Фенилаланин

Фенилалани́н (α-амино-β-фенилпропионовая кислота, сокр.: Фен, Phe, F) — ароматическая альфа-аминокислота. Существует в двух (оптически изомерных) формах l и d и в виде (рацемата) (dl). По химическому строению соединение можно представить как аминокислоту аланин, в которой один из атомов водорода замещён (фенильной группой).

Фенилаланин
Общие
Систематическое наименование	2-​амино-​3-​фенилпропановая кислота
Сокращения	Фен, Phe, F UUU, UUC
Хим. формула	C9H11NO2
Рац. формула	C9H11NO2
Физические свойства
Молярная масса	165,19 г/моль
Плотность	1,29 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	283 °C
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты ${\displaystyle pK_{a}}$	2,20 9,09
Изоэлектрическая точка	5,48
Классификация
Рег. номер CAS	[63-91-2]
PubChem	6140 и 6925665
Рег. номер EINECS	200-568-1
SMILES	C1=CC=C(C=C1)CC(C(=O)O)N
InChI	InChI=1S/C9H11NO2/c10-8(9(11)12)6-7-4-2-1-3-5-7/h1-5,8H,6,10H2,(H,11,12)/t8-/m0/s1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N
ChEBI	17295 и 58095
ChemSpider	5910
Безопасность
NFPA 704	1 2 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

l-Фенилаланин является протеиногенной аминокислотой и входит в состав белков всех известных живых организмов. Участвуя в гидрофобных и (стэкинг)-взаимодействиях, фенилаланин играет значительную роль в (фолдинге) и стабилизации белковых структур, является составной частью функциональных центров.

Свойства

Фенилаланин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, разлагающееся при плавлении.

В вакууме при нагревании сублимирует. Ограниченно растворяется в воде, малорастворим в этаноле.

С азотной кислотой даёт . При нагревании подвергается (декарбоксилированию).

Биосинтез

В процессе биосинтеза фенилаланина промежуточными соединениями являются (шикимат), хоризмат, (префенат). Фенилаланин в природе синтезируется микроорганизмами, грибами и растениями. Более подробно биосинтез фенилаланина рассмотрен в статье шикиматный путь.

Для человека, как и для всех (Metazoa), фенилаланин является незаменимой аминокислотой и должен поступать в организм в достаточном количестве с белками пищи.

Суточная потребность взрослого человека — 4.4г

Пищевые источники фенилаланина

Продукт	г/100г
(Женское молоко)	5.9
Коровье молоко	5.7
Куриное яйцо	7.3
Рыба	4.8
Мясо	4.5
Соевые бобы	5.0
Овсяные хлопья	4.6
Пшеничная мука	4.8
Картофель	6.4

Катаболизм

В природе известно несколько путей биодеградации фенилаланина. Основными промежуточными продуктами катаболизма фенилаланина и метаболически связанного с ним тирозина у различных организмов выступают (фумарат), (пируват), (сукцинат), (ацетоацетат), (ацетальдегид) и др. У животных и человека фенилаланин и тирозин распадаются до (фумарата) (превращается в (оксалоацетат), являющийся субстратом (глюконеогенеза)) и ацетоацетата (повышает уровень (кетоновых тел) в крови), поэтому эти аминокислоты по характеру катаболизма у животных относят к глюко-кетогенным (смешанным) (см. классификацию аминокислот). Основным метаболическим превращением фенилаланина у животных и человека является ферментативное гидроксилирование этой аминокислоты с образованием другой ароматической аминокислоты — тирозина.

Гидроксилирование фенилаланина в тирозин

Превращение фенилаланина в тирозин в организме в большей степени необходимо для удаления избытка фенилаланина, а не для восстановления запасов тирозина, так как тирозин обычно в достаточном количестве поступает с белками пищи, и его недостатка, как правило, не возникает. Дальнейшим катаболическим превращениям подвергается именно тирозин.

Фенилаланин является предшественником (циннамата) — одного из основных предшественников (фенилпропаноидов). Фенилаланин может метаболизироваться в один из биогенных аминов — (фенилэтиламин).

При наследственном заболевании (фенилкетонурии) превращение фенилаланина в тирозин нарушено, и в организме происходит накопление фенилаланина и его метаболитов ((фенилпируват), , (фенилацетат), орто-гидроксифенилацетат, фенилацетилглутамин), избыточное количество которых отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Аналоги

Известно, что некоторые соединения, структурно близкие (аналоги) протеиногенным аминокислотам, способны конкурировать с этими протеиногенными аминокислотами, и включаться вместо них в состав белков в процессе их биосинтеза (хотя, механизмы белкового синтеза способны дискриминировать аналоги в пользу канонических природных аминокислот). Такие аналоги (антагонисты протеиногенных аминокислот), являясь антиметаболитами, в той или иной мере токсичны для клеток. Для фенилаланина хорошо известны следующие аналоги.

