Пролин

Пролин – это соединение, которое накапливается в растениях в ответ на различные неблагоприятные факторы окружающей среды, такие как повышенная концентрация тяжелых металлов, засоление почвы, недостаток влаги и экстремальные температуры. Действие тяжелых металлов на накопление пролина сравнимо с воздействием других абиотических стрессов. Например, у чувствительного вида растений Silene vulgaris под воздействием тяжелых металлов (в порядке убывания токсичности: кадмий > цинк > медь) концентрация пролина в листьях возрастала более чем в 20 раз. В корнях растений эта реакция была выражена слабее. Интересно, что у устойчивых к избытку тяжелых металлов растений (Armeria maritime, Deschampsia cespitosa, Silene vulgaris) уровень пролина в корнях изначально выше, чем у чувствительных видов, даже без воздействия металлов. Более того, было замечено, что у медь-толерантного вида Armeria maritime, выращенного на почве с высоким содержанием меди, концентрация пролина в корнях была выше, чем у растений, выращенных на почве с низким содержанием этого металла. Аналогичная закономерность наблюдалась и у цинк-толерантных и цинк-чувствительных клонов Deschampsia cespitosa. Генетически модифицированные водоросли Chlamydomonas reinhardtii, способные производить на 80% больше пролина, показали лучшую выживаемость и рост при повышенной концентрации кадмия в среде по сравнению с диким типом. Предполагается, что пролин участвует в детоксикации тяжелых металлов путем образования с ними комплексов (иммобилизация), а также проявляя антиоксидантные и регуляторные свойства. Эксперименты in vivo показали, что в корнях толерантного вида A. maritima медь присутствовала в форме комплексов с пролином. В отличие от меди, кадмий не образовывал комплексы с пролином, а его избыток стимулировал синтез других хелатирующих соединений – фитохелатинов.Пролин (пирролидин-α-карбоновая кислота) - это неполярная алифатическая аминокислота. Её особенность заключается в том, что α-аминогруппа входит в состав гетероцикла, что делает её иминокислотой. Пролин обладает оптической активностью и существует в виде двух энантиомеров: L-пролин и D-пролин. В природе преобладает L-форма. ### Физико-химические свойства Пролин представляет собой бесцветные кристаллы, растворимые в воде и этаноле, но нерастворимые в диэтиловом эфире. Основные характеристики: * Молярная масса: 115,13 г/моль * Плотность: 1,35–1,38 г/см³ * Температура плавления: 205 °C (DL-пролин), 215–220 °C (D-пролин), 220–222 °C (L-пролин) - все с разложением В кристаллах и полярных растворителях пролин существует в виде цвиттер-иона. Его изоэлектрическая точка равна 6,30. Константы диссоциации кислоты (рКа): * Карбоксильная группа (α-COOH): 1,99 * Аминогруппа (α-NH₃⁺): 10,60 Химические свойства: Пролин вступает в реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов, такие как: * Взаимодействие с кислотами и щелочами * Образование комплексов с металлами * Реакции этерификации * Взаимодействие с аминами * Декарбоксилирование * Реакции с азотистой кислотой * Окислительное деаминирование * Переаминирование * N-алкилирование * N-ацилирование * Образование пептидной связи Качественные реакции: * С нингидрином: жёлтая окраска * С изатином: синяя окраска ### Строение и влияние на структуру белка L-пролин, благодаря своей жесткой структуре, способствует резким изгибам полипептидной цепи (β-поворот I типа), нарушая структуру α-спирали или β-листа. Белки с высоким содержанием L-пролина (например, коллаген) формируют левозакрученную полипропиленовую спираль II типа. ### Получение DL-пролин синтезируют из диэтилового эфира малоновой кислоты и акрилонитрила или аминированием α, δ-дихлорвалериановой кислоты. L-пролин получают методом микробной ферментации. ### Участие в обмене веществ Биосинтез: Предшественником в биосинтезе L-пролина является глутаминовая кислота. Катаболизм: Конечным продуктом катаболизма L-пролина является α-кетоглутарат. ### Биологическая роль L-пролин входит в состав практически всех природных белков, гормонов (например, адренокортикотропного гормона), пептидного антибиотика грамицидина С и ряда других биологически активных пептидов. Производные L-пролина: * 3- и 4-гидроксипролин: входят в состав коллагена * 4-метилпролин и 4-гидроксиметилпролин: встречаются в антибиотиках Функции L-пролина в растениях: * Осмолитик * Антиоксидант * Хелатирующий агент * Регулятор генов, ответственных за выход из стресса D-пролин: * Входит в состав алкалоидов спорыньи * Повышение уровня D-пролина в крови человека связано с заболеваниями почек, сахарным диабетом ## Применение L-пролина L-пролин – это химическое соединение, которое находит применение в различных областях. Медицина: L-пролин входит в состав средств для парентерального питания, то есть для введения питательных веществ непосредственно в кровоток. Химия: L-пролин может выступать в роли органического катализатора. Добавление от 3 до 30% L-пролина в реакционную смесь позволяет избирательно синтезировать преимущественно один энантиомер или диастереомер. Этот процесс называется энантиоселективным синтезом.