Alanīns: uzbūve un loma organismā

Alanīna struktūru visvieglāk saprast, uzzīmējot to no centra uz āru. Centrā atrodas alfa oglekļa atoms. Uz vienu pusi no tā stiepjas karboksilgrupa, uz otru aminogrupa, uz trešo vienkāršs ūdeņraža atoms un uz ceturto metilgrupa.

Tā kā visas četras grupas pie alfa oglekļa ir atšķirīgas, šis atoms ir hirāls, tas ir, molekula pastāv divos spoguļattēla variantos. Tos apzīmē kā L un D. Cilvēka un visu pārējo dzīvo organismu olbaltumvielās iekļaujas tikai L alanīns. D alanīns dabā nav retums, bet to izmanto baktērijas savas šūnapvalka peptidoglikāna saišu veidošanai, un tieši šī atšķirība ir viens no mērķiem, uz kuru vērstas dažas antibiotikas.

1. Uzzīmē centrālo oglekļa atomu.
2. Pievieno karboksilgrupu COOH, kas fizioloģiskā vidē atdod protonu.
3. Pievieno aminogrupu NH2, kas fizioloģiskā vidē protonu pievieno.
4. Pievieno ūdeņraža atomu.
5. Ceturtajā saitē pievieno metilgrupu CH3, kas ir alanīna sānu ķēde.
6. Pārbaudi telpisko izkārtojumu: dzīvajā olbaltumvielā tā vienmēr ir L konfigurācija.

Olbaltumvielas trīsdimensiju forma veidojas, ķēdei salokoties tā, lai hidrofobās sānu ķēdes paslēptos molekulas iekšienē prom no ūdens, bet polārās un lādētās paliktu uz virsmas. Alanīns ar savu mazo metilgrupu ir viegli iekļaujams gan vienā, gan otrā vidē, bet visbiežāk tas atrodams tieši iekšējā, hidrofobajā kodolā vai saskarē ar membrānas lipīdiem.

Alanīns ir arī viena no aminoskābēm, kas vislabāk atbalsta alfa spirāles veidošanos. Sānu ķēde ir pietiekami maza, lai netraucētu blakus esošajiem vijumiem, un pietiekami stingra, lai neatļautu ķēdei pārmērīgu brīvību. Turpretī prolīns spirāli lauž, bet glicīns to padara pārāk lokanu.

Praksē tas nozīmē: ja olbaltumvielā kāda aminoskābe mutācijas dēļ nomainīta pret alanīnu, funkcija bieži pazūd nevis tāpēc, ka alanīns ko sabojātu, bet tāpēc, ka pazūd iepriekšējās sānu ķēdes darbs.

Tieši tāpēc olbaltumvielu secībā alanīns bieži parādās transmembrānu posmos, kur ķēde šķērso šūnas membrānas lipīdu slāni. Tur polāras vai lādētas sānu ķēdes būtu enerģētiski neizdevīgas, bet metilgrupa jūtas kā mājās.

Alanīna īpašības kļūst saprotamas tikai salīdzinājumā. Blakus tam ir glicīns, kuram sānu ķēdes vietā ir tikai ūdeņradis, un valīns ar leicīnu, kuriem sānu ķēde ir lielāka un izteikti hidrofoba. Atsevišķi stāv beta alanīns, kas struktūras ziņā ir pavisam cita molekula.

Alanīns pieder aizvietojamām jeb neesenciālām aminoskābēm. Tas nozīmē, ka pat tad, ja uzturā tā ir maz, šūnas to var izveidot pašas. Galvenais avots ir piruvāts, glikolīzes gala produkts, kuram fermentatīvi pievieno aminogrupu.

Reakciju katalizē alanīna aminotransferāze, saīsināti ALAT vai ALT, un tā ir atgriezeniska. Muskulī reakcija norit virzienā uz alanīna veidošanos, aknās pretējā virzienā. Tieši šī ferments ir tas pats, ko mēra parastajās aknu asins analīzēs, jo, bojājoties hepatocītiem, tas nonāk asinīs.

Uzturā alanīns atrodams praktiski visās olbaltumvielām bagātās pārtikas grupās, un pārtikas tehnoloģijā tam piemīt viegli salkana garša.

Svarīgi saprast, ka jēdziens „aizvietojamā aminoskābe" nenozīmē „nesvarīga". Tas nozīmē tikai to, ka organismam ir sintēzes ceļš. Smagā slimībā, apdegumos vai pēc plašas operācijas dažas aizvietojamās aminoskābes kļūst nosacīti neaizvietojamas, jo vajadzība pārsniedz sintēzes iespējas, un šādos gadījumos uztura atbalstu plāno ārsts kopā ar uztura speciālistu.