• l-2,5-Дигидрофенилаланин ((S)-2-амино-3-(циклогекса-1,4-диенил)-пропановая кислота, pheH₂, H₂Phe, DHPA) — производится различными (Actinobacteria) (например, ) и (Gammaproteobacteria) (например, (Photorhabdus luminescens)) как токсин, способствующий выживанию в межвидовой конкурентной борьбе, то есть играет роль антибиотика. l-2,5-Дигидрофенилаланин, как и фенилаланин, в природе синтезируется из (префената), то есть шикиматным путём. В экспериментах с ауксотрофным по фенилаланину штаммом Escherichia coli ATCC 9723f удавалось добиться замещения в белках 65 % фенилаланина на 2,5-дигидрофенилаланин, без потери жизнеспособности, хотя скорость роста существенно снижалась пропорционально проценту замещения остатков фенилаланина. В клеточных белках саркомы 180 возможно замещение 33 % остатков фенилаланина, что также не летально для клеток. Показано, что l-2,5-дигидрофенилаланин способен индуцировать (катепсин)-зависимый апоптоз промиелоцитарных (лейкозных) клеток человека (HL-60).
• Фторфенилаланины — (синтетические аналоги), в которых определённые атомы водорода (обычно один из атомов водорода фенильной группы) замещён атомом фтора. Атом фтора стерически близок атому водорода (имеет чуть больший (радиус Ван-дер-Ваальса) (1,35 Å против 1,20 Å), хотя в других отношениях эти атомы различаются значительно — отличаясь высокой электроотрицательностью (4,0 против 2,1), фтор придаёт молекуле бо́льшую полярность, гидрофильность и создаёт так называемый ), поэтому для определённых ауксотрофных по фенилаланину микроорганизмов возможна даже полная замена практически всего фенилаланина на его фторзамещённые аналоги, причём ущерб от такой замены может быть совместим с основными жизненными функциями клетки (рост, деление сильно угнетаются, замедляются, однако полностью не прекращаются). Фторфенилаланины являются одними из самых широко используемых аналогов природных соединений в биохимических и физиологических исследованиях. Из фторфенилаланинов наиболее хорошо известен и наиболее популярен в исследованиях пара-фторфенилаланин (4-фторфенилаланин, 4fF, pFF, PFPA). Включение в белки п-фторфенилаланина вместо фенилаланина может положительно либо отрицательно сказываться на таких их свойствах, как активность, стабильность и термостойкость. Как правило, п-фторфенилаланин оказывает сильное ингибирующее влияние на темпы роста «отравленных» им микроорганизмов (в его присутствии лаг-фаза длится дольше, а (экспоненциальный рост) сменяется ), а не его степень (урожайность клеточных культур при добавлении аналога может даже возрастать). Часто процессы деления подавляются сильнее, чем рост — в этом случае размер клеток с каждым делением возрастает вплоть до возникновения гигантских клеток (в случае дрожжей) или аномально удлинённых палочек (в случае бактерий). Включаясь в структуру (флагеллинов), п-фторфенилаланин нарушает структуру и функционирование бактериальных (Salmonella Typhimurium) жгутиков (формируются функционально неполноценные «завитые» правозакрученные жгутики вместо нормальных левозакрученных). В результате мутаций бактерии могут быстро развивать устойчивость к фторфенилаланинам, поэтому фторфенилаланины не могут быть эффективными противобактериальными средствами.
• Пиридилаланины — 2-азафенилаланин (2aF), 3-азафенилаланин (3aF), 4-азафенилаланин (4aF) — синтетические аналоги, структурное отличие от фенилаланина заключается в «замене» одной из (бензольного остатка) на атом азота (пиридиновое ядро вместо бензольного).
• Прочие аналоги фенилаланина: β-фенилсерин, β-2-тиенилаланин, β-3-тиенилаланин, β-2-фурилаланин, β-3-фурилаланин, β-(1-циклопентен)-аланин.
• Кроме вышеупомянутых аналогов известны и другие (например, α-азафенилаланин, конформационно-фиксированные аналоги, такие как 1,2,3,4-тетрагидроизохинолин-3-карбоновая кислота ), которые фигурируют в различных исследованиях, в том числе и по поиску новых лекарств (биологически активные псевдопептиды и другие).

