ALANIN: ĐẶC ĐIỂM, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG, SINH TỔNG HỢP - SINH HỌC - 2025

Các alanin (Ala) là một trong số 22 tiếng amino axit mà bao gồm cấu trúc protein của tất cả các sinh vật, từ vi khuẩn đến con người. Bởi vì nó có thể được tổng hợp bởi cơ thể, nó được phân loại là một axit amin không cần thiết.

Protein có cấu trúc cơ bản hoặc chính được tạo thành từ một chuỗi axit amin gọi là chuỗi polypeptit, trong các chuỗi này mỗi axit amin được tạo thành từ một cacbon trung tâm gọi là cacbon α.

Cấu trúc hóa học của axit amin Alanine (Nguồn: Borb, qua Wikimedia Commons)

Cacbon α được gắn vào bốn nhóm: một nhóm amin (-NH2), một nhóm cacboxyl (-COOH), một nguyên tử hydro (-H) và một nhóm hoặc chuỗi bên (-R) xác định mỗi axit amin. Trong chuỗi bên, các cacbon lấy tuần tự các chữ cái ß, γ, δ và ε.

Các axit amin được phân loại theo độ phân cực của các chuỗi bên của chúng và do đó có các axit amin kỵ nước và phân cực, lần lượt, có thể là trung tính, bazơ và axit. Alanin là một axit amin apolar kỵ nước và là axit amin đơn giản nhất sau glyxin và có nhiều nhất trong hầu hết các loại protein.

Alanine có thể được hình thành trong cơ và vận chuyển đến gan, nơi nó được đưa vào con đường gluconeogenic, tức là con đường hình thành glucose từ các chất không phải glycosidic. Alanine cũng có thể được tổng hợp trong gan thông qua quá trình dị hóa tryptophan và uracil và có thể bị phân hủy để tạo thành pyruvate.

Nó tham gia vào quá trình tổng hợp tryptophan, pyridoxine (Vitamin B6) và carnosine, và vì nó có thể được chuyển đổi thành pyruvate, nó gián tiếp tham gia vào quá trình điều chỉnh đường huyết hoặc là nguồn năng lượng cho cơ xương.

Nó được sử dụng như một chất bổ sung chế độ ăn uống để cải thiện thành tích thể thao và được tìm thấy tự nhiên trong thịt bò, thịt lợn và cá, cũng như trong sữa và các dẫn xuất của nó và trong trứng. Một số loại đậu, trái cây và các loại hạt cũng rất giàu alanin.

Kết cấu

Người ta đã thảo luận trước đó rằng alanin, giống như tất cả các axit amin, có một α-cacbon với bốn nhóm gắn với nó, nhóm R là một nhóm metyl (-CH3).

Do đó, ở pH của cơ thể (khoảng 7,4), α-cacbon của alanin được gắn vào một nhóm amin proton (-NH3 +), một nhóm cacboxyl đã mất một proton (-COO-), một hydro và một nhóm metyl (-CH3).

Hầu hết các axit amin đều có thể ion hóa ở pH 7,0 và về mặt hình học chúng có thể có các đồng phân, được gọi là đồng phân đối quang, là hình ảnh phản chiếu, giống như bàn tay phải và trái.

Sau đó, tất cả các axit amin có thể được tìm thấy dưới dạng "cặp bất đối xứng" được ký hiệu là D hoặc L (dextro và levo, tương ứng), tùy thuộc vào vị trí của các nguyên tử bao quanh α-carbon.

Tuy nhiên, alanin, cũng như hầu hết các axit amin, được tìm thấy chủ yếu ở dạng L, vì đây là dạng mà các enzym chèn vào trong quá trình tổng hợp protein.

Axit amin này cũng có thể được tìm thấy dưới dạng β-alanin, trong đó nhóm amin được gắn với β-carbon của nó, tức là, với carbon đầu tiên của chuỗi bên của nó.

Β-Alanine được tìm thấy trong axit pantothenic (vitamin B5) và trong một số peptit tự nhiên. D-Alanin được tìm thấy trong một số polypeptit nằm trong thành của một số tế bào vi khuẩn.

