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| 名前 | |||
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| IUPAC名
プロリン
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| 体系的なIUPAC名
ピロリジン-2-カルボン酸[1] | |||
| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| 80812 | |||
| チェビ |
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| チェムBL |
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| ケムスパイダー |
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| ドラッグバンク |
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| ECHA 情報カード | 100.009.264 | ||
| EC番号 |
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| 26927 | |||
| ケッグ |
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| メッシュ | プロリン | ||
パブケム CID
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| RTECS番号 |
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| Ｃ5Ｈ9ＮＯ2 | |||
| モル質量 | 115.132 グラムモル−1 | ||
| 外観 | 透明な結晶 | ||
| 融点 | 205～228℃（401～442℉、478～501K）（分解） | ||
| 溶解度 | 1.5g/100gエタノール 19℃ [2] | ||
| ログP | -0.06 | ||
| 酸性度（p Ka） | 1.99（カルボキシル）、10.96（アミノ）[3] | ||
| 補足データページ | |||
| プロリン（データページ） | |||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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プロリン（記号ProまたはP）[4]は、タンパク質構成アミノ酸（タンパク質の生合成に利用）に分類される有機酸であるが、アミノ基 -NHを含まない。
2むしろ第二級アミンです。第二級アミン窒素は生物学的条件下ではプロトン化された形 (NH 2 + ) ですが、カルボキシル基は脱プロトン化された−COO −形です。α炭素からの「側鎖」は窒素に結合してピロリジンループを形成し、脂肪族 アミノ酸に分類されます。これは人間にとって必須ではなく、つまり体は非必須アミノ酸L -グルタミン酸からこれを合成できます。これはCC で始まるすべてのコドン(CCU、CCC、CCA、および CCG)
によってコード化されます。
プロリンは、窒素原子がα炭素と、一緒に5員環を形成する3つの炭素鎖の両方に結合しているため、 第二級アミンである唯一のタンパク質構成第二級アミノ酸です。
歴史と語源
プロリンは1900年にリチャード・ウィルステッターによって初めて単離されました。ウィルステッターはN-メチルプロリンの研究中にこのアミノ酸を得て、ジエチルマロン酸ナトリウム塩と1,3-ジブロモプロパンの反応によってプロリンを合成しました。翌年、エミール・フィッシャーはカゼインとγ-フタルイミドプロピルマロン酸エステルの分解生成物からプロリンを単離し、 [5]フタルイミドプロピルマロン酸エステルからのプロリンの合成を発表しました。[6]
プロリンという名前は、その構成要素の一つであるピロリジンに由来しています。[7]
生合成
プロリンは、アミノ酸L-グルタミン酸から生合成される。 グルタミン酸-5-セミアルデヒドは、まずグルタミン酸5-キナーゼ（ATP依存性）とグルタミン酸-5-セミアルデヒド脱水素酵素（NADHまたはNADPHが必要）によって生成される。その後、自発的に環化して1-ピロリン-5-カルボン酸を形成し、これがピロリン-5-カルボキシレートレダクターゼ（NADHまたはNADPHを使用）によってプロリンに還元されるか、オルニチンアミノトランスフェラーゼによってオルニチンに変換され、その後オルニチンシクロデアミナーゼによって環化されてプロリンが形成される。[8]
生物活性
L-プロリンは、グリシン受容体およびNMDAおよび非NMDA（AMPA /カイニン酸）イオンチャネル型グルタミン酸受容体の両方の弱いアゴニストとして作用することがわかっています。[9] [10] [11]潜在的な内因性興奮毒素であることが提案されています。[9] [10] [11]植物では、プロリンの蓄積はさまざまなストレスに対する一般的な生理学的反応ですが、生殖組織（例：花粉）の発達プログラムの一部でもあります。[12] [13] [14] [15]
2022年に行われた研究では、プロリンを多く含む食事は、主に他の生物とヒトを対象とした限定的な前臨床試験でテストされ、ヒトのうつ病リスクの増加と関連していることが示されました。結果は他の生物においても有意でした。[16]
タンパク質構造の特性
プロリンの側鎖の独特な環状構造により、プロリンは他のアミノ酸に比べて並外れた立体配座の硬直性を持っています。また、プロリンと他のアミノ酸間のペプチド結合の形成速度にも影響します。プロリンがペプチド結合でアミドとして結合している場合、その窒素はどの水素にも結合していないため、水素結合供与体として作用することはできませんが、水素結合受容体として作用することができます。