Производство и применение

Фенилаланин в промышленных масштабах получают микробиологическим способом. Возможен также химический синтез (синтез Эрленмейера из (бензальдегида), синтез Штрекера из ) с последующим разделением рацемической смеси при помощи ферментов. Используют фенилаланин для сбалансирования кормов для животных, как компонент спортивного питания, как пищевая добавка. Значительная часть фенилаланина идёт на производство дипептида (аспартама) — синтетического сахарозаменителя, активно использующегося в пищевой промышленности, чаще в производстве жевательной резинки и газированных напитков. Употребление таких продуктов противопоказано лицам, страдающим (фенилкетонурией).

Примечания

1. Лысиков Ю.А. Аминокислоты в питании человека // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. — 2012. — Вып. 2. — С. 88–105. — ISSN 1682-8658. 28 января 2022 года.
2. Robert E. Marquis. Fluoroamino Acids and Microorganisms (англ.) // Handbuch der experimentellen Pharmakologie : Научный журнал. — 1970. — Vol. 20, no. 2. — P. 166—192. — doi:10.1007/978-3-642-99973-4_5.
3. Jason M. Crawford, Sarah A. Mahlstedt, Steven J. Malcolmson, Jon Clardy, Christopher T. Walsh. Dihydrophenylalanine: A Prephenate-Derived Photorhabdus luminescens Antibiotic and Intermediate in Dihydrostilbene Biosynthesis (англ.) // Chemistry & Biology : Научный журнал. — 2011. — Vol. 18, no. 9. — P. 1102—1112. — doi:10.1016/j.chembiol.2011.07.009. — PMID 21944749.
4. Martin J. Pine. Incorporation of l-2,5-Dihydrophenylalanine into Cell Proteins of Escherichia coli and Sarcoma 180 (англ.) // Antimicrobial Agents and Chemotherapy : Научный журнал. — 1975. — Vol. 7, no. 5. — P. 601—605. — PMID 1096808. 11 августа 2021 года.
5. Kiso T., Usuki Y., Ping X., Fujita K., Taniguchi M. l-2,5-Dihydrophenylalanine, an inducer of cathepsin-dependent apoptosis in human promyelocytic leukemia cells (HL-60) (англ.) // The Journal of Antibiotics (Tokyo) : Научный журнал. — 2001. — Vol. 54, no. 10. — P. 810—817. — doi:10.7164/antibiotics.54.810. — PMID 11776436.
6. Munier R. L. Substitution totale de la phénylalanine par l’o- ou la m-fluorophénylalanine dans les protéines d’Escherichia coli (фр.) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences : Научный журнал. — 1959. — Vol. 248, n^o 12. — P. 1870—1873. — PMID 13639380.
7. Peter James Baker and Jin Kim Montclare. Enhanced Refoldability and Thermoactivity of Fluorinated Phosphotriesterase (англ.) // ChemBioChem : Научный журнал. — 2011. — Vol. 12, no. 12. — P. 1845—1848. — doi:10.1002/cbic.201100221. — PMID 21710682.
8. Iino T. Genetics and chemistry of bacterial flagella (англ.) // Bacteriological Reviews : Научный журнал. — 1969. — Vol. 33, no. 4. — P. 454—475. — PMID 4906131. 11 августа 2021 года.
9. M. H. Richmond. The effect of amino acid analogues on growth and protein synthesis in microorganisms (англ.) // Bacteriological Reviews : Научный журнал. — 1962. — Vol. 26, no. 4. — P. 398—420. — PMID 13982167.
10. Yingjie Zhang, Hao Fang, Wenfang Xu. Applications and Modifications of 1,2,3,4-Tetrahydroisoquinoline-3-Carboxylic Acid (Tic) in Peptides and Peptidomimetics Design and Discovery (англ.) // Current Protein & Peptide Science : Научный журнал. — 2010. — Vol. 11, no. 8. — P. 752—758. — doi:10.2174/138920310794557691. — PMID 21235510.
11. Johannes Bongaerts, Marco Krämer, Ulrike Müller, Leon Raeven, Marcel Wubbolts. Metabolic Engineering for Microbial Production of Aromatic Amino Acids and Derived Compounds (англ.) // Metabolic Engineering : Научный журнал. — 2001. — Vol. 3, no. 4. — P. 289—300. — doi:10.1006/mben.2001.0196. — PMID 11676565. 11 марта 2016 года.
12. K. Arvid J. Wretlind. Resolution of racemic phenylalanine (англ.) // Journal of Biological Chemistry : Научный журнал. — 1950. — Vol. 186, no. 1. — P. 221—224. — PMID 14778824. 23 марта 2020 года.

Литература

• Химическая энциклопедия / Редкол.: Зефиров Н. С. и др.. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — Т. 5 (Три-Ятр). — 783 с. — .