Strādājošs skeleta muskulis sadala olbaltumvielas un aminoskābes, un no tām atbrīvojas amonjaks, kas šūnai ir toksisks. Muskulis šo slāpekli nevar pārvērst urīnvielā, jo attiecīgais cikls norit aknās. Risinājums ir piesaistīt aminogrupu piruvātam un izvadīt asinsritē drošā formā, tas ir, kā alanīnu.

Aknās notiek pretējais: alanīnam aminogrupu noņem, slāpekli novirza urīnvielas ciklam, bet atlikušo piruvātu izmanto glikoneoģenēzē. Jaunizveidotā glikoze atgriežas asinsritē un var nonākt atpakaļ muskulī. Šo apriti sauc par glikozes un alanīna ciklu vai Kahila ciklu.

Cikls kļūst īpaši aktīvs badošanās laikā, ilgstošā fiziskā slodzē un smagā slimībā, kad organisms izjauc muskuļu olbaltumvielas, lai uzturētu glikozes līmeni. Tas daļēji izskaidro, kāpēc ilgstoši gultā guļošs vai smagi slims cilvēks strauji zaudē muskuļu masu.

• Muskulī: piruvāts plus aminogrupa dod alanīnu.
• Asinīs: alanīns ir netoksisks slāpekļa transporta veids.
• Aknās: alanīns atdod aminogrupu urīnvielas ciklam.
• Aknās: atlikušais piruvāts kļūst par glikozi.
• Glikoze atgriežas muskulī kā enerģijas avots.

Beta alanīnā aminogrupa piesaistīta nevis alfa, bet beta oglekļa atomam. Sekas ir būtiskas: molekula vairs neiekļaujas olbaltumvielu ķēdē un nav hirāla. Tā vietā beta alanīns kalpo par būvelementu dipeptīdam karnozīnam, kas atrodams skeleta muskulī, un ietilpst pantotēnskābes jeb B5 vitamīna sastāvā.

Sporta uztura bagātinātājos pārdotais beta alanīns nav tas pats, kas alanīns, lai gan nosaukums ir līdzīgs. Viena labi zināma un nekaitīga tā blakusparādība ir pārejoša tirpšanas sajūta ādā. Uztura bagātinātāju lietošana tomēr jāpārrunā ar ārstu, ja cilvēks lieto medikamentus vai viņam ir nieru slimība.

Atsevišķi alanīna līmeni asinīs ikdienas praksē nemēra, jo tas pats par sevi maz ko pasaka. Diagnostisku vērtību iegūst vai nu aminoskābju profils kopumā, vai fermenti, kas ar alanīna vielmaiņu saistīti.

Aminoskābju koncentrāciju asins plazmā vai urīnā nosaka ar jonu apmaiņas hromatogrāfiju vai, mūsdienās biežāk, ar šķidruma hromatogrāfiju kopā ar masspektrometriju. Šādu izmeklējumu neveic ikdienā; to nozīmē tad, kad ir aizdomas par iedzimtu vielmaiņas slimību.

Jaundzimušo skrīninga programmās asins pilienā nosaka vairāku aminoskābju līmeni, lai laikus atklātu vielmaiņas traucējumus. Latvijā jaundzimušo skrīnings ir valsts nodrošināts, un paraugu ņem pirmajās dzīves dienās.

Klīniskajā praksē daudz biežāk sastopamais rādītājs tomēr ir ALAT aktivitāte serumā. Paaugstināts ALAT norāda uz aknu šūnu bojājumu, bet tā cēloni nosaka ārsts kopā ar citiem rādītājiem un attēldiagnostiku, visbiežāk vēdera dobuma ultrasonogrāfiju. Pašam interpretēt atsevišķu analīžu skaitli nevajadzētu.

Bioķīmijā plaši izmanto paņēmienu, ko sauc par alanīna skenēšanu. Pētnieki pēc kārtas nomaina katru olbaltumvielas aminoskābi pret alanīnu un skatās, kurā vietā funkcija pazūd. Loģika ir vienkārša: alanīns saglabā galveno ķēdi neskartu, bet noņem sānu ķēdes ķīmisko darbu.

Tā izdodas noteikt, kuras konkrētās aminoskābes veido fermenta aktīvo centru vai saistīšanās vietu ar citu molekulu. Šis triks ir viens no iemesliem, kāpēc alanīns bioķīmijas literatūrā parādās daudz biežāk, nekā varētu gaidīt no tik nepretenciozas molekulas.

Vēl viena mazāk zināma detaļa: zīdtārpiņa zīda pavedienā alanīns kopā ar glicīnu veido regulāras atkārtojošās sekvences, kas ļauj ķēdēm sakārtoties blīvās loksnēs. Tieši šī molekulārā vienkāršība dod zīdam tā stiprību.