Фенилаланин: аминокислота, свойства и применение¶

Фенилаланин (сокращённо Phe или F) — ароматическая α-аминокислота, одна из двадцати стандартных аминокислот, входящих в состав белков живых организмов. Химическая формула — C₉H₁₁NO₂, молярная масса — 165,19 г/моль. По строению представляет собой α-аминокислоту, содержащую бензильную боковую цепь, что относит её к группе ароматических (наряду с тирозином и триптофаном). Для человека фенилаланин является незаменимой аминокислотой: он не синтезируется в организме и должен поступать с пищей.

¶Физико-химические свойства

Фенилаланин — бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, слабо — в этаноле, практически нерастворимое в диэтиловом эфире. Температура плавления — около 283 °C с разложением. Как и все аминокислоты, он существует в виде цвиттер-иона и обладает амфотерными свойствами: изоэлектрическая точка находится при pH 5,48. Боковая бензильная группа придаёт молекуле гидрофобный характер, что определяет её роль в формировании пространственной структуры белков.

Молекула фенилаланина хиральна: природные белки содержат исключительно L-форму. D-фенилаланин встречается редко и в метаболизме человека не участвует.

¶Биологическая роль

Фенилаланин участвует в нескольких ключевых процессах:

• Белковый синтез. Входит в состав практически всех белков организма, особенно богаты им некоторые structural и транспортные белки.
• Предшественник тирозина. Под действием фермента фенилаланингидроксилазы превращается в тирозин, из которого далее образуются дофамин, норадреналин, адреналин, а также тиреоидные гормоны и меланин.
• Источник углеродного скелета. Используется в глюконеогенезе и синтезе кетоновых тел.

Суточная потребность взрослого человека в фенилаланине составляет примерно 25 мг на килограмм массы тела; у детей она выше в связи с интенсивным ростом.

¶Пищевые источники

Фенилаланин присутствует в белковой пище животного и растительного происхождения. Наибольшие концентрации отмечены в:

Также он входит в состав искусственного подсластителя аспартама, где связан с аспарагиновой кислотой в виде дипептида.

¶Фенилкетонурия

Наиболее известное нарушение обмена фенилаланина — фенилкетонурия (ФКУ), наследственное заболевание, связанное с дефицитом фермента фенилаланингидроксилазы. В результате фенилаланин накапливается в крови и тканях, что при отсутствии лечения приводит к тяжёлым поражениям центральной нервной системы и умственной отсталости.

Заболевание выявляется в рамках неонатального скрининга практически во всех развитых странах. Основной метод терапии — пожизненная диета с резким ограничением фенилаланина: исключаются мясо, рыба, молочные продукты, орехи, а также аспартам. Для контроля обмена применяются специализированные смеси аминокислот без фенилаланина.

¶Применение

• Пищевая промышленность. L-фенилаланин используется как компонент аспартама и других подсластителей, а также в качестве пищевой добавки.
• Фармацевтика. Служит сырьём для синтеза некоторых лекарственных препаратов; D-форма применяется как промежуточное соединение в производстве ингибиторов протеаз.
• Медицина. Применяется в составе аминокислотных смесей для парентерального и энтерального питания, в том числе при лечении ФКУ.
• Биохимические исследования. Используется как меченый реагент и в хроматографическом анализе белков.

¶Получение

Промышленно фенилаланин получают несколькими способами:

1. Микробиологический синтез — с помощью штаммов бактерий (например, Corynebacterium glutamicum), что даёт L-форму.
2. Химический синтез — с последующим разделением рацемической смеси.
3. Выделение из белковых гидролизатов — метод, утративший промышленное значение.

¶Метаболические нарушения и диагностика

Помимо классической ФКУ, выделяют атипичные формы, связанные с дефицитом тетрагидробиоптерина — кофактора фенилаланингидроксилазы. Диагностика включает измерение концентрации фенилаланина в крови (норма — 0,05–0,12 ммоль/л) и молекулярно-генетическое тестирование гена PAH, расположенного на 12-й хромосоме. Известно более 900 мутаций этого гена, определяющих широкий спектр клинических проявлений — от лёгкой гиперфенилаланинемии до тяжёлых форм.

¶Интересные факты

• Название происходит от слов «фенил» и «аланин» — по строению боковой цепи.
• Фенилаланин был впервые выделен в 1879 году из ростков люпина.
• Аспартам, содержащий фенилаланин, обязателен к маркировке предупреждением для больных ФКУ.
• D-фенилаланин не усваивается организмом человека как аминокислота, но находит применение в химическом синтезе.