- Característiques i
- classificació
- estereoquímica
- funcions
- biosíntesi
- Biosíntesi de fenilalanina en plantes
- degradació
- Aliments rics en fenilalanina
- Beneficis de la seva ingesta
- Trastorns per deficiència
- referències
La fenilalanina (Phe, F) és un dels 9 aminoàcids essencials, és a dir, no és sintetitzat endògenament pel cos humà. En la seva cadena lateral, aquest aminoàcid posseeix un compost aromàtic no polar que el caracteritza.
La fenilalanina, o àcid β-fenil-α-amino propiònic, va ser identificada per primera vegada el 1879 pels científics JH Schulze i M. Barbieri a partir d'una planta de la família Fabaceae coneguda com Lupinus luteus o "tramús groc".
Estructura química de l'aminoàcid Fenilalanina (Font: Clavecin via Wikimedia Commons)
El dipèptid L-fenilalanina-L-aspartil és conegut com aspartame o "NutraSweet", que és un edulcorant produït de forma sintètica i àmpliament utilitzat en els restaurants i cafeteries, típicament per endolcir begudes com el cafè, el te, la llimonada i altres begudes.
En les fruites amb característiques climatèriques, la conversió de L-fenilalanina en èsters fenòlics com l'eugenol i els seus derivats metílics és la que dóna lloc a l'olor dolça floral o semblant a la mel típic dels fruits de bananers i plàtans quan es troben madurs.
Depenent de la forma, la fenilalanina pot tenir sabors diferents. Per exemple, la forma L-fenilalanina té una aroma i un sabor dolços, mentre que la D-fenilalanina és lleugerament amarga i és usualment inodora.
Ja que té un fort caràcter hidrofòbic, la fenilalanina és un dels principals constituents de moltes de les resines en la naturalesa com, per exemple, el poliestirè. Aquestes resines, a l'entrar en contacte amb molècules d'aigua, formen una estructura protectora o de cobertura coneguda com "clatrato".
Els gens que codifiquen per a la ruta de biosíntesi de la fenilalanina són utilitzats pels botànics com rellotges evolutius, ja que s'ha trobat que aquests estan relacionats amb la diversificació morfològica de les plantes terrestres.
Característiques i
La fenilalanina comparteix amb tots els aminoàcids el grup carboxil (-COOH), el grup amino (-NH2), i l'àtom d'hidrogen (-H) que estan units a un àtom de carboni central conegut com a carboni α. A més, per descomptat, posseeix una cadena lateral o grup R característic.
La fenilalanina és un dels tres aminoàcids que posseeixen anells aromàtics o benzènics com substituents en les cadenes laterals. Aquests compostos no són polars i, per tant, són altament hidrofòbics.
L'aminoàcid en qüestió és especialment hidrofòbic, doncs, a diferència de la tirosina i el triptòfan (els altres dos aminoàcids amb anells aromàtics) no posseeix grups amino o hidroxil units al seu anell benzènic.
El grup aromàtic, benzoic o areno de la fenilalanina té l'estructura típica de l'benzè: l'anell cíclic està estructurat per 6 àtoms de carboni que tenen ressonància entre ells a causa de la presència de tres dobles enllaços i de tres enllaços simples al seu interior.
A diferència de la tirosina i el triptòfan, que a pH bàsics poden adquirir càrrega positiva i negativa, respectivament, la fenilalanina conserva la seva càrrega neutra, ja que l'anell benzènic no s'ionitza i les càrregues dels grups carboxil i amino es neutralitzen entre si.
classificació
Els aminoàcids són classificats en diferents grups segons les característiques que posseeixen les seves cadenes laterals o grups R, atès que aquests poden variar en grandària, estructura, grups funcionals i fins i tot en càrrega elèctrica.
Com s'ha comentat, la fenilalanina es classifica dins de el grup dels aminoàcids aromàtics, juntament amb la tirosina i el triptòfan. Tots aquests compostos presenten anells aromàtics en la seva estructura, però, la tirosina i el triptòfan posseeixen grups ionitzables en els substituents dels seus grups R.