Nhóm R (metyl, CH

Nhóm metyl của chuỗi bên alanin là một hiđrocacbon no mang lại đặc tính kỵ nước không phân cực cho axit amin này. Đặc điểm này của alanin là chung với các axit amin khác của nhóm này như glyxin, valin, leucin và isoleucin.

Các axit amin tạo nên nhóm béo là các axit amin trung tính về mặt hóa học và đóng một vai trò rất quan trọng trong việc hình thành và duy trì cấu trúc ba chiều của protein vì chúng có xu hướng phản ứng với nhau, ngoại trừ nước.

Các axit amin này, bao gồm cả alanin, chứa cùng một số nhóm ion hóa có điện tích trái dấu, vì vậy chúng không có điện tích thực và được gọi là "zwitterions".

Đặc trưng

Giống như hầu hết các axit amin đã biết, alanin được sử dụng trong quá trình tổng hợp peptit và protein nói chung, và tham gia vào việc thiết lập cấu trúc polypeptit và trong cấu trúc bậc ba của một số protein.

Một chức năng quan trọng khác của alanin là tham gia gián tiếp vào việc kiểm soát đường huyết:

Nó có thể làm phát sinh pyruvate và ngược lại, nó cũng có thể đến gan và trở thành glucose thông qua quá trình tạo gluconeogenesis để được giải phóng vào tuần hoàn hoặc được sử dụng trong quá trình tổng hợp glycogen, khi cần thiết.

Alanine tham gia như một chất vận chuyển amoni từ cơ đến gan, vì nó có thể được tổng hợp bằng cách amoni từ pyruvate, vận chuyển đến gan và được chuyển hóa bằng cách chuyển hóa.

Điều này xảy ra đồng thời với sự biến đổi của α-ketoglutarate thành glutamate, chất này có thể đi vào chu trình urê và chuyển trở lại thành pyruvate.

Cac chưc năng khac

Axit amin này cần thiết cho sự tổng hợp tryptophan và pyridoxine. Mặc dù phản ứng hóa học kém, alanin có thể có chức năng nhận biết cơ chất và điều chỉnh enzym.

Một trong những chức năng của β-alanin là như một chất bổ sung chế độ ăn uống, vì nó được sử dụng như một chất hỗ trợ tập thể dục hiệu quả. Ăn β-alanin làm tăng nồng độ carnosine (một dipeptide được tạo thành từ β-alanine và histidine) trong cơ xương, hoạt động như một “chất đệm”.

Thông thường, carnosine không đóng góp đáng kể vào tổng dung lượng đệm của tế bào cơ và điều này là do nồng độ của nó thấp. Việc sử dụng β-alanin làm tăng nồng độ này và do đó khả năng đệm, do đó cải thiện sức bền bằng cách giảm mệt mỏi.

Sinh tổng hợp

Quá trình tổng hợp alanin quan trọng nhất trong cơ thể con người xảy ra bởi một axit pyruvic có tính khử. Phản ứng này yêu cầu một bước enzym duy nhất.

Pyruvate cung cấp bộ xương carbon và glutamate cung cấp nhóm amin được chuyển thành pyruvate. Enzyme xúc tác phản ứng thuận nghịch này là alanin transaminase.

Kết quả của phản ứng này, alanin và α-ketoglutarate được tạo ra. Alanin sau đó có thể hiện diện trong quá trình tạo gluconeogenesis, trong quá trình đường phân và trong chu trình Krebs.

Một nguồn alanin khác đến từ sự phân hủy tryptophan thành acetyl-CoA. Trong lộ trình này, khi enzyme kynureninase thủy phân 3-hydroxy kynurenine, 3-hydroxy anthranilate và alanin được hình thành. Alanine được giải phóng và 3-hydroxy anthranilate theo con đường trao đổi chất.

Sự phân hủy uracil là một nguồn khác của alanin. Trong trường hợp này, β-alanin được tạo ra, có thể theo một số con đường trao đổi chất, một trong số đó là trở thành acetyl-CoA.

suy thoái

Quá trình phân hủy axit amin chung

Axit amin không được lưu trữ giống như carbohydrate và chất béo, vì vậy những axit amin được giải phóng trong quá trình phân hủy protein phải được tái sử dụng để tổng hợp protein và nucleotide mới.

