Фенилаланин: аминокислота, свойства и применение¶

Фенилаланин — ароматическая α-аминокислота, одна из двадцати стандартных аминокислот, входящих в состав белков живых организмов. Химическая формула — C₉H₁₁NO₂, молекулярная масса — 165,19 г/моль. Содержит бензольное кольцо в боковой цепи, благодаря чему относится к группе ароматических аминокислот наряду с тирозином и триптофаном. Для человека фенилаланин является незаменимой аминокислотой: организм не синтезирует его самостоятельно и должен получать с пищей. Служит предшественником тирозина, а через него — дофамина, норадреналина, адреналина и тиреоидных гормонов.

¶Физико-химические свойства

Фенилаланин представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, умеренно — в этаноле, практически нерастворимое в диэтиловом эфире. Имеет температуру плавления около 283 °C с разложением. Как и все аминокислоты, существует преимущественно в виде цвиттер-иона — внутренней соли, в которой аминогруппа протонирована, а карбоксильная группа депротонирована. Изоэлектрическая точка находится при pH 5,48.

Молекула фенилаланина хиральна: биологически активной является L-форма, тогда как D-форма в природе практически не встречается и может быть получена синтетически. Боковая цепь — бензильная группа — гидрофобна, что определяет участие аминокислоты во взаимодействиях внутри белковых глобул, формировании гидрофобного ядра и стабилизации третичной структуры белков.

¶Биологическая роль

В организме фенилаланин выполняет несколько функций:

• Строительный материал белков — включается в полипептидные цепи в ходе трансляции на рибосомах.
• Предшественник тирозина — реакция катализируется ферментом фенилаланингидроксилазой при участии тетрагидробиоптерина и молекулярного кислорода.
• Источник нейромедиаторов — через тирозин участвует в синтезе дофамина, норадреналина и адреналина.
• Сырьё для гормонов — тироксин и трийодтиронин щитовидной железы образуются из тирозиновых остатков.
• Компонент пигментов — меланин, определяющий окраску кожи и волос, синтезируется из тирозина.

Суточная потребность взрослого человека в фенилаланине оценивается примерно в 25 мг на килограмм массы тела, что для человека весом 70 кг составляет около 1,75 г. Потребность возрастает в период роста, при беременности и интенсивных физических нагрузках.

¶Пищевые источники

Фенилаланин присутствует практически во всех белковых продуктах. Наибольшие концентрации отмечены в:

Растительные белки, как правило, содержат меньше фенилаланина, чем животные, однако соя является заметным исключением. В свободном виде аминокислота встречается в некоторых продуктах брожения.

¶Фенилкетонурия

Наиболее известное нарушение, связанное с фенилаланином, — фенилкетонурия (ФКУ), наследственное заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования. Причина — мутации в гене PAH, кодирующем фенилаланингидроксилазу. Фермент перестаёт превращать фенилаланин в тирозин, и аминокислота накапливается в крови, достигая токсичных концентраций.

Без лечения у детей развивается тяжёлая умственная отсталость, судороги, задержка физического развития, экзема и характерный «мышиный» запах. Частота заболевания в России составляет примерно 1 на 7000 новорождённых; в ряде европейских стран — 1 на 10 000. С 1990-х годов в России проводится массовый неонатальный скрининг на ФКУ.

Основной метод терапии — пожизненная диета с резким ограничением фенилаланина. Из рациона исключают мясо, рыбу, молочные продукты, яйца, орехи, бобовые; используются специализированные смеси аминокислот без фенилаланина. Контроль ведут по уровню аминокислоты в крови. Отдельное направление — применение синтетического аналога тетрагидробиоптерина (сапроптерина), эффективного при некоторых «мягких» формах.

¶Применение

Помимо пищевой и медицинской сфер, фенилаланин используется в промышленности и науке:

• Аспартам — синтетический подсластитель, представляющий собой дипептид из аспарагиновой кислоты и метилового эфира фенилаланина. При расщеплении в организме высвобождает фенилаланин, поэтому продукты с аспартамом маркируются предупреждением для больных ФКУ.
• Пищевые добавки — L-фенилаланин продаётся как «нутрицевтик», якобы улучшающий настроение и снижающий аппетит; убедительных клинических доказательств эффективности при депрессии или ожирении нет.
• Химический синтез — хиральный строительный блок для получения лекарств и пептидов.
• Биохимические исследования — модельное соединение для изучения белкового фолдинга и ферментативного катализа.

¶Метаболические пути

Помимо превращения в тирозин, фенилаланин участвует в нескольких реакциях. Трансаминирование с α-кетоглутаратом даёт фенилпируват; декарбоксилирование — фенилэтиламин, биогенный амин с психостимулирующим действием. У некоторых бактерий и грибов фенилаланин служит предшественником вторичных метаболитов, включая антибиотики и алкалоиды.

¶Интересные факты

Фенилаланин был впервые выделен в 1879 году немецким химиком Эрнстом Шульце из ростков люпина. Название происходит от слов «фенил» (бензольное кольцо) и «аланин» (родственная аминокислота). В 1953 году американский химик Винсент дю Виньо синтезировал фенилаланин в лаборатории, что позволило изучать его свойства детально. Аспартам, содержащий фенилаланин, был открыт случайно в 1965 году химиком Джеймсом Шлаттером при поиске лекарства от язвы.