Phenylalanin-Ball- und Stabmodell-Drehung

Phenylalanin (Symbol Phe oder F ) [ 3 ] ist eine α- Aminosäure mit der Formel C9H11NEIN2Phenylalanin ist eine der vier aromatischen Aminosäuren und eine der 21 proteinogenen Aminosäuren, die allen Lebensformen gemeinsam sind. Es zählt außerdem zu den neun essentiellen Aminosäuren . Das bedeutet, dass Menschen und andere Tiere Phenylalanin nicht selbst synthetisieren können und es daher über die Nahrung, beispielsweise durch Fleisch, Milchprodukte, Eier und Hülsenfrüchte, aufnehmen müssen. Phenylalanin kommt natürlicherweise in der Milch von Säugetieren vor . Es wird in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie verwendet und als Nahrungsergänzungsmittel verkauft, da es eine direkte Vorstufe des Neuromodulators Phenethylamin ist .

Phenylalanin kann als Benzylgruppe anstelle der Methylgruppe von Alanin oder als Phenylgruppe anstelle eines terminalen Wasserstoffatoms von Alanin betrachtet werden. Aufgrund der inerten und hydrophoben Natur der Benzyl-Seitenkette wird es als neutral und unpolar klassifiziert. Das L -Isomer dient der biochemischen Bildung von Proteinen, die durch die DNA codiert werden . Phenylalanin ist eine Vorstufe von Tyrosin , den Monoamin-Neurotransmittern Dopamin , Noradrenalin und Adrenalin sowie des biologischen Pigments Melanin . Es wird durch die mRNA- Codons UUU und UUC codiert . Das Einbuchstabensymbol F wurde Phenylalanin aufgrund seiner phonetischen Ähnlichkeit zugeordnet. [ 4 ]

Geschichte

Die erste Beschreibung von Phenylalanin erfolgte 1879, als Schulze und Barbieri in Sämlingen der Gelben Lupine ( Lupinus luteus ) eine Verbindung mit der Summenformel C<sub> 9 </sub>H <sub>11</sub> NO<sub> 2 </sub> identifizierten . 1882 synthetisierten Erlenmeyer und Lipp Phenylalanin erstmals aus Phenylacetaldehyd , Cyanwasserstoff und Ammoniak . [ 5 ] [ 6 ]

Das genetische Codon für Phenylalanin wurde 1961 von J. Heinrich Matthaei und Marshall W. Nirenberg entdeckt. Sie zeigten, dass sie durch das Einfügen mehrerer Uracil -Wiederholungen in das Genom des Bakteriums E. coli mithilfe von mRNA das Bakterium dazu bringen konnten, ein Polypeptid zu produzieren , das ausschließlich aus sich wiederholenden Phenylalanin-Aminosäuren besteht. Diese Entdeckung trug wesentlich zum Verständnis der codierenden Beziehung bei, die die in der genomischen Nukleinsäure gespeicherte Information mit der Proteinexpression in der lebenden Zelle verknüpft.

Nahrungsquellen

Gute Phenylalaninquellen sind Eier, Hühnerfleisch, Leber, Rindfleisch, Milch und Sojabohnen. [ 7 ] Eine weitere häufige Phenylalaninquelle sind alle mit dem künstlichen Süßstoff Aspartam gesüßten Produkte , wie beispielsweise Diätgetränke , Diätlebensmittel und Medikamente; beim Abbau von Aspartam entsteht Phenylalanin als eines der Stoffwechselprodukte . [ 8 ]

Ernährungsempfehlungen

Das Food and Nutrition Board (FNB) des US-amerikanischen Institute of Medicine legte 2002 die empfohlenen Tagesdosen (Recommended Dietary Allowances, RDAs) für essentielle Aminosäuren fest. Für Phenylalanin plus Tyrosin betrug die empfohlene Tagesdosis für Erwachsene ab 19 Jahren 33 mg/kg Körpergewicht. [ 9 ] Im Jahr 2005 wurde die Referenzmenge (DRI) auf 27 mg/kg pro Tag (ohne Tyrosin) festgelegt. Die FAO / WHO / UNU -Empfehlung von 2007 liegt bei 25 mg/kg pro Tag (ohne Tyrosin). [ 10 ]

Stoffwechsel

Als essentielle Aminosäure kann Phenylalanin von Tieren nicht selbst synthetisiert werden; sie müssen es über die Nahrung, beispielsweise durch Fleisch, Milchprodukte, Eier und Hülsenfrüchte, aufnehmen. Bakterien, Archaeen, Pilze, Algen, einige Protozoen und Pflanzen synthetisieren Phenylalanin über den Shikimatweg .