Les característiques d'absorció de llum de les proteïnes a una longitud d'ona de 280 nm es deu a la presència dels aminoàcids classificats dins el grup de la fenilalanina, ja que aquests absorbeixen fàcilment la llum ultraviolada a través dels seus anells aromàtics.
Emperò, s'ha demostrat que la fenilalanina absorbeix en molta menor proporció que la tirosina i el triptòfan, de manera que en l'anàlisi d'algunes proteïnes seva absorbància és predictible.
estereoquímica
Tots els aminoàcids tenen un carboni central de tipus quiral, que té quatre àtoms o grups diferents units i, com ja s'ha dit, aquest àtom és identificat com el carboni α. En base a aquest carboni es poden trobar a l'almenys dos estereoisòmers de cada aminoàcid.
Els estereoisòmers són molècules amb imatges especulars, que tenen la mateixa fórmula molecular, però que no són superposables entre si com, per exemple, les mans i els peus. Els compostos que de forma experimental roten el pla de llum polaritzada a la dreta es denoten amb la lletra D, i els que ho fan cap a l'esquerra, amb la lletra L.
És important comentar que la distinció entre les formes D-fenilalanina i L-fenilalanina és clau per entendre el metabolisme d'aquest aminoàcid en el cos dels vertebrats.
La forma L-fenilalanina és metabolitzada i aprofitada per a la construcció de les proteïnes cel·lulars, mentre que la D-fenilalanina s'ha trobat en el torrent sanguini com un agent protector contra les espècies reactives d'oxigen (ROS).
funcions
En els anys 90 es pensava que la fenilalanina només es trobava en algunes espècies de plantes. No obstant això, avui dia se sap que està present en gairebé tots els dominis hidrofòbics de les proteïnes, de fet, la fenilalanina és el principal component de les espècies químiques aromàtiques de les proteïnes.
En les plantes, la fenilalanina és un component essencial de totes les proteïnes; a més, és un dels precursors dels metabòlits secundaris com els fenilpropanoids (que formen part dels pigments) de les molècules defensives, dels flavonoides, de biopolímers com la lignina i la suberina, entre d'altres.
La fenilalanina és l'estructura bàsica per formar moltes de les molècules que mantenen l'homeòstasi neuronal, entre les quals es troben pèptids com la vasopresina, l'melanotropina i l'encefalina. A més, aquest aminoàcid està implicat directament en la síntesi de l'hormona adrenocorticotròpica (ACTH).
A l'igual que gran part dels aminoàcids proteics, la fenilalanina forma part de el grup dels aminoàcids cetogènics i glucogènics, ja que proveeix l'esquelet carbonat d'intermediaris del cicle de Krebs, necessari per al metabolisme energètic cel·lular i corporal.
Quan es troba en excés, la fenilalanina és transformada en tirosina i posteriorment en fumarat, un intermediari del cicle de Krebs.
biosíntesi
La fenilalanina és un dels pocs aminoàcids que no pot ser sintetitzat per la majoria dels organismes vertebrats. En l'actualitat només es coneixen rutes biosintètiques per a aquest aminoàcid en organismes procariotes, en llevats, a les plantes i en algunes espècies de fongs.
Els gens responsables de la ruta de síntesi es troben molt conservats entre plantes i microorganismes, per tant, la biosíntesi té passos semblants en gairebé totes les espècies. Fins i tot alguns enzims de la ruta són presents en alguns animals, però, aquests no són capaços de sintetitzar-la.
Biosíntesi de fenilalanina en plantes
En les espècies vegetals, la fenilalanina és sintetitzada a través d'una ruta metabòlica interna en els cloroplasts que es coneix com "ruta de l'prefenato". Aquesta ruta està relacionada metabòlicament amb "la ruta de l'shikimat", a través de l'L-arogenato, un dels metabòlits produïts durant aquesta última.
