La alanina (símbolo Ala o A ), [4] o α-alanina , es un α- aminoácido que se utiliza en la biosíntesis de proteínas . Contiene un grupo amino y un grupo ácido carboxílico , ambos unidos al átomo de carbono central que también lleva una cadena lateral de grupo metilo . En consecuencia, se clasifica como un α-aminoácido alifático no polar . En condiciones biológicas, existe en su forma zwitteriónica con su grupo amino protonado (como −NH+3) y su grupo carboxilo desprotonado (como −CO−2). No es esencial para los humanos, ya que se puede sintetizar metabólicamente y no es necesario que esté presente en la dieta. Está codificado por todos los codones que comienzan con G C (GC U , GCC, GC A y GCG).
El isómero L de la alanina ( levógiro ) es el que se incorpora a las proteínas. La L -alanina es la segunda en tasa de aparición después de la L -leucina , representando el 7,8% de la estructura primaria en una muestra de 1.150 proteínas . [5] La forma diestra, D -alanina, se encuentra en péptidos en algunas paredes celulares bacterianas [6] : 131 (en peptidoglicano ) y en algunos antibióticos peptídicos , y se encuentra en los tejidos de muchos crustáceos y moluscos como un osmolito . [7]
La alanina se sintetizó por primera vez en 1850 cuando Adolph Strecker combinó acetaldehído y amoníaco con cianuro de hidrógeno . [8] [9] [10] El aminoácido se denominó Alanina en alemán, en referencia al aldehído , con el interfijo -an- para facilitar la pronunciación, [11] la terminación alemana -in utilizada en compuestos químicos es análoga a la -ine en inglés .
La alanina es un aminoácido alifático , porque la cadena lateral conectada al átomo de carbono α es un grupo metilo (-CH 3 ). La alanina es el α-aminoácido más simple después de la glicina . La cadena lateral de metilo de la alanina no es reactiva y, por lo tanto, casi nunca está involucrada directamente en la función de las proteínas. [12] La alanina es un aminoácido no esencial , lo que significa que puede ser fabricado por el cuerpo humano y no necesita obtenerse a través de la dieta. La alanina se encuentra en una amplia variedad de alimentos, pero está particularmente concentrada en las carnes.
La alanina se puede sintetizar a partir de piruvato y aminoácidos de cadena ramificada como valina , leucina e isoleucina .
La alanina se produce por aminación reductora del piruvato , un proceso de dos pasos. En el primer paso, la glutamato deshidrogenasa convierte el α-cetoglutarato , el amoníaco y el NADH en glutamato , NAD + y agua. En el segundo paso, el grupo amino del glutamato recién formado se transfiere al piruvato mediante una enzima aminotransferasa , regenerando el α-cetoglutarato y convirtiendo el piruvato en alanina. El resultado neto es que el piruvato y el amoníaco se convierten en alanina, consumiendo un equivalente reductor . [6] : 721 Debido a que las reacciones de transaminación son fácilmente reversibles y el piruvato está presente en todas las células, la alanina se puede formar fácilmente y, por lo tanto, tiene vínculos estrechos con las vías metabólicas como la glucólisis , la gluconeogénesis y el ciclo del ácido cítrico . [13]
La L -alanina se produce industrialmente por descarboxilación del L -aspartato mediante la acción de la aspartato 4-descarboxilasa . Las vías de fermentación de la L -alanina se complican por la acción de la alanina racemasa . [14]
La alanina racémica se puede preparar mediante la condensación de acetaldehído con cloruro de amonio en presencia de cianuro de sodio mediante la reacción de Strecker , [15]
o por la amonólisis del ácido 2-bromopropanoico. [16]
La alanina se degrada por desaminación oxidativa , la reacción inversa de la reacción de aminación reductora descrita anteriormente, catalizada por las mismas enzimas. La dirección del proceso está controlada en gran medida por la concentración relativa de los sustratos y productos de las reacciones involucradas. [6] : 721
La alanina es uno de los veinte α-aminoácidos canónicos utilizados como bloques de construcción (monómeros) para la biosíntesis de proteínas mediada por ribosomas. Se cree que la alanina es uno de los primeros aminoácidos que se incluyeron en el repertorio estándar del código genético. [17] [18] [19] [20] Sobre la base de este hecho se propuso la hipótesis del "mundo de la alanina". [21] Esta hipótesis explica la elección evolutiva de aminoácidos en el repertorio del código genético desde un punto de vista químico. En este modelo, la selección de monómeros (es decir, aminoácidos) para la síntesis de proteínas ribosómicas está más bien limitada a aquellos derivados de alanina que son adecuados para construir elementos estructurales secundarios de hélice α o lámina β . Las estructuras secundarias dominantes en la vida tal como la conocemos son las hélices α y las láminas β y la mayoría de los aminoácidos canónicos pueden considerarse derivados químicos de la alanina. Por lo tanto, la mayoría de los aminoácidos canónicos en las proteínas pueden intercambiarse con alanina mediante mutaciones puntuales mientras que la estructura secundaria permanece intacta. El hecho de que la alanina imite las preferencias de estructura secundaria de la mayoría de los aminoácidos codificados se aprovecha prácticamente en la mutagénesis por barrido de alanina . Además, la cristalografía clásica de rayos X a menudo emplea el modelo de cadena principal de polialanina [22] para determinar las estructuras tridimensionales de las proteínas mediante reemplazo molecular , un método de fase basado en modelos .
