L-Alanine (Ph. Eur., USP) pure, pharma grade

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L'alanina (simbolo Ala o A), o α-alanina, è un α-amminoacido utilizzato nella biosintesi delle proteine. Contiene un gruppo amminico e un gruppo acido carbossilico, entrambi attaccati all'atomo di carbonio centrale che porta anche una catena laterale del gruppo metilico. Di conseguenza, il suo nome sistematico IUPAC è acido 2-amminopropanoico ed è classificato come un α-amminoacido alifatico non polare. In condizioni biologiche, esiste nella sua forma zwitterionica con il suo gruppo amminico protonato (come −NH3+) e il suo gruppo carbossilico deprotonato (come −CO2−). Non è essenziale per l'uomo in quanto può essere sintetizzato metabolicamente e non ha bisogno di essere presente nella dieta. È codificato da tutti i codoni che iniziano con GC (GCU, GCC, GCA e GCG).

L'isomero L dell'alanina (mancino) è quello che viene incorporato nelle proteine. La L-alanina è seconda solo alla leucina per tasso di occorrenza, rappresentando il 7,8% della struttura primaria in un campione di 1.150 proteine. La forma destrogira, D-alanina, si trova nei polipeptidi in alcune pareti cellulari batteriche: 131  e in alcuni antibiotici peptidici, e si trova nei tessuti di molti crostacei e molluschi come osmolita.

Storia ed etimologia

L'alanina fu sintetizzata per la prima volta nel 1850 quando Adolph Strecker combinò acetaldeide e ammoniaca con acido cianidrico. L'amminoacido è stato chiamato Alanin in tedesco, in riferimento all'aldeide, con l'infisso -an- per facilità di pronuncia, la desinenza tedesca -in usata nei composti chimici è analoga all'inglese -ine.

Struttura
L'alanina è un amminoacido alifatico, perché la catena laterale collegata all'atomo di carbonio α è un gruppo metilico (-CH3); l'alanina è il più semplice α-amminoacido dopo la glicina. La catena laterale metilica dell'alanina non è reattiva e quindi non è quasi mai direttamente coinvolta nella funzione proteica. L'alanina è un amminoacido non essenziale, il che significa che può essere prodotto dal corpo umano e non ha bisogno di essere ottenuto attraverso la dieta. L'alanina si trova in un'ampia varietà di alimenti, ma è particolarmente concentrata nelle carni.
Fonti
Biosintesi

L'alanina può essere sintetizzata dal piruvato e dagli amminoacidi a catena ramificata come valina, leucina e isoleucina.

L'alanina è prodotta mediante amminazione riduttiva del piruvato, un processo in due fasi. Nella prima fase, α-chetoglutarato, ammoniaca e NADH vengono convertiti dalla glutammato deidrogenasi in glutammato, NAD+ e acqua. Nella seconda fase, il gruppo amminico del glutammato appena formato viene trasferito al piruvato da un enzima aminotransferasi, rigenerando l'α-chetoglutarato e convertendo il piruvato in alanina. Il risultato netto è che il piruvato e l'ammoniaca vengono convertiti in alanina, consumando un equivalente riducente. Poiché le reazioni di transaminazione sono facilmente reversibili e il piruvato è presente in tutte le cellule, l'alanina può essere facilmente formata e quindi ha stretti legami con le vie metaboliche come la glicolisi, la gluconeogenesi e il ciclo dell'acido citrico.

sintesi chimica
La L-alanina è prodotta industrialmente dalla decarbossilazione dell'L-aspartato per azione dell'aspartato 4-decarbossilasi. Le vie di fermentazione verso la L-alanina sono complicate dall'alanina racemasi.

L'alanina racemica può essere preparata mediante la condensazione dell'acetaldeide con cloruro di ammonio in presenza di cianuro di sodio mediante la reazione di Strecker o mediante l'ammonolisi dell'acido 2-bromopropanoico.

Degradazione
L'alanina viene scomposta per deaminazione ossidativa, la reazione inversa della reazione di amminazione riduttiva sopra descritta, catalizzata dagli stessi enzimi. La direzione del processo è ampiamente controllata dalla concentrazione relativa dei substrati e dei prodotti delle reazioni coinvolte.