L'enzim arogenato deshidratasa catalitza una reacció de tres passos, en la qual transforma l'anell aromàtic de l'arogenato a l'anell benzènic característic de la fenilalanina.
Aquest enzim catalitza una transaminació, un deshidratació i una descarboxilació per depurar l'anell aromàtic de l'arogenato i obtenir un anell sense substituents.
El prefenato al costat de l'fenilpiruvato acumulat a l'interior (la llum) de l'cloroplast, pot ser convertit a fenilalanina mitjançant la reacció catalitzada per l'enzim profenato aminotransferasa, que transfereix un grup amino a l'fenilpiruvato perquè aquest sigui reconegut per la arogenato deshidratasa i s'incorpori a la síntesi de fenilalanina.
En algunes espècies de Pseudomonas s'han descrit rutes alternes a la de l'profenato, que utilitzen enzims diferents però els substrats per a la síntesi de la fenilalanina també són el prefenato i el arogenato.
degradació
La fenilalanina pot ser metabolitzada de múltiples formes a partir dels aliments. No obstant això, la major quantitat d'estudis s'enfoquen en el seu destí en les cèl·lules de el teixit nerviós central i dels teixits renals.
El fetge és el principal òrgan per a la degradació o el catabolisme de la fenilalanina. En els hepatòcits hi un enzim conegut com fenilalanina hidroxilasa, capaç de transformar la fenilalanina en tirosina o en el compost L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA).
El compost L-DOPA és precursor de la norepinefrina, de l'epinefrina i d'altres hormones i pèptids amb activitat en el sistema nerviós.
La fenilalanina pot ser oxidada en les cèl·lules cerebrals per mitjà de l'enzim tirosina hidroxilasa, que s'encarrega de catalitzar la conversió de la fenilalanina en dopacromo en presència d'àcid L-ascòrbic.
Anteriorment es pensava que l'enzim tirosina hidroxilasa hidroxilaba únicament tirosina, però, es va trobar que aquesta hidroxila fenilalanina i tirosina en la mateixa proporció i que la hidroxilació de la fenilalanina inhibeix la hidroxilació de la tirosina.
En l'actualitat se sap que altes proporcions de tirosina inhibeixen l'activitat enzimàtica de la tirosina hidroxilasa, però el mateix no és cert per a la fenilalanina.
Aliments rics en fenilalanina
Tots els aliments rics en proteïnes posseeixen un contingut de fenilalanina d'entre 400 i 700 mg per la porció d'aliment ingerida. Els aliments com l'oli de bacallà, la tonyina fresca, les llagostes, les ostres i altres bivalves, contenen més de 1.000 mg per porció d'aliment ingerida.
Les carns bovines i porcines també posseeixen alts nivells de fenilalanina. No obstant això, no són tan alts com les concentracions presents en els animals marins. Per exemple, la cansalada, la carn de res, el fetge, el pollastre i els lactis tenen entre 700 i 900 mg de fenilalanina per ració d'aliment.
La fruita seca com el cacauet i les nous de diferents tipus són altres aliments que posseeixen una bona quantitat de fenilalanina. Els grans com la soja, els cigrons i altres llegums poden proporcionar entre 500 i 700 mg de fenilalanina per porció.
Com a font alterna es pot metabolitzar la fenilalanina a partir de l'aspartame a les begudes gasoses, la goma de mastegar, les gelatines i alguns dolços o postres on aquest dipèptid és utilitzat com edulcorant.
Beneficis de la seva ingesta
La fenilalanina es troba en tots els aliments rics en proteïnes que consumim. El consum diari mínim per a adults de pes i talla mitjana està al voltant de 1000 mg, necessari per a la síntesi de proteïnes, d'hormones com la dopamina, de diferents neurotransmissors, etc.