En los mamíferos, la alanina desempeña un papel clave en el ciclo de glucosa-alanina entre los tejidos y el hígado. En los músculos y otros tejidos que degradan aminoácidos para obtener combustible, los grupos amino se recogen en forma de glutamato por transaminación . El glutamato puede luego transferir su grupo amino al piruvato , un producto de la glucólisis muscular , a través de la acción de la alanina aminotransferasa , formando alanina y α-cetoglutarato . La alanina ingresa al torrente sanguíneo y se transporta al hígado. La reacción de la alanina aminotransferasa tiene lugar a la inversa en el hígado, donde el piruvato regenerado se utiliza en la gluconeogénesis , formando glucosa que regresa a los músculos a través del sistema circulatorio. El glutamato en el hígado ingresa a las mitocondrias y es descompuesto por la glutamato deshidrogenasa en α-cetoglutarato y amonio , que a su vez participa en el ciclo de la urea para formar urea que se excreta a través de los riñones. [23]
El ciclo de la glucosa-alanina permite que el piruvato y el glutamato se extraigan del músculo y se transporten de forma segura al hígado. Una vez allí, el piruvato se utiliza para regenerar la glucosa, tras lo cual la glucosa vuelve al músculo para ser metabolizada y producir energía: esto traslada la carga energética de la gluconeogénesis al hígado en lugar de al músculo, y todo el ATP disponible en el músculo puede dedicarse a la contracción muscular. [23] Es una vía catabólica y depende de la degradación de proteínas en el tejido muscular. No está claro si se produce en los no mamíferos y en qué medida. [24] [25]
Las alteraciones en el ciclo de la alanina que aumentan los niveles de alanina aminotransferasa (ALT) sérica están relacionadas con el desarrollo de diabetes tipo II. [26]
La alanina es útil en experimentos de pérdida de función con respecto a la fosforilación . Algunas técnicas implican la creación de una biblioteca de genes, cada uno de los cuales tiene una mutación puntual en una posición diferente en el área de interés, a veces incluso en cada posición en todo el gen: esto se llama "mutagénesis de barrido". El método más simple, y el primero que se ha utilizado, es el llamado barrido de alanina , donde cada posición a su vez se muta a alanina. [27]
La hidrogenación de la alanina produce el aminoalcohol alaninol , que es un componente quiral útil.
La desaminación de una molécula de alanina produce el radical libre CH 3 C • HCO 2 − . La desaminación puede ser inducida en alanina sólida o acuosa por radiación que causa la escisión homolítica del enlace carbono-nitrógeno. [28]
Esta propiedad de la alanina se utiliza en mediciones dosimétricas en radioterapia . Cuando se irradia alanina normal, la radiación hace que ciertas moléculas de alanina se conviertan en radicales libres y, como estos radicales son estables, el contenido de radicales libres se puede medir posteriormente mediante resonancia paramagnética electrónica para averiguar a cuánta radiación estuvo expuesta la alanina. [29] Esto se considera una medida biológicamente relevante de la cantidad de daño por radiación que sufriría el tejido vivo bajo la misma exposición a la radiación. [29] Los planes de tratamiento de radioterapia se pueden entregar en modo de prueba a pellets de alanina, que luego se pueden medir para verificar que el sistema de tratamiento entrega correctamente el patrón deseado de dosis de radiación. [30]