PROLIN: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, MAKANAN - BIOLOGI - 2025

The prolin (Pro, P) milik 22 asam amino diklasifikasikan sebagai dasar. Ini adalah asam amino non-esensial, karena dapat disintesis oleh manusia dan hewan mamalia lainnya.

Pada tahun 1900, ilmuwan Jerman Richard Willstatter adalah orang pertama yang mengekstrak dan mengamati prolin. Namun, Emili Fischer, pada tahun 1901, yang menciptakan istilah "prolin" berdasarkan cincin pyrrolidine dari asam amino; Peneliti ini juga berhasil menjelaskan secara detail sintesis prolin dari kasein susu.

Struktur kimia dari asam amino Prolin (Sumber: Clavecin via Wikimedia Commons)

Dalam protein seperti kasein, prolin memainkan peran penting dalam "liku-liku" struktural dan lipatan. Dalam protein ini, prolin terdistribusi secara homogen ke seluruh struktur dan berikatan dengan protein β casein dan αs1; lebih lanjut, ini mencegah terbentuknya lengkungan atau loop struktural yang salah.

Dalam analisis biokimia yang biasa digunakan untuk menentukan urutan yang tepat dari asam amino penyusun protein, prolin adalah salah satu asam amino yang paling sulit dideteksi, karena gugus amino sekunder dari prolin memiliki perilaku yang berbeda dan tidak dapat dengan mudah dideteksi. .

Penyakit kudis mungkin adalah penyakit paling terkenal yang berhubungan dengan prolin. Ini ada hubungannya dengan kekurangan asupan vitamin C, yang secara langsung mempengaruhi hidroksilasi prolin dalam serat kolagen, menyebabkan melemahnya sistemik akibat ketidakstabilan serat kolagen yang ada di seluruh tubuh.

karakteristik

Gugus amino sekunder yang terikat pada karbon-α membuat tugas pengklasifikasian prolin agak sulit. Namun, dalam beberapa teks ia diklasifikasikan bersama dengan asam amino bercabang atau dengan rantai samping alifatik, karena rantai samping atau gugus R dari prolin adalah hidrofobik atau alifatik.

Salah satu karakteristik terpenting dari prolin adalah bahwa ia tidak dapat membentuk ikatan hidrogen, yang membuatnya ideal untuk menyusun belokan kompleks dan rumit dalam struktur protein tersier.

Seperti halnya semua asam amino memiliki dua isoform yang bergantung pada atom karbon pusat, prolin dapat ditemukan di alam sebagai L-prolin atau D-prolin. Namun, bentuk L-prolin adalah yang paling melimpah di alam dan merupakan bagian dari struktur protein.

Dalam protein di mana ia ditemukan, prolin sering menempati tempat-tempat yang dekat dengan permukaan atau ke lipatan atau situs "pelintir" rantai polipeptida, karena struktur prolin yang kaku dan tertutup membuat interaksi yang kuat dengan asam amino lain menjadi sulit. .

Struktur

Prolin memiliki struktur tertentu di antara asam amino basa, karena ia memiliki gugus amino sekunder (NH2) dan bukan gugus amino primer yang merupakan ciri dari semua asam amino.

Gugus R atau rantai samping prolin adalah cincin pirolidin atau tetrahidropirol. Gugus ini dibentuk oleh amina heterosiklik (tanpa ikatan rangkap) dari lima atom karbon, yang masing-masing dijenuhkan dengan atom hidrogen.

Prolin memiliki kekhasan bahwa atom karbon "pusat" termasuk dalam cincin pirolidin heterosiklik, sehingga atom "bebas" atau "menonjol" hanya gugus karboksil (COOH) dan atom hidrogen (H ) dari cincin heterosiklik asam amino.

Rumus molekul Prolin adalah C5H9NO2 dan nama IUPAC-nya adalah asam pirolidin-2-karboksilat. Ini memiliki berat molekul perkiraan 115,13 g / mol dan frekuensi kemunculannya dalam protein sekitar 7%.

fitur

Serat kolagen dan tropokolagen adalah protein paling melimpah di sebagian besar hewan vertebrata. Ini membentuk kulit, tendon, matriks tulang, dan banyak jaringan lainnya.

Serat kolagen terdiri dari banyak heliks tripel polipeptida berulang yang, pada gilirannya, terdiri dari beberapa residu prolin dan glisin dalam urutan glisin-prolin-prolin / hidroksiprolin (yang terakhir adalah turunan prolin yang dimodifikasi).

Dalam bentuk aslinya, prolin adalah bagian dari prokolagen, ini menjadi prekursor polipeptida kolagen dan beberapa protein jaringan ikat lainnya. Enzim prolin hidroksilase prolin bertanggung jawab untuk menghidroksilasi residu prolin untuk menghasilkan hidroksiprolin dan dengan demikian mencapai pematangan prokolagen menjadi kolagen itu sendiri.