Ipotesi mondiale dell'alanina
L'alanina è uno dei venti α-amminoacidi canonici utilizzati come elementi costitutivi (monomeri) per la biosintesi delle proteine ​​mediata dai ribosomi. Si ritiene che l'alanina sia uno dei primi amminoacidi ad essere incluso nel repertorio standard del codice genetico. Sulla base di questo fatto è stata proposta l'ipotesi "Alanine World". Questa ipotesi spiega dal punto di vista chimico la scelta evolutiva degli amminoacidi nel repertorio del codice genetico. In questo modello la selezione di monomeri (cioè amminoacidi) per la sintesi proteica ribosomiale è piuttosto limitata a quei derivati ​​dell'alanina che sono adatti per la costruzione di elementi strutturali secondari α-elica o β-foglio. Le strutture secondarie dominanti nella vita così come la conosciamo sono α-eliche e β-fogli e la maggior parte degli amminoacidi canonici possono essere considerati derivati ​​chimici dell'alanina. Pertanto, la maggior parte degli aminoacidi canonici nelle proteine ​​​​può essere scambiata con Ala mediante mutazioni puntiformi mentre la struttura secondaria rimane intatta. Il fatto che Ala imiti le preferenze di struttura secondaria della maggior parte degli amminoacidi codificati è praticamente sfruttato nella mutagenesi della scansione dell'alanina. Inoltre, la cristallografia classica a raggi X utilizza spesso il modello polialanina-dorsale per determinare le strutture tridimensionali delle proteine ​​utilizzando la sostituzione molecolare, un metodo di fasatura basato su modello.

Funzione fisiologica
Ciclo glucosio-alanina

Nei mammiferi, l'alanina svolge un ruolo chiave nel ciclo glucosio-alanina tra i tessuti e il fegato. Nei muscoli e in altri tessuti che degradano gli amminoacidi per il carburante, i gruppi amminici vengono raccolti sotto forma di glutammato mediante transaminazione. Il glutammato può quindi trasferire il suo gruppo amminico al piruvato, un prodotto della glicolisi muscolare, attraverso l'azione dell'alanina aminotransferasi, formando alanina e α-chetoglutarato. L'alanina entra nel flusso sanguigno e viene trasportata al fegato. La reazione dell'alanina aminotransferasi avviene al contrario nel fegato, dove il piruvato rigenerato viene utilizzato nella gluconeogenesi, formando glucosio che ritorna ai muscoli attraverso il sistema circolatorio. Il glutammato nel fegato entra nei mitocondri e viene scomposto dalla glutammato deidrogenasi in α-chetoglutarato e ammonio, che a sua volta partecipa al ciclo dell'urea per formare urea che viene escreta attraverso i reni.

Il ciclo glucosio-alanina consente al piruvato e al glutammato di essere rimossi dai muscoli e trasportati in modo sicuro al fegato. Una volta lì, il piruvato viene utilizzato per rigenerare il glucosio, dopodiché il glucosio ritorna al muscolo per essere metabolizzato per produrre energia: questo sposta il carico energetico della gluconeogenesi al fegato invece che al muscolo, e tutto l'ATP disponibile nel muscolo può essere dedicato al muscolo contrazione. È un percorso catabolico e si basa sulla disgregazione proteica nel tessuto muscolare. Non è chiaro se e in che misura si verifichi nei non mammiferi.
Collegamento al diabete

Le alterazioni del ciclo dell'alanina che aumentano i livelli sierici di alanina aminotransferasi (ALT) sono legate allo sviluppo del diabete di tipo II.

Proprietà chimiche
L'alanina è utile negli esperimenti di perdita di funzione rispetto alla fosforilazione. Alcune tecniche prevedono la creazione di una libreria di geni, ognuno dei quali ha una mutazione puntiforme in una posizione diversa nell'area di interesse, a volte anche ogni posizione nell'intero gene: questa è chiamata "mutagenesi a scansione". Il metodo più semplice, e il primo ad essere stato utilizzato, è la cosiddetta scansione dell'alanina, in cui ogni posizione viene a sua volta mutata in alanina.

L'idrogenazione dell'alanina dà l'amminoalcol alaninolo, che è un utile blocco chirale.
radicale libero

La deaminazione di una molecola di alanina produce il radicale libero CH3C•HCO2−. La deaminazione può essere indotta nell'alanina solida o acquosa mediante radiazione che provoca la scissione omolitica del legame carbonio-azoto.

Questa proprietà dell'alanina viene utilizzata nelle misurazioni dosimetriche in radioterapia. Quando l'alanina normale viene irradiata, la radiazione fa sì che alcune molecole di alanina diventino radicali liberi e, poiché questi radicali sono stabili, il contenuto di radicali liberi può essere successivamente misurato mediante risonanza paramagnetica elettronica per scoprire a quanta radiazione è stata esposta l'alanina . Questa è considerata una misura biologicamente rilevante della quantità di danni da radiazioni che il tessuto vivente subirebbe sotto la stessa esposizione alle radiazioni.
I piani di trattamento radioterapico possono essere erogati in modalità test ai pellet di alanina, che possono quindi essere misurati per verificare che il modello previsto della dose di radiazioni sia erogato correttamente dal sistema di trattamento.