Фенилаланин: аминокислота, свойства и применение¶

Фенилаланин — ароматическая α-аминокислота, одна из двадцати стандартных аминокислот, входящих в состав белков живых организмов. Сокращённое обозначение — Phe или F; радикал — бензильная группа (C₆H₅–CH₂–). Для человека фенилаланин является незаменимой аминокислотой: он не синтезируется в организме и должен поступать с пищей. Эмпирическая формула — C₉H₁₁NO₂, молярная масса — 165,19 г/моль. Наряду с триптофаном и тирозином относится к ароматическим аминокислотам, отличающимся наличием бензольного кольца в боковой цепи.

¶Физико-химические свойства

В чистом виде фенилаланин представляет собой бесцветные кристаллы, плохо растворимые в воде и хорошо — в щелочах и кислотах. Температура плавления — около 283 °C (с разложением). Как и все аминокислоты, он амфотерен: содержит одновременно аминогруппу (–NH₂) и карбоксильную группу (–COOH). При физиологических значениях pH существует преимущественно в виде цвиттер-иона.

Боковая цепь фенилаланина гидрофобна, что определяет его роль в формировании пространственной структуры белков: остатки Phe часто располагаются внутри глобул, участвуя в гидрофобных взаимодействиях и стабилизации третичной и четвертичной структуры. Фенилаланин — единственная из стандартных аминокислот, боковая цепь которой не содержит гетероатомов и функциональных групп, способных к ионизации или образованию водородных связей.

Стереоизомеры: биологически активна L-форма; D-фенилаланин встречается редко и не входит в белки, синтезируемые рибосомами.

¶Биологическая роль

Фенилаланин участвует в ряде ключевых метаболических процессов:

• Белковый синтез — включается в полипептидные цепи по кодонам UUU и UUC матричной РНК.
• Превращение в тирозин — реакция катализируется ферментом фенилаланингидроксилазой при участии тетрагидробиоптерина; тирозин далее служит предшественником дофамина, норадреналина, адреналина, тироксина и меланина.
• Источник углеродного скелета для синтеза других соединений, в том числе фенилпировиноградной кислоты.
• Предшественник нейротрансмиттеров опосредованно, через тирозин и его производные.

У растений и микроорганизмов фенилаланин — исходное соединение шикиматного пути, из которого образуются лигнин, флавоноиды, кумарины и ряд вторичных метаболитов.

¶Незаменимость и пищевые источники

Поскольку фенилаланин не синтезируется в организме человека и многих животных, он должен поступать с белковой пищей. Основные источники:

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

¶Фенилкетонурия

Наиболее известное нарушение, связанное с фенилаланином, — фенилкетонурия (ФКУ), наследственное заболевание, обусловленное дефицитом фермента фенилаланингидроксилазы. При этом фенилаланин не превращается в тирозин и накапливается в крови и тканях, оказывая токсическое действие на центральную нервную систему. Без лечения развивается тяжёлая умственная отсталость.

Заболевание выявляется в рамках неонатального скрининга практически во всех развитых странах. Основной метод терапии — пожизненная диета с резким ограничением фенилаланина, а также специальные лечебные смеси без этой аминокислоты. Частота ФКУ варьирует: в Европе — примерно 1 на 10 000 новорождённых, в отдельных регионах выше.

¶Применение

• Пищевая промышленность. Фенилаланин входит в состав аспартама — синтетического подсластителя (E951), который при расщеплении в организме высвобождает фенилаланин, аспарагиновую кислоту и метанол. Продукты с аспартамом обязаны иметь предупреждающую маркировку для больных ФКУ.
• Медицина и нутрициология. Используется в составе парентерального питания, спортивных и лечебных белковых добавок.
• Химический синтез. Служит исходным сырьём для получения L-фенилаланина ферментативным и микробиологическим способами, а также для производства лекарственных средств.
• Пищевые добавки. DL-фенилаланин применялся как компонент некоторых биологически активных добавок; сведения о его влиянии на настроение и аппетит не имеют убедительного клинического подтверждения.

¶Метаболические производные

Из фенилаланина через тирозин образуются катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин), гормоны щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин) и пигмент меланин. Нарушения на этих этапах лежат в основе таких состояний, как альбинизм, паркинсонизм и отдельные формы депрессии, что делает фенилаланин объектом изучения нейрохимии и клинической биохимии.