Apa Fungsi Utama Prolin dalam Serat Kolagen?

Hidroksiprolin memberikan karakteristik ketahanan terhadap kolagen, karena turunan asam amino ini memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen dalam jumlah besar antara rantai-rantai triple helix penyusun protein.

Enzim yang mengkatalisis hidroksilasi residu prolin memerlukan adanya vitamin C (asam askorbat) dan, seperti yang disebutkan di atas, penyakit kudis disebabkan oleh melemahnya serat kolagen karena kegagalan hidroksilasi residu prolin. , yang menyebabkan penurunan ikatan hidrogen yang menahan serat kolagen.

Fungsi lainnya

Prolin sangat penting untuk pembentukan lipatan dan lilitan protein.

Strukturnya yang tertutup membuat asam amino ini sulit untuk "ditampung" di dalam protein, sebagai tambahan, karena tidak dapat membentuk ikatan hidrogen untuk "berinteraksi" dengan residu terdekat lainnya, ia menginduksi pembentukan "belokan" atau "lilitan" di seluruh struktur protein tempat ia ditemukan.

Semua protein berumur pendek memiliki setidaknya satu daerah dengan pengulangan prolin, glutamat, serin, dan treonin yang melimpah. Wilayah ini berkisar dari 12 hingga 60 tempat tinggal dan disebut urutan PEST.

Protein yang mengandung urutan PEST ditandai dengan ubiquitination untuk degradasi selanjutnya dalam proteasom.

Biosintesis

Banyak asam amino dapat disintesis dari zat antara dalam glikolisis, jalur pentosa fosfat, atau siklus asam sitrat (siklus Krebs). Prolin dan arginin terbentuk di jalur glutamat pendek.

Jalur biosintesis yang hampir umum untuk semua organisme hidup dimulai dengan konversi L-glutamat menjadi γ-L-glutamyl-5-fosfat berkat aksi enzim glutamat-5-kinase (pada bakteri) atau oleh γ-glutamyl -kinase (pada manusia).

Reaksi ini melibatkan fosforilasi yang bergantung pada ATP di mana, selain produk utama, molekul ADP dihasilkan.

Reaksi yang dikatalisis oleh glutamat 5-semialdehida dehidrogenase (pada bakteri) atau oleh γ-glutamyl fosfat reduktase (pada manusia) mengubah γ-L-glutamyl-5-fosfat menjadi L-glutamat-5-semialdehida dan reaksi ini bermanfaat keberadaan kofaktor NADPH.

L-glutamat-5-semialdehida secara reversibel dan spontan mengalami dehidrasi menjadi (S) -1-1-pyrroline-5-carboxylate, yang kemudian diubah menjadi L-proline oleh enzim pyrroline-5-carboxylate reductase (pada bakteri dan manusia). ), yang reaksinya diperlukan molekul NADPH atau NADH.

Degradasi

Prolin, arginin, glutamin, dan histidin secara konstan terdegradasi menjadi α-ketoglutarat untuk memasuki siklus asam sitrat atau siklus Krebs. Dalam kasus khusus prolin, pertama kali dioksidasi oleh enzim prolin oksidase menjadi pyrroline-5-carboxylate.

Pada langkah pertama, di mana terjadi oksidasi prolin menjadi pyrrolin-5-karboksilat, proton yang terlepas diterima oleh E-FAD, tereduksi menjadi E-FADH2; langkah ini eksklusif untuk asam amino prolin.

Dengan reaksi spontan, pyrroline-5-carboxylate diubah menjadi glutamat γ-semialdehyde, yang kemudian berfungsi sebagai substrat untuk enzim glutamat γ-semialdehyde dehydrogenase. Dalam langkah ini dua proton dilepaskan, salah satunya diterima oleh NAD, yang direduksi menjadi NADH, dan yang lainnya bebas dalam bentuk H +.

Arginin, seperti prolin, diubah menjadi glutamat γ-semialdehida, tetapi melalui jalur metabolisme alternatif yang melibatkan dua enzim berbeda.

Enzim glutamat γ-semialdehida dehidrogenase mengubah glutamat γ-semialdehida menjadi L-glutamat. Selanjutnya, L-glutamat ini dioksidasi lagi oleh enzim glutamat dehidrogenase, dimana α-ketoglutarat akhirnya terbentuk, yang akan dimasukkan ke dalam siklus asam sitrat.

Pada tahap oksidasi glutamat, sebuah proton (H +) dan gugus amino (NH3 +) dilepaskan. Proton mereduksi gugus NADP + dan membentuk molekul NADPH.

Terlepas dari banyak kesamaan yang ada antara jalur degradasi dan biosintesis prolin dan arginin, asam amino ini disintesis dan didegradasi dengan jalur yang sangat berlawanan menggunakan enzim yang berbeda, kofaktor yang berbeda, dan kompartemen intraseluler yang berbeda terjadi.

