Фенилаланин – ароматическая протеиногенная незаменимая аминокислота. Что значат эти страшные слова?

Аминокислота – это органическое соединение, имеющее в своем составе амино-группу NH₃—  и карбоксильную группу COOH. Карбоксильная группа придает соединению кислые свойства, поэтому все химические соединения, имеющие в своем составе эту группу, относят к классу кислот.

Ароматическая – это особый термин в органической химии, который говорит о том, что в составе данного соединения есть ароматическое кольцо. Многие соединения с таким кольцом имеют запах, поэтому исторически сложилось, что их называют ароматическими. Фенилаланин такое соединение, которые ароматическое, но запаха не имеет.

Протеиногенная – это значит, что данная аминокислота входит в состав белков, т.е. выступает кирпичиком для построения  наших органов и тканей.

Все аминокислоты, кроме глицина, имеют оптические изомеры, т.е. амино- и карбоксильная группа могут по-разному располагаться по отношению к дополнительному радикалу. В зависимости от расположения, их делят на L- и D- изомеры или левые и правые изомеры.

Надо запомнить, что в состав белков входят только L-изомеры аминокислот. L-фенилаланин – это природная аминокислота, которую мы получаем из пищи,  и которая идет на построение нашего дома-организма. D-фенилаланин синтезирован фармакологической промышленностью и используется в качестве лекарственного средства при некоторых состояниях и заболеваниях. Фармакологические препараты могут включать как чистый D-фенилаланин, так и смесь изомеров L- и D- фенилаланин. Каждый из этих препаратов имеет свои эффекты в организме и свои показания к применению.

 Структурная формула

Структурная формула фенилаланина включает аминокислотный остаток, к которому присоединено ароматическое бензойное кольцо. Ароматическое кольцо придает аминокислоте гидрофобные свойства, т.е. оно отталкивает воду, в результате чего при формировании структуры  глобулярных белков, фенилаланин заворачивается внутрь. От триптофана его отличает отсутствие дополнительного пятичленного иминного кольца, т.е. структура фенилаланина проще, чем триптофана. Триптофан занимает как бы промежуточное положение между гистидином – имидазольной аминокислотой и фенилаланином – ароматической аминокислотой.

Фенилаланин является незаменимой аминокислотой, т.е. он не образуется в организме человека и должен поступать с пищей. Хорошая новость: 90% фенилаланина в организме идет на синтез другой аминокислоты – тирозина, это значит, что если мы потребляем много тирозина, то потребность в фенилаланине снижается. С другой стороны, если рацион беден тирозином, потребность в фенилаланине повышается.

Потребность

Суточная потребность

• взрослых : 1,1 – 2,2 г\сутки,  до 4 г. в сутки
• грудных детей – 90 мг\кг массы тела (в присутствии тирозина),
• школьный возраст —  27 мг\кг (в присутствии тирозина),
• молодые люди  — 31 мг\кг

Для усвоения фенилаланина необходимы микроэлементы: железо (Fe) и медь (Cu), а также витамин C (аскорбиновая кислота), которые выступают кофакторами ферментов-диоксигеназ. Без этих веществ ферменты не могут работать, соответственно превращение фенилаланина в тирозин замедляется, т.е. аминокислота не усваивается и не выполняет своего биологического предназначения.

Функции фенилаланина

• Структурная
• Регуляторная

Структурная функция

1. Синтез белков

Входит в состав всех белков и ферментов, где содержится от 3 до 8% этой аминокислоты.  Она участвует в формировании вторичной структуры (ά-спирали) белка.

Участвует в продукции белка коллагена, который формирует все соединительные ткани организма. Коллаген – это не только пышные волосы и длинные ногти, но и эластичные сосуды, крепкие кости, гибкие связки, подвижные суставы.

Фенольная (ароматическая) боковая цепь остатка фенилаланина в ферментах участвует в гидрофобных взаимодействиях, обеспечивая формирование фермент-субстратного комплекса, т.е. молекула фенилаланина входит в активный центр ферментов и за счет своего свойства отталкивать воду, притягивает к себе молекулу субстрата, который соединяется с ферментом и далее подвергается трансформации. Таким образом, фенилаланин поставляет необходимые кирпичики на биохимический конвейер и удерживает их на конвейере для дальнейших превращений.

Особенно важно участие фенилаланина в процессе транспортировки кислорода кровью: его ароматическое кольцо обеспечивает контакты с плоской структурой гема за счет гидрофобного взаимодействия. Замена фенилаланина в положение 42 в молекуле гемоглобина на остаток другой аминокислоты ведет к нарушению функции гемоглобина и гемолитической анемии.

2. Синтез аминокислоты тирозина

В печени 90% всего поступившего в организм фенилаланина подвергается превращению в тирозин. Фермент фенилаланингидроксилаза в присутствии железа быстренько перегоняет фенилаланин в тирозин.

Эта реакция очень важна, т.к. свободный фенилаланин токсичен, а тирозин выступает, как субстрат для образования множества важных и нужных веществ.

• Гормонов щитовидной железы: тироксина и трийодтиронина
• Гормонов стресса – катехоламинов: адреналина и норадреналина
• Веществ, передающих нервные сигналы — нейтотрансмиттеров: ДОФА, допамина
• Гормона инсулина, понижающего сахар в крови и загоняющего глюкозу в клетки
• Пигмента меланина – вещества, отвечающего за окраску кожи, волос, глаз, защищающего внутреннюю среду организма от повреждения ультрафиолетом.

