脯氨酸

脯氨酸（Proline，缩写为Pro 或P ）是一个α-氨基酸，20个DNA编码的其中之一。其对应密码子为CCU，CCC，CCA和CCG。脯氨酸不是一种必需氨基酸，人体可以自行合成。在20个蛋白质形成氨基酸中，其最特别之处在于胺氮被绑定到并非一个而是两个烷基基团，因此使它具有仲氨，L型较常具有S立体化学。脯氨酸由氨基酸的L-谷氨酸和其中间前驱物亚氨基乙酸（(''S'')-1 -吡咯啉-5-羧酸甲酯（P5C）生物合成而成，典型生物合成所需要的酶包括：脯氨酸侧链的独特环状结构，使脯氨酸相对于其他氨基酸具有特殊构象刚性，它也影响了脯氨酸和其他氨基酸之间肽键形成的速率，当脯氨酸在一个肽键中被绑定作为酰胺时，其氮原子未绑定到任何的氢原子，则它不能作为氢键供体，但可以是氢键受体。Pro-tRNAPro的肽键形成相较于其他tRNA相当的缓慢，此为N-烷基氨基羧酸一般的特征， tRNA和脯氨酸键结端部之间肽键的形成也相当缓慢，在所有脯氨酸键结和脯氨酸键结之间的创造是速度最慢的。脯氨酸的特殊构象刚性影响蛋白质的二级结构，其蛋白质邻近于一个脯氨酸残基，而使脯氨酸在嗜热生物蛋白质中的高发病率，蛋白质的二级结构可以两面角φ，ψ和蛋白质主链ω表示，脯氨酸侧链的锁环结构的夹角φ约-60℃。脯氨酸在正规二级结构元素中间为结构性干扰物，如α螺旋和β片层，脯氨酸是α螺旋常见的第一个残基，也同时是β片层的边缘链，脯氨酸也常发现于匝数（另一种二级结构）中，且有助于β匝数的形成，尽管具有一个完整的脂肪族侧链，脯氨酸通常暴露于溶剂之外。一排中的多个脯氨酸和/或羟基脯氨酸可以创造一个聚脯氨酸螺旋，聚脯氨酸螺旋是胶原中的主要二级结构，脯氨酸经由脯氨酰羟化酶（或其它添加的吸电子取代基，如氟）的羟基化，显著增加胶原蛋白的构象稳定性。 因此，脯氨酸的羟基化是一个关键生化过程，用以维持高等生物体的结缔组织，严重疾病如败血症，可导致羟基化的缺陷，例如在酶脯氨酰羟化酶中突变或缺乏必要的抗坏血酸（维生素C）辅助因子。脯氨酸和2-氨基异丁酸（AIB）的序列也可以形成一个螺旋圈结构。同大多数氨基酸肽键采用反式异构体（非应变条件下通常为99.9％）不同，脯氨酸和其它N-取代的氨基酸（如肌氨酸）的肽键既能形成顺式异构物也能形成反式异构物。这是因为在大多数氨基酸中，反式异构体比顺式异构体具有更小的空间位阻斥力，然而在X-Pro肽键的“顺”“反”异构物（X表示任何氨基酸）中，相邻取代基的空间位阻几乎相同。因此，X-Pro的肽键在非应变条件下，其“顺式”异构体的比例可以达到10-40％，这一比例轻微依赖于前面氨基酸的类型，特别是具有芳香族残基的氨基酸有利于使其成为“顺式”异构物。从动力学的角度来看，脯氨酸的“顺”-“反”异构化是一个非常缓慢的过程，这一过程可以通过捕获一个或多个脯氨酸关键残基，从而阻碍非自然异构物的蛋白质折叠，特别是当自然蛋白质需要“顺式”异构物时。这是因为当脯氨酸残基在核糖体中只能被合成为反式构象。所有生物体都需要利用脯氨酰异构酶催化异构化，而一些细菌具有专门的与核糖体有关的脯氨酰异构酶。然而，脯氨酸并非对所有的折叠都是必须的，尽管具有许多X-脯肽键的非天然异构物的蛋白质是以正常的速率进行折叠的。脯氨酸和其衍生物通常在有机反应中当作对称催化剂，CBS的减少和脯氨酸被催化羟醛缩合反应是突出的例子。L-脯氨酸是一种渗透保护剂，因此可用于多种药物，生物技术的应用。在酿造时，蛋白质富含和多酚结合的脯氨酸，可产生雾度（浊度）。脯氨酸是不符合典型的拉氏图的两种氨基酸之一，另一个是甘氨酸。由于连接β碳原子的环形成时，肽键的ψ和φ角度有较少允许度的旋转，因此，它经常被发现于蛋白质的“匝数”当其自由熵（ΔS）比其他氨基酸大，因此在折叠的形式与未折叠的形式的比较中熵的变化较少，此外，脯氨酸的α和β结构很少被发现，因为其侧链上α-N只能形成一个氢键，它会降低结构的稳定性。此外，脯氨酸是唯一的在色谱法中使用茚三酮后不形成蓝/紫色的氨基酸，相反，脯氨酸产生橙/黄色。在1990年，里夏德·维尔施泰特(Richard Willstätter)透过丙二酸二乙酯的钠盐与1,3 -二溴丙烷的反应合成脯氨酸。在1901年， 赫尔曼·埃米尔·费歇尔(Hermann Emil Fischer)从酪蛋白和γ-邻苯二甲酰-propylmalonic酯的分解产物分离脯氨酸。外消旋混合物脯氨酸可以从丙二酸二乙酯和丙烯腈被合成:医学导航：遗传代谢缺陷代谢、k,c/g/r/p/y/i,f/h/s/l/o/e,a/u,n,mk,cgrp/y/i,f/h/s/l/o/e,au,n,m,人名体征药物(A16/C10)、中间产物(k,c/g/r/p/y/i,f/h/s/o/e,a/u,n,m)