Фенилаланин: аминокислота, свойства и применение¶

Фенилаланин — ароматическая α-аминокислота, одна из двадцати стандартных аминокислот, входящих в состав белков живых организмов. Химическая формула — C₉H₁₁NO₂, молярная масса — 165,19 г/моль. Содержит бензольное кольцо в боковой цепи, что обуславливает его гидрофобные свойства. Для человека фенилаланин является незаменимой аминокислотой: он не синтезируется в организме и должен поступать с пищей. Служит предшественником другой аминокислоты — тирозина, а также ряда биологически активных соединений, включая дофамин, адреналин, норадреналин и мелатонин.

¶Химические свойства и структура

Фенилаланин относится к классу ароматических аминокислот наряду с тирозином и триптофаном. По строению представляет собой α-аминокислоту с боковой цепью — бензильным радикалом (C₆H₅CH₂—). Аминогруппа и карбоксильная группа связаны с одним и тем же α-углеродным атомом, что делает молекулу хиральной.

Существуют две зеркальные формы (энантиомера): L-фенилаланин и D-фенилаланин. В составе природных белков встречается исключительно L-форма. D-форма синтезируется искусственно и обладает сладким вкусом, тогда как L-форма горькая. Рацемическая смесь (DL-форма) также применяется в промышленности.

Изоэлектрическая точка фенилаланина — 5,48. Он плохо растворим в воде (около 27 г/л при 20 °C), хорошо растворяется в щелочах и кислотах. При нагревании разлагается, плавится с разложением около 283 °C.

¶Биологическая роль

Фенилаланин участвует в нескольких ключевых процессах:

• Синтез белков — включается в полипептидные цепи в соответствии с генетическим кодом (кодоны UUU и UUC).
• Превращение в тирозин — реакция катализируется ферментом фенилаланингидроксилазой при участии тетрагидробиоптерина.
• Образование нейромедиаторов — через тирозин фенилаланин служит источником для синтеза L-ДОФА, дофамина, норадреналина и адреналина.
• Синтез гормонов — участвует в образовании тироксина и трийодтиронина щитовидной железы.
• Пигментация — через тирозин вовлечён в выработку меланина.

Нарушение метаболизма фенилаланина лежит в основе наследственного заболевания — фенилкетонурии.

¶Фенилкетонурия

Фенилкетонурия — аутосомно-рецессивное заболевание, вызванное мутацией гена PAH, кодирующего фермент фенилаланингидроксилазу. При недостаточности фермента фенилаланин не превращается в тирозин и накапливается в крови, оказывая токсическое действие на центральную нервную систему.

Частота заболевания варьирует от 1:10 000 до 1:15 000 новорождённых в европейских популяциях. В России, по данным неонатального скрининга, показатель составляет примерно 1:7 000–1:8 000. Без лечения развивается тяжёлая умственная отсталость, судороги, задержка психомоторного развития.

Основной метод терапии — пожизненная диета с резким ограничением фенилаланина. Исключаются продукты, богатые белком: мясо, рыба, молоко, яйца, орехи. Применяются специализированные смеси аминокислот без фенилаланина. Контроль уровня фенилаланина в крови проводится регулярно. С 2020-х годов в ряде стран применяется препарат пегвалиаза — ферментная заместительная терапия для взрослых пациентов.

¶Пищевые источники

Фенилаланин присутствует практически во всех белковых продуктах. Содержание в расчёте на 100 г продукта:

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

¶Применение

¶Пищевая промышленность

L-фенилаланин входит в состав подсластителя аспартама (E951) — дипептида из аспартамовой кислоты и метилового эфира фенилаланина. Аспартам примерно в 200 раз слаще сахарозы. Поскольку при расщеплении аспартама в организме высвобождается фенилаланин, продукты с ним маркируются предупреждением для больных фенилкетонурией.

¶Фармацевтика и БАД

Фенилаланин выпускается как пищевая добавка, преимущественно в форме DL-фенилаланина. Позиционируется как средство для улучшения настроения, повышения концентрации и подавления аппетита, однако клинические доказательства эффективности ограничены и неоднородны. В ряде стран добавки с фенилаланином не рекомендуются при гипертонии, тревожных расстройствах и приёме ингибиторов МАО.

¶Химический синтез

Фенилаланин используется как хиральный строительный блок в органическом синтезе, в производстве лекарственных препаратов и в биотехнологии при ферментативном синтезе пептидов.

¶Метаболические пути

Основной путь катаболизма фенилаланина — гидроксилирование в тирозин (около 75 %). Далее тирозин включается в синтез белков, катехоламинов, тиреоидных гормонов или расщепляется до фумарата и ацетоацетата, вступая в цикл Кребса. Незначительная часть фенилаланина трансаминируется в фенилпируват, который выводится с мочой. Именно повышение концентрации фенилпирувата в моче служит диагностическим маркером фенилкетонурии.

¶Интересные факты

• Название происходит от греческих слов phaino («являюсь, показываю») и alanine — из-за способности кристаллов фенилаланина флуоресцировать при определённых условиях.
• Генетический код кодирует фенилаланин двумя кодонами — UUU и UUC, что делает его одним из немногих остатков с дублирующим кодом.
• В 2021 году учёные описали редкие варианты гена PAH, при которых фенилкетонурия поддаётся лечению тетрагидробиоптерином без строгой диеты.