Фенилаланин — аминокислота, которая очень легко преодолевает гемато-энцефалический барьер, она проникает в головной мозг из плазмы крови быстрее любой другой аминокислоты и имеет максимальный индекс поглощения мозгом — 55%. Ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин и триптофан) конкурируют с аминокислотами с разветвленной цепью (валин, лейцин и изолейцин) за транспортные системы, переносящие их в головной мозг. При нарушении функции печени, например при циррозе или гепатите, печеночные клетки не могут образовывать достаточное количество ферментов, трансформирующих ароматические аминокислоты, и они начинают накапливаться в крови. Ни к чему хорошему это не приводит. Ароматические аминокислоты, в первую очередь фенинлаланин быстро поглощаются мозгом, где он тормозит активность тирозин-3-монооксигеназы, что затрудняет превращение тирозина в нейротрансмитерры (ДОФА и далее в допамин, адреналин и норадреналин). В результате в головном мозгу накапливаются т.н. ложные трансмиттеры, структурно сходные с нормальными, но значительно менее активные. Это приводит к целому комплексу нервно-психических нарушений, т.е. головной мозг травится избытком фенилаланина.

Фенилкетонурия

Фенилкетонурия — это наследственное заболевание, связанное с нарушением обмена фенилаланина. Передается аутосомнорецессивным путем, т.е. дефектный ген находится не в половых хромосомах, а в соматических, и для проявления болезни необходимо, чтобы у больного оба гена были дефектны, вероятность чего увеличивается при близкородственных браках. Генетически различают около 400 мутаций соответствующего гена. Распространенность в мире 1 случай на 6-10 тысяч новорожденных, в Европе —  1 случай на 4 тысячи новорожденных.

В основе заболевания лежит недостаточность синтеза фермента, перегоняющего фенилаланин в тирозин, в результате чего в крови накапливается свободный фенилаланин и продукты его аномальных превращений. Эти вещества отравляют мозг, возникает тяжелое прогрессирующее слабоумие, часто сопровождающее судорогами.

Высокий уровень фенилаланина в сыворотке крови угнетает транспорт других аминокислот через гемато-энцефалический барьер и захват их клетками головного мозга. Скорости транспорта других аминокислот могут быть вдвое ниже нормы, т.е клеткам головного мозга не хватает строительного материала для нормальной работы, что объясняет клиническую картину заболевания.

Диагноз ставят на основании определения фенилаланина в сыворотке крови, причем чем раньше, тем лучше для ребенка и его родителей. Лечения данного заболевания не существует, ибо на современном уровне развития медицины заменить поврежденный ген на здоровый не представляется возможным. Однако если ребенка кормить специальными смесями, не содержащими фенилаланин, то можно избежать страшных последствий в виде слабоумия и т.д.

Ранними симптомами заболевания являются:

• Повышенная возбудимость: ребенок постоянно кричит, его невозможно успокоить
• Двигательная гиперактивность
• Запах плесени от мочи и пота, «мышиный» запах от тела
• У 25% детей наблюдаются судороги
• Более светлый фенотип по сравнению со здоровыми братьями\сестрами: белокурые волосы, светлая кожа, светлая радужка глаз.
• С 3-4 месяцев развивается апатия, сигнализируя об органическом повреждении клеток головного мозга, что впоследствии проявится слабоумием.

Обратного развития заболевания не происходит, т.е. те симптомы, которые уже развились, останутся, поэтому важно как можно раньше определить наличие заболевания и начать вскармливать новорожденного специальными смесями. Грудное молоко для таких детей опасно.

Рацион больного ребенка строят по принципу резкого ограничения фенилаланина, поступающего с пищей. С этой целью исключают белковые продукты. Молоко, овощи, фрукты вводятся в диету на основании подсчета содержания в них фенилаланина. Разработаны и используются специальные безбелковые продукты на основе пшеничного и кукурузного крахмала, безбелковые овощные и ягодные пищевые добавки. Диетическое лечение проводят под строгим контролем содержания фенилаланина в сыворотке крови в пределах 3-6 мг%. Отмену диетического лечения рекомендуют не ранее 10-летнего возраста. Концентрация фенилаланиана после отмены диетического лечения не должна превышать 16 мг%.

При рациональной диетотерапии сохранение патологических метаболитов фенилаланина и тирозина в крови и моче свидетельствует о резистентности к диетическому лечению и неблагоприятном прогнозе психического развития больного. В этом случае проводят дифференциальную  диагностику вариантных форм фенилкетонурии.

В случае ранней постановки диагноза и правильной диеты, исключающей фенилаланин, ребенок вырастает без серьезных отклонений в развитии. С возрастом больной переходит на менее строгую диету, ибо скорость обменных процессов в клетках головного мозга снижается, и токсическое действие фенилаланина также снижается, однако эти люди всю жизнь вынуждены придерживаться ограничений в питании, в т.ч. воздерживаться от употребления сладких газированных напитков, которые содержат аспартам в качестве подсластителя.

На всех бутылках сладких газированных напитков, содержащих аспартам, написано предупреждение: «не употреблять больным фенилкетонурией». Аспартам в организме распадается на аспарагиновую кислоту и фенилаланин, именно поэтому больным данным заболеванием нельзя употреблять эти продукты. Люди с фенилкетонурией знают о своем заболевании, ибо диагноз ставится в младенчестве.

Вывод

Сам по себе фенилаланин, содержащийся в пищевых продуктах, необходим для нормальной жизнедеятельности организма, ибо является веществом, из которого организм строит свои белки, а  также множество важных и нужных соединений. Однако фармакологические препараты, содержащие фенилаланин, применяются по строгим показаниям и назначаются квалифицированным специалистом – врачом. При наследственном заболевании – фенилкетонурии, организм не способен перерабатывать фенилаланин из-за отсутствия фермента гидроксилазы, и для данных людей фенилаланин является токсичным соединением.

Продолжение здесь: Биологическая роль фенилаланина