リボソーム内のPro-tRNA Proとのペプチド結合形成は、他のtRNAと比較してかなり遅く、これはN-アルキルアミノ酸の一般的な特徴です。[17] ペプチド結合形成は、入ってくるtRNAとプロリンで終わる鎖の間でも遅く、プロリン-プロリン結合の形成は最も遅いです。[18]
プロリンの並外れた立体配座の硬直性は、プロリン残基付近のタンパク質の二次構造に影響を及ぼし、好熱性生物のタンパク質にプロリンが多く含まれる理由であると考えられる。 タンパク質の二次構造は、タンパク質骨格の二面角 φ、ψ、ωで説明できる。プロリン側鎖の環状構造は、角度φを約-65°に固定する。[19]
プロリンは、 αヘリックスやβシートなどの通常の二次構造要素の中央で構造を乱す働きをします。しかし、プロリンはαヘリックスの最初の残基として、またβシートの端の鎖としてよく見られます。プロリンはターン（別の種類の二次構造）にもよく見られ、βターンの形成を助けます。これは、プロリンが完全に脂肪族の側鎖を持っているにもかかわらず、通常は溶媒にさらされているという奇妙な事実を説明できるかもしれません。
複数のプロリンおよび/またはヒドロキシプロリンが連続すると、コラーゲンの主な二次構造であるポリプロリンらせんを形成できます。プロリン水酸化酵素によるプロリンの水酸化（またはフッ素などの電子吸引置換基の付加）により、コラーゲンの構造安定性が大幅に向上します。[20]そのため、プロリンの水酸化は高等生物の結合組織 を維持するための重要な生化学的プロセスです。壊血病などの重篤な疾患は、この水酸化の欠陥、たとえば酵素プロリン水酸化酵素の変異や必要なアスコルビン酸（ビタミンC）補因子の欠乏によって引き起こされる可能性があります。
シス–トランス異性化
プロリンや他のN置換アミノ酸 (サルコシンなど) へのペプチド結合は、シス異性体とトランス異性体の両方を存在させることができます。ほとんどのペプチド結合は圧倒的にトランス異性体を採用します (通常、非歪み条件下では 99.9%)。これは主に、アミド水素 (トランス異性体) が、次の C α原子 (シス異性体)よりも、前の C α原子に対してより立体反発が少ないためです。対照的に、X-Pro ペプチド結合 (X は任意のアミノ酸) のシス異性体とトランス異性体は、両方とも隣接する置換と立体衝突を経験し、エネルギー差がはるかに小さくなります。したがって、非歪み条件下でのシス異性体中の X-Pro ペプチド結合の割合は大幅に増加し、シスの割合は通常 3-10% の範囲になります。[21]しかし、これらの値は先行するアミノ酸に依存し、グリシン[22]と芳香族[23]残基はシス異性体の割合を増加させます。芳香族-プロリンペプチド結合では最大40%のシス分率が確認されています。[24]
速度論的観点から見ると、シス–トランスプロリン異性化は非常に遅いプロセスであり、特に天然タンパク質がシス異性体を必要とする場合に、フォールディングに不可欠な 1 つ以上のプロリン残基を非天然異性体に閉じ込めることで、タンパク質フォールディングの進行を妨げる可能性があります。これは、プロリン残基がトランス異性体としてリボソームで排他的に合成されるためです。すべての生物は、この異性化を触媒するプロリルイソメラーゼ酵素を持っており、一部の細菌はリボソームに関連する特殊なプロリルイソメラーゼを持っています。ただし、すべてのプロリンがフォールディングに必須というわけではなく、多くの X–Pro ペプチド結合の非天然コンフォーマーを持っているにもかかわらず、タンパク質フォールディングは通常の速度で進行する場合があります。
用途
プロリンとその誘導体は、プロリン有機触媒反応における不斉触媒としてよく使用されます。CBS還元とプロリン触媒アルドール縮合は、その代表的な例です。
醸造においては、プロリンを多く含むタンパク質がポリフェノールと結合して濁り（ヘイズ）を生成します。[25]
L-プロリンは浸透圧保護剤であるため、多くの医薬品やバイオテクノロジーの用途に使用されています。
植物組織培養に使用される成長培地にはプロリンが補充されることがあります。これにより成長が促進されますが、これはおそらく植物が組織培養のストレスに耐えるのに役立つためです。[26] [より良い情報源が必要] 植物のストレス反応におけるプロリンの役割については、§ 生物学的活性を参照してください。
特産品
プロリンは、グリシンとともに、典型的なラマチャンドラン プロットに従わない 2 つのアミノ酸のうちの 1 つです。β 炭素に結合した環形成のため、ペプチド結合の周りのψ角とφ角は、許容される回転角度が少なくなります。その結果、プロリンの自由エントロピー (Δ S ) は他のアミノ酸に比べてそれほど大きくなく、折りたたまれた形態と折りたたまれていない形態ではエントロピーの変化が小さいため、プロリンはタンパク質の「ターン」でよく見られます。さらに、プロリンの側鎖 α 窒素は 1 つの窒素結合しか形成できないため、プロリンはこのような構造の安定性を低下させるため、α 構造や β 構造ではほとんど見られません。
さらに、プロリンは、クロマトグラフィーで使用するためにニンヒドリンを噴霧して現像したときに赤紫色を形成しない唯一のアミノ酸です。代わりに、プロリンはオレンジがかった黄色を生成します。
合成
ラセミプロリンはジエチルマロネートとアクリロニトリルから合成できる：[27]
参照
参考文献
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- ^ フォーゲル、実用有機化学第5版
さらに読む
- Balbach J、Schmid FX (2000)。「プロリン異性化とタンパク質フォールディングにおけるその触媒作用」。Pain RH (編)。タンパク質フォールディングのメカニズム(第 2 版)。オックスフォード大学出版局。212 ～ 249 ページ。ISBN 978-0-19-963788-1。。
外部リンク
- プロリン MS スペクトル
- プロリン生合成
- プロリン生合成