Makanan kaya valin

Secara umum, semua makanan berprotein tinggi mengandung prolin dalam jumlah besar. Ini termasuk daging, susu, telur, dan lainnya. Namun, ketika tubuh kita berada dalam kondisi kesehatan dan nutrisi yang optimal, ia mampu mensintesis prolin secara endogen.

Prolin juga dapat ditemukan di banyak kacang-kacangan dan kacang-kacangan, dan biji-bijian seperti gandum, misalnya. Makanan lain yang kaya prolin adalah dedak gandum, kenari, almond, kacang polong, dan kacang-kacangan.

Beberapa toko makanan kesehatan sering memformulasikan tablet dari asam amino L-lisin dan L-prolin yang dikombinasikan untuk membantu orang dengan masalah persendian atau untuk memperlambat penuaan jaringan.

Namun, belum ditunjukkan dengan pasti bahwa mengonsumsi suplemen makanan dari asam amino ini memiliki efek signifikan dalam menunda usia tua atau kondisi lain yang khas dari usia lanjut.

Manfaat asupannya

Diet kaya prolin biasanya diresepkan untuk orang dengan penyakit persendian seperti arthritis, keseleo, ligamen robek, dislokasi, tendinitis dan lain-lain, dan ini karena hubungannya dengan sintesis serat kolagen yang ada di jaringan ikat tubuh.

Banyak lotion dan tablet farmakologis yang digunakan dalam industri estetika diperkaya dengan L-prolin, karena beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa asam amino ini dapat meningkatkan sintesis kolagen dan, oleh karena itu, memperbaiki tekstur kulit, mempercepat penyembuhan luka, robekan, borok dan luka bakar.

Dalam industri makanan ada protein yang memiliki "peptida bioaktif" yang menjalankan fungsi di luar sifat nutrisinya. Peptida ini umumnya memiliki dua hingga sembilan residu asam amino, termasuk prolin, arginin, dan lisin.

Peptida bioaktif tersebut dapat memiliki aktivitas antihipertensi dengan efek opioid tertentu; mereka dapat bertindak sebagai imunomodulator dengan menstimulasi respon imun terhadap beberapa patogen dan bahkan dapat menyebabkan peningkatan vasoaktivitas, yang meningkatkan sirkulasi mereka yang mengkonsumsinya.

Gangguan defisiensi

Gluten adalah protein yang ada dalam biji-bijian gandum yang menyebabkan radang usus. Orang yang menderita "intoleransi gluten" dikenal sebagai pasien "celiac" dan protein ini dikenal kaya akan prolin dan glutamin, yang degradasi proteolitiknya sulit bagi orang dengan kondisi ini.

Beberapa penyakit berkaitan dengan kesalahan lipatan protein penting dan sangat umum bahwa cacat ini berkaitan dengan isomerisasi cis-trans dari ikatan amida dalam residu prolin, karena, tidak seperti ikatan peptida lain di mana isomer trans sangat disukai, pada prolin dirugikan.

Dalam residu prolin, telah diamati bahwa terdapat kecenderungan yang signifikan terhadap pembentukan isomer cis lebih dulu daripada isomer trans dalam amida yang berdekatan dengan residu prolin, yang dapat menghasilkan konformasi protein yang "salah".

Gangguan metabolisme

Seperti asam amino esensial dan non-esensial lainnya, kelainan patologis utama yang terkait dengan prolin biasanya terkait dengan kerusakan pada jalur asimilasi asam amino ini.

Hiperprolinemia, misalnya, adalah kasus defisiensi yang khas pada salah satu enzim yang berpartisipasi dalam jalur degradasi prolin, khususnya dalam dehidrogenase 1-pyrroline-5-karboksilat, yang mengarah pada akumulasi substratnya, yang akhirnya menonaktifkan rute.

Patologi ini biasanya didiagnosis dengan kandungan prolin yang tinggi dalam plasma darah dan dengan adanya metabolit 1-pyrroline-5-karboksilat dalam urin pasien yang terkena.

Gejala utama penyakit ini terdiri dari gangguan saraf, penyakit ginjal dan gangguan pendengaran atau tuli. Kasus lain yang lebih parah termasuk retardasi mental yang parah dan kesulitan psikomotorik yang nyata.

Referensi

1. Abu-Baker, S. (2015). Review Biokimia: Konsep dan Koneksi
2. Delauney, AJ, & Verma, DPS (1993). Biosintesis prolin dan osmoregulasi pada tumbuhan. Jurnal tumbuhan, 4 (2), 215-223.
3. Daftar, B., Lerner, RA, & Barbas, CF (2000). Reaksi aldol asimetris langsung yang dikatalisis oleh prolin. Jurnal American Chemical Society, 122 (10), 2395-2396
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Plimmer, RHA (1912). Konstitusi kimiawi protein (Vol. 1). Longmans, Green.
6. Szabados, L., & Savouré, A. (2010). Prolin: asam amino multifungsi. Tren dalam ilmu tanaman, 15 (2), 89-97.