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 amina y un grupo ácido carboxílico , ambos unidos al átomo de carbono central que también lleva una cadena lateral del grupo metilo . En consecuencia, su nombre sistemático IUPAC es ácido 2-aminopropanoico y está clasificado 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 puede sintetizarse metabólicamente y no necesita estar presente en la dieta. Está codificado por todos los codones que comienzan con GC (GCU, GCC, GCA y GCG).
El isómero L de la alanina ( zurdo ) es el que se incorpora a las proteínas. La L -alanina ocupa el segundo lugar después de la leucina en tasa de aparición y representa el 7,8% de la estructura primaria en una muestra de 1.150 proteínas . [5] La forma diestra, D -alanina, se presenta en polipéptidos en algunas paredes celulares bacterianas [6] : 131 y en algunos antibióticos peptídicos , y se presenta 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 llamó 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 al inglés. -ine .
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 metilo de la alanina no es reactiva y, por lo tanto, casi nunca participa 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 es necesario obtenerlo 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 mediante 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 a piruvato mediante una enzima aminotransferasa , lo que regenera el α-cetoglutarato y convierte 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 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 por acción de la aspartato 4-descarboxilasa . Las rutas de fermentación de la L-alanina se complican por 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 mediante la amonólisis del ácido 2-bromopropanoico. [dieciséis]
La alanina se descompone mediante 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 componentes básicos (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 Alanino". [21] Esta hipótesis explica la elección evolutiva de los 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 bastante 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 Ala mediante mutaciones puntuales mientras la estructura secundaria permanece intacta. El hecho de que Ala imite las preferencias de estructura secundaria de la mayoría de los aminoácidos codificados se explota prácticamente en la mutagénesis de exploración de alanina . Además, la cristalografía de rayos X clásica a menudo emplea el modelo de cadena principal de polialanina [22] para determinar estructuras tridimensionales de proteínas mediante reemplazo molecular , un método de fase basado en modelos .
En los mamíferos, la alanina desempeña un papel clave en el ciclo glucosa-alanina entre los tejidos y el hígado. En los músculos y otros tejidos que degradan los aminoácidos como combustible, los grupos amino se recolectan en forma de glutamato mediante transaminación . Luego, el glutamato puede transferir su grupo amino al piruvato , un producto de la glucólisis muscular , mediante la acción de la alanina aminotransferasa , formando alanina y α-cetoglutarato . La alanina ingresa al torrente sanguíneo y es transportada 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 la glutamato deshidrogenasa lo descompone 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 glucosa-alanina permite eliminar el piruvato y el glutamato del músculo y transportarlos de forma segura al hígado. Una vez allí, el piruvato se utiliza para regenerar la glucosa, después de lo cual la glucosa regresa al músculo para ser metabolizada para obtener energía: esto mueve la carga energética de la gluconeogénesis al hígado en lugar del músculo, y todo el ATP disponible en el músculo puede dedicarse al músculo. contracción. [23] Es una vía catabólica y depende de la degradación de proteínas en el tejido muscular. No está claro si ocurre en animales 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 del gen completo: esto se denomina "mutagénesis de exploración". El método más sencillo y el primero en utilizarse es el llamado escaneo de alanina , en el que cada posición se transforma sucesivamente en alanina. [27]
La hidrogenación de 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 inducirse en alanina sólida o acuosa mediante radiación que provoca la escisión homolítica del enlace carbono-nitrógeno. [28]
Esta propiedad de la alanina se utiliza en mediciones dosimétricas en radioterapia . Cuando se irradia la 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 saber a cuánta radiación estuvo expuesta la alanina. . [29] Esto se considera una medida biológicamente relevante de la cantidad de daño por radiación que el tejido vivo sufriría bajo la misma exposición a la radiación. [29] Los planes de tratamiento de radioterapia se pueden administrar en modo de prueba a gránulos de alanina, que luego se pueden medir para verificar que el sistema de tratamiento administra correctamente el patrón previsto de dosis de radiación. [30]