Тирозин: аминокислота и её роль¶

Тирозин (сокр. Tyr или Y; систематическое название — 2-амино-3-(4-гидроксифенил)пропановая кислота) — одна из 20 стандартных протеиногенных аминокислот, входящих в состав белков всех живых организмов. По химическому строению представляет собой ароматическую α-аминокислоту с гидроксильной группой в пара-положении бензольного кольца. Для человека тирозин является условно незаменимой (полузаменимой) аминокислотой: он может синтезироваться в организме из другой аминокислоты — фенилаланина, но при недостатке последней или нарушении его обмена должен поступать с пищей.

¶Химические свойства и строение

Молекулярная формула тирозина — C₉H₁₁NO₃, молярная масса — около 181,19 г/моль. Боковая цепь содержит фенольный гидроксил, благодаря которому тирозин обладает слабокислыми свойствами (pKa гидроксильной группы ≈ 10,1). При физиологических значениях pH молекула существует преимущественно в цвиттер-ионной форме.

Боковая цепь тирозина классифицируется как полярная, но незаряженная. Она способна образовывать водородные связи, что важно для стабилизации пространственной структуры белков. Ароматическое кольцо обеспечивает гидрофобные взаимодействия, а гидроксильная группа может участвовать в образовании сложноэфирных связей, например при фосфорилировании.

Тирозин хорошо растворяется в воде умеренно, плохо — в неполярных растворителях. Он входит в группу ароматических аминокислот наряду с фенилаланином и триптофаном.

¶Биосинтез

У животных и человека тирозин синтезируется из фенилаланина под действием фермента фенилаланингидроксилазы. Эта реакция требует молекулярного кислорода и кофактора тетрагидробиоптерина. Нарушение работы данного фермента приводит к фенилкетонурии — наследственному заболеванию, при котором накопление фенилаланина токсично для нервной системы. Пациентам с таким диагнозом назначают диету с ограничением фенилаланина и добавлением тирозина.

У растений и микроорганизмов тирозин образуется по иному пути — через шикиматный метаболизм, из префеновой кислоты. Этот биосинтетический маршрут характерен для бактерий, грибов и растений и не встречается у животных.

¶Роль в организме

Тирозин выполняет несколько ключевых биологических функций:

• Строительный компонент белков. Остатки тирозина включаются в полипептидные цепи в ходе трансляции.
• Предшественник нейромедиаторов. Из тирозина синтезируются дофамин, норадреналин и адреналин (катехоламины). Первая стадия — превращение в L-ДОФА под действием тирозингидроксилазы.
• Предшественник гормонов щитовидной железы. Йодирование остатков тирозина в тиреоглобулине приводит к образованию тироксина (T4) и трийодтиронина (T3).
• Предшественник меланина. Фермент тирозиназа окисляет тирозин до дигидроксифенилаланина (ДОФА) и далее до меланиновых пигментов, определяющих цвет кожи, волос и глаз.
• Регуляция сигнальных путей. Фосфорилирование остатков тирозина в белках под действием тирозинкиназ служит важнейшим механизмом клеточной сигнализации.

¶Фосфорилирование тирозина и сигнальные пути

Обратимое фосфорилирование гидроксильной группы тирозина — центральный механизм передачи сигналов в клетке. Тирозинкиназы (например, рецепторные киназы инсулина, эпидермального фактора роста) переносят фосфатную группу на тирозин белков-мишеней. Тирозинфосфатазы, напротив, удаляют фосфат, обеспечивая обратимость процесса.

Нарушения тирозинкиназной сигнализации связаны с рядом онкологических заболеваний. Это послужило основой для разработки ингибиторов тирозинкиназ — класса противоопухолевых препаратов (например, иматиниб при хроническом миелоидном лейкозе).

¶Пищевые источники

Тирозин содержится в белковых продуктах животного и растительного происхождения. Основные источники:

Средняя суточная потребность в тирозине у взрослого человека оценивается в сочетании с фенилаланином; отдельной строгой нормы для тирозина не установлено, поскольку он частично синтезируется эндогенно.

¶Применение

Тирозин используется как пищевая добавка и компонент спортивного питания, в том числе в составе аминокислотных комплексов. В клинической практике применяется при некоторых наследственных нарушениях обмена (например, при фенилкетонурии в составе специализированных смесей). В биохимических исследованиях тирозин и его производные служат субстратами для изучения ферментативных реакций и сигнальных каскадов.

Производные тирозина (L-ДОФА) используются в терапии болезни Паркинсона, поскольку L-ДОФА проникает через гематоэнцефалический барьер и превращается в дофамин.

¶Наследственные нарушения обмена

С обменом тирозина связан ряд наследственных заболеваний:

• Фенилкетонурия — дефицит фенилаланингидроксилазы, приводящий к накоплению фенилаланина.
• Тирозинемия I и II типов — нарушения ферментов катаболизма тирозина, сопровождающиеся поражением печени и почек.
• Алкаптонурия — дефицит гомогентизатоксидазы, при которой накапливается гомогентизиновая кислота.
• Альбинизм — нарушение синтеза меланина из тирозина.

Эти состояния диагностируются с помощью биохимических и генетических методов, а их лечение включает диетотерапию и, в отдельных случаях, ферментозаместительную терапию.