El consum d'aquest aminoàcid en excés és receptat per a les persones que presenten trastorns depressius, dolors articulars i malalties a la pell, ja que el seu consum incrementa la síntesi de proteïnes i biomolècules transmissores com l'epinefrina, norepinefrina i la dopamina.
Alguns estudis suggereixen que la fenilalanina consumida en excés no produeix millores significatives en cap d'aquests trastorns, però la seva conversió en tirosina, que també és emprada per a la síntesi de molècules de senyalització, pot explicar els efectes positius sobre senyalització cel·lular en el sistema nerviós.
Fàrmacs formulats contra el restrenyiment presenten nuclis estructurats per fenilalanina, tirosina i triptòfan. Generalment aquests medicaments contenen barreges d'aquests tres aminoàcids en les seves formes L- i D-.
Trastorns per deficiència
Els nivells de fenilalanina a la sang són importants per mantenir el correcte funcionament de el cervell, ja que la fenilalanina, la tirosina i el triptòfan són els substrats per a l'acoblament de diferents neurotransmissors.
Alguns trastorns es relacionen, més aviat, amb dèficits en el metabolisme d'aquest aminoàcid, el que genera un excés d'ell mateix, en comptes d'una deficiència.
La fenilcetonúria, una malaltia hereditària poc comú en les dones, afecta la hidroxilació hepàtica de la fenilalanina i fa que els nivells plasmàtics d'aquest aminoàcid siguin excessius, per la qual cosa indueix una apoptosi neuronal i afecta el desenvolupament normal del cervell.
Si una dona amb fenilcetonúria queda embarassada, el fetus pot presentar el que es coneix com la "síndrome fetal de hiperfenilalaninèmia materna".
Aquest es deu al fet que el fetus presenta elevades concentracions de fenilalanina a la sang (gairebé el doble dels estàndards), l'origen està relacionat amb l'absència de la fenilalanina hidroxilasa hepàtica de l'fetus, que no es desenvolupa sinó fins a les 26 setmanes de gestació.
La síndrome fetal per hiperfenilalaninèmia materna, produeix microcefàlia fetal, avortaments recurrents, cardiopaties i fins i tot malformacions renals.
referències
- Biondi, R., Brancorsini, S., Poli, G., Egidi, MG, Capodicasa, E., Bottiglieri, L.,… & Micu, R. (2018). Detection and scavenging of hydroxyl radical via D-phenylalanine hydroxylation in human fluids. Talanta, 181, 172-181
- Cho, MH, Corea, OR, Yang, H., Bedgar, DL, Laskar, DD, Anterola, AM,… & Kang, C. (2007). Phenylalanine biosynthesis in Arabidopsis thaliana identification and characterization of Arogenate dehydratases. Journal of Biological Chemistry, 282 (42), 30.827-30.835.
- Fernstrom, JD, & Fernstrom, MH (2007). Tyrosine, phenylalanine, and catecholamine synthesis and function in the brain. The Journal of Nutrition, 137 (6), 1539S-1547S.
- Hou, J., Vázquez-González, M., Fadeev, M., Liu, X., Lavi, R., & Willner, I. (2018). Catalyzed and Electrocatalyzed Oxidation of l-Tyrosine and l-Phenylalanine to Dopachrome by Nanozymes. Nano letters, 18 (6), 4015-4022.
- Nelson, DL, Lehninger, A EL, & Cox, MM (2008). Lehninger Principles of Biochemistry. Macmillan.
- Perkins, R., & Vaida, V. (2017). Phenylalanine increases membrane permeability. Journal of the American Chemical Society, 139 (41), 14.388-14.391.
- Plimmer, RHA (1912). The Chemical Constitution of the Proteins (Vol. 1). Longmans, Green.
- Tinsley, G. (2018). HealthLine. Retrieved September 5, 2018, from www.healthline.com/nutrition/phenylalanine
- Tohge, T., Watanabe, M., Hoefgen, R., & Fernie, AR (2013). Shikimate and phenylalanine biosynthesis in the green lineage. Frontiers in Plant Science, 4, 62.