Proliin (süstemaatiline nimetus pürrolidiin-2-karboksüülhape) on looduslik aminohape, mis on ainsana tsükliline ja sisaldab aminorühma asemel sekundaarset amiini. Looduses esineb proliin L-isomeerina ehk S-isomeerina ning valkude koostises leiduvat proliinijääki (tähistatakse Pro või P) kodeerivadDNA tasemel nukleotiidijärjestused, mis algavad nukleotiididega CC (st CCA, CCC, CCG või CCT).[1][2]
Täiskasvanud inimeste organism suudab proliini toota teisest aminohappest (L-glutamaadist ehk L-glutamiinhappest), mistõttu ei kuulu proliin asendamatute aminohapete hulka.[3]
Struktuuri iseärasustest tingitud eriomadused valkude koosseisus
Kuna proliini struktuur on tsükliline, siis vaba pöörlemine lämmastiku ja alfa-süsiniku vahelise üksiksideme ümber on takistatud. Seetõttu on proliini stabiilsete konformatsioonide arv oluliselt väiksem kui teistel looduslikel aminohapetel. Näiteks varieeruvad nn Ramachandrani graafiku alusel kahetahulise nurga φ väärtused proliinil üsna kitsas vahemikus (−63±15°), samas kui teistel aminohapetel on φ väärtused kahes laiemas vahemikus (−135 kuni −45 ja 45 kuni 90 kraadi). Lisaks proliinile endale limiteerib Pro jääk oma tsüklilise struktuuri tõttu peptiidide koosseisus ka eelneva aminohappejäägi konformatsioonide arvu.[8][9][10]
Teiselt poolt esineb proliinijääke sisaldavates peptiidides väike erinevus peptiidsidemecis- ja trans-konfiguratsiooni stabiilsuses, kui vaadelda peptiidsidet Pro ja sellele eelneva aminohappejäägi vahel. Kui enamikus aminohapetes on trans-konfiguratsioon üle 1000 korra eelistatum, siis Pro sisaldavates peptiidides on trans-konfiguratsiooni esinemise tõenäosus vaid 4 korda suurem. Sellest tingituna esineb Pro sageli valgu struktuuri nendes osades, kus on vajalik ahela järsk pööre, või nendes osades, kus eelnev sekundaarne struktuur, näiteks alfaheeliks või beeta-leht, peab asenduma ilma sekundaarstruktuurita, paindliku aasaga. Seevastu ei osale Pro ise enamasti sekundaarsete struktuuride koosseisus, välja arvatud nn polüproliinheeliksites (vt allpool).[11][12]
Kuigi Pro olemasolu primaarjärjestuses aitab kaasa valkude korrektsele voltumisele, siis valgu primaarjärjestuse sünteesi käigus ribosoomil aeglustab Pro lisamine ahelasse sünteesi. Samuti aeglustub sünteesi järgmise aminohappejäägi lisamine proliinijäägiga lõppeva sünteesitava järjestuse sisse. Sünteesi aeglustumine on tingitud asjaolust, et oma ruumilise struktuuri tõttu ei sobitu tRNA-ga seotud proliin ega valguahelasse lisatud proliin ribosoomi vastavatesse taskutesse, mis raskendab Pro sobivat suunamist muu ahela või uue sissetuleva tRNA-ga seotud aminohappejäägi suhtes.[1]
Samas raskendab Pro ruumiline struktuur proliinijääki sisaldava peptiidahela seondumist proteaasidega, mistõttu Pro sisaldavad peptiidid on üldiselt bioloogiliselt üsna stabiilsed. Elusorganismides ja isegi mõningatel viirustel on aga olemas spetsialiseerunud proteaasid, mis keskenduvad just Pro-sisaldavate peptiidsidemete lagundamisele.[13][14][15