Mặt khác, các axit amin có thể bị phân hủy và bộ xương carbon của chúng có thể được sử dụng trong các phản ứng dị hóa hoặc đồng hóa.

Khi axit amin bị phân hủy, nitơ dư thừa sẽ tạo thành amoniac, đây là một chất độc hại cần phải được loại bỏ và bước đầu tiên trong quá trình phân hủy axit amin là loại bỏ nitơ.

Ở động vật có vú, sự suy thoái này xảy ra ở gan; ở đó, bất kỳ axit amin nào dư thừa và không thể sử dụng được sẽ bị phân hủy.

Sự suy thoái alanin

Sự phân huỷ alanin xảy ra bằng cách chuyển alanin thành pyruvat. Phản ứng này được xúc tác bởi alanin transaminase và yêu cầu sự hiện diện của α-ketoglutarate làm chất nhận nhóm amin và sự hình thành glutamat sau đó; nó là một phản ứng thuận nghịch.

Những phản ứng hình thành alanin từ pyruvate và sự phân hủy alanin để tạo thành pyruvate là một phần của chu trình liên quan đến cơ xương và gan.

Gan cung cấp glucose cho cơ và cơ, thông qua quá trình đường phân, chuyển glucose thành pyruvate để tạo ra ATP; Pyruvate này có thể tham gia vào quá trình tổng hợp alanin, chất này có thể được thải vào máu và trở lại gan, chuyển nó trở lại thành pyruvate, đi vào quá trình tạo gluconeogenesis để tạo thành glucose.

Nếu cần, chu trình được lặp lại. Trong gan, việc sản xuất pyruvate từ alanin tạo ra các ion amoni liên kết với glutamine và glutamate và các ion này đi vào chu trình urê. Sau đó, urê được thải trừ qua nước tiểu.

Alanine, glycine, cysteine, serine và threonine là các axit amin glucogenic vì sự phân hủy của chúng có thể làm phát sinh pyruvate, α-ketoglutarate, succinyl-CoA, fumarate hoặc oxaloacetate, tất cả các tiền chất sinh glucone của glucose.

Thực phẩm giàu alanin

Các nguồn chính của axit amin là thịt nạc, cá, động vật có vỏ, trứng và các sản phẩm từ sữa, tuy nhiên, alanin cũng được tìm thấy trong nhiều loại thực phẩm có nguồn gốc thực vật. Ví dụ về thực phẩm giàu alanin là:

- Các loại thịt như thịt bò, lợn, cừu, gà, gà tây, thỏ, cá; trứng, sữa và các dẫn xuất.

- Các loại hạt như quả phỉ, quả óc chó, hạt dẻ, hạnh nhân và đậu phộng là nguồn cung cấp alanin.

- Dừa, bơ, măng tây, cà tím, sắn hoặc sắn, củ cải đường, cà rốt và khoai lang.

- Các loại đậu như ngô, đậu và đậu Hà Lan.

- Ngũ cốc như gạo, lúa mạch đen, lúa mì, ca cao, yến mạch và lúa mạch đen.

Người giới thiệu

1. Caruso, J., Charles, J., Unruh, K., Giebel, R., Learmonth, L., & Potter, W. (2012). Tác dụng gây hại của β-alanin và carnosine: Đề xuất nghiên cứu trong tương lai để định lượng hiệu quả của chúng. Chất dinh dưỡng, 4 (7), 585–601.
2. Gille, C., Bölling, C., Hoppe, A., Bulik, S., Hoffmann, S., Hübner, K.,… Holzhütter, HG (2010). HepatoNet1: Một quá trình tái tạo chuyển hóa toàn diện của tế bào gan người để phân tích sinh lý gan. Sinh học Hệ thống phân tử, 6 (411), 1–13.
3. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
4. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Hóa sinh minh họa của Harper (ấn bản thứ 28). McGraw-Hill y tế.
5. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).