Tiere können Phenylalanin zwar nicht selbst herstellen, aber abbauen . Durch eine irreversible Reaktion wandelt das Leberenzym Phenylalaninhydroxylase (PAH) Phenylalanin in Tyrosin um. L -Phenylalanin wird biologisch in L - Tyrosin umgewandelt , eine weitere der in der DNA codierten Aminosäuren. L -Tyrosin wiederum wird in L -DOPA umgewandelt, welches anschließend in Dopamin , Noradrenalin und Adrenalin umgewandelt wird . Die drei letztgenannten werden als Katecholamine bezeichnet .

Phenylalanin nutzt denselben aktiven Transportkanal wie Tryptophan , um die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden . Eine übermäßige Supplementierung kann die Produktion von Serotonin und anderen aromatischen Aminosäuren [ 11 ] sowie von Stickstoffmonoxid beeinträchtigen , da die assoziierten Cofaktoren Eisen oder Tetrahydrobiopterin übermäßig verbraucht werden (und dadurch letztendlich nicht mehr verfügbar sind) . Die entsprechenden Enzyme für diese Verbindungen sind die aromatischen Aminosäurehydroxylasen und die Stickstoffmonoxid-Synthase .

Grafik zur Katecholamin- und Spurenaminbiosynthese
Das obige Bild enthält anklickbare Links.
Phenylalanin kann beim Menschen letztendlich in eine Reihe verschiedener Substanzen umgewandelt werden.

Bei Pflanzen

Phenylalanin ist die Ausgangsverbindung für die Synthese von Flavonoiden . Lignan wird aus Phenylalanin und Tyrosin gebildet . Phenylalanin wird durch das Enzym Phenylalanin-Ammoniak-Lyase in Zimtsäure umgewandelt . [ 15 ]

Phenylketonurie

Die genetische Stoffwechselstörung Phenylketonurie (PKU) ist die Unfähigkeit, Phenylalanin aufgrund eines Mangels des Enzyms Phenylalaninhydroxylase zu verstoffwechseln . Menschen mit dieser Störung werden als „Phenylketonurie-Patienten“ bezeichnet und müssen ihre Phenylalaninzufuhr regulieren. Phenylketonurie-Patienten lassen häufig Bluttests durchführen, um den Phenylalaninspiegel in ihrem Blut zu überwachen. Laborergebnisse können die Phenylalaninwerte entweder in mg/dl oder µmol/l angeben. Ein mg/dl Phenylalanin entspricht etwa 60 µmol/l.

Eine seltene Variante der Phenylketonurie, die Hyperphenylalaninämie, entsteht durch die Unfähigkeit, den Cofaktor Tetrahydrobiopterin zu synthetisieren. Dieser kann jedoch supplementiert werden. Schwangere Frauen mit Hyperphenylalaninämie können ähnliche Symptome wie die Erkrankung aufweisen (erhöhte Phenylalaninwerte im Blut), diese verschwinden jedoch in der Regel gegen Ende der Schwangerschaft. Schwangere Frauen mit PKU müssen ihren Phenylalaninspiegel im Blut kontrollieren, auch wenn der Fötus heterozygot für das defekte Gen ist, da der Fötus aufgrund der Leberunreife beeinträchtigt werden könnte.

Eine nicht-lebensmittelbedingte Phenylalaninquelle ist der künstliche Süßstoff Aspartam . Dieser wird im Körper zu verschiedenen chemischen Nebenprodukten, darunter Phenylalanin, verstoffwechselt. Die Abbauprobleme, die bei Phenylketonurie-Patienten mit der Anreicherung von Phenylalanin im Körper einhergehen, treten auch bei der Einnahme von Aspartam auf, wenn auch in geringerem Maße. Daher müssen alle Produkte in Australien, den USA und Kanada, die Aspartam enthalten, mit folgendem Hinweis gekennzeichnet sein: „Phenylketonurie: Enthält Phenylalanin“. In Großbritannien müssen Lebensmittel, die Aspartam enthalten, eine Zutatenliste mit dem Hinweis auf „Aspartam oder E951“ [ 16 ] sowie den Warnhinweis „Enthält eine Phenylalaninquelle“ tragen. In Brasilien ist die Kennzeichnung „ Contém Fenilalanina “ (portugiesisch für „Enthält Phenylalanin“) für aspartamhaltige Produkte vorgeschrieben. Diese Warnhinweise sollen Verbrauchern helfen, solche Lebensmittel zu meiden.

D- , L- und DL -Phenylalanin

Das Stereoisomer D -Phenylalanin (DPA) kann mittels konventioneller organischer Synthese entweder als einzelnes Enantiomer oder als Bestandteil eines Racemats hergestellt werden . Es ist nicht an der Proteinbiosynthese beteiligt, kommt aber in geringen Mengen in Proteinen vor – insbesondere in gealterten und verarbeiteten Lebensmittelproteinen . Die biologischen Funktionen der D -Aminosäuren sind noch nicht vollständig geklärt, obwohl D -Phenylalanin pharmakologische Aktivität am Niacin-Rezeptor 2 aufweist . [ 17 ]

DL -Phenylalanin (DLPA) wird als Nahrungsergänzungsmittel aufgrund seiner angeblichen analgetischen und antidepressiven Wirkung vermarktet, die in klinischen Studien belegt wurde. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] DL -Phenylalanin ist ein Gemisch aus D -Phenylalanin und L -Phenylalanin. Die vermutete analgetische Wirkung von DL -Phenylalanin lässt sich möglicherweise durch die Blockierung des Enkephalinabbaus durch das Enzym Carboxypeptidase A durch D-Phenylalanin erklären . [ 21 ] [ 22 ] Enkephaline wirken als Agonisten der μ- und δ - Opioidrezeptoren , und Agonisten dieser Rezeptoren sind für ihre antidepressive Wirkung bekannt. [ 23 ] Der Mechanismus der vermuteten antidepressiven Wirkung von DL -Phenylalanin lässt sich möglicherweise teilweise durch die Vorläuferrolle von L -Phenylalanin bei der Synthese der Neurotransmitter Noradrenalin und Dopamin erklären , obwohl in klinischen Studien keine antidepressive Wirkung von L -Phenylalanin allein nachgewiesen werden konnte. [ 18 ] Erhöhte Noradrenalin- und Dopaminspiegel im Gehirn werden als antidepressiv angesehen. D -Phenylalanin wird im Dünndarm resorbiert und über den Pfortaderkreislauf zur Leber transportiert . Ein geringer Anteil von D -Phenylalanin wird offenbar in L -Phenylalanin umgewandelt. D -Phenylalanin wird über den systemischen Kreislauf in die verschiedenen Gewebe des Körpers verteilt . Es scheint die Blut-Hirn-Schranke weniger effizient zu überwinden als L -Phenylalanin, sodass ein geringer Teil einer eingenommenen Dosis D -Phenylalanin über den Urin ausgeschieden wird, ohne in das zentrale Nervensystem einzudringen. [ 24 ]

L -Phenylalanin ist ein Antagonist an α 2 δ Ca 2+ Calciumkanälen mit einem K i von 980 nM. [ 25 ]

Im Gehirn wirkt L -Phenylalanin als kompetitiver Antagonist an der Glycin -Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors [ 26 ] und an der Glutamat- Bindungsstelle des AMPA-Rezeptors [ 27 ] . An der Glycin- Bindungsstelle des NMDA-Rezeptors weist L -Phenylalanin eine scheinbare Gleichgewichtskonstante (K<sub> B</sub> ) von 573 μM auf, die mittels Schild-Regression bestimmt wurde [ 28 ]. Dieser Wert ist deutlich niedriger als die im Gehirn von unbehandelten Phenylketonurie- Patienten beobachtete L -Phenylalanin-Konzentration [ 29 ] . L -Phenylalanin hemmt zudem die Neurotransmitterfreisetzung an glutamatergen Synapsen in Hippocampus und Kortex mit einer IC <sub>50</sub> von 980 μM, einer Konzentration, die im Gehirn bei klassischer Phenylketonurie vorkommt. D -Phenylalanin hingegen zeigt eine deutlich geringere Wirkung [ 27 ] .

Kommerzielle Synthese

L -Phenylalanin wird in großen Mengen für medizinische, Futtermittel- und Ernährungsanwendungen, beispielsweise als Aspartam , mithilfe des Bakteriums Escherichia coli hergestellt , das natürlicherweise aromatische Aminosäuren wie Phenylalanin produziert. Die kommerziell produzierte Menge an L -Phenylalanin konnte durch gentechnische Veränderungen von E. coli gesteigert werden , etwa durch die Veränderung der regulatorischen Promotoren oder die Amplifikation der Anzahl der Gene , die die für die Synthese der Aminosäure verantwortlichen Enzyme steuern. [ 30 ]

Derivate

Borofalan (Boronophenylalanin) ist ein Dihydroxyborylderivat von Phenylalanin und wird in der Neutroneneinfangtherapie eingesetzt .

4-Azido- L- phenylalanin ist eine in Proteine ​​eingebaute unnatürliche Aminosäure, die als Werkzeug für die Biokonjugation auf dem Gebiet der chemischen Biologie verwendet wird .

Siehe auch

Referenzen

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