощью JMol.

Примечания и источники:

[1] Работа выполнялась вместе с Тепловой Анастасией // Ее сайт.
[2] Х.-Д. Якубке, Х.Ешкайт Аминокислоты, пептиды, белки. Москва «Мир» 1985, c.13-20 // LifeBio.wiki.
[3] Аланин // LifeBio.wiki.
[4] Аланин // Wikipedia.
[5] Компьютерные исследования и моделирование, 2013, Т. 5 No 1 С. 47−64 // С.С.Хрущевa, А.М.Абатурова и другие // Моделирование белок-белковых взаимодействий с применением программного комплекса многочастичной броуновской динамики ProKSim.
[6] Белок-белковые взаимодействия // Wikipedia.
[7] Нуклеопротеиды // Wikipedia.
[8] Regulation of energy metabolism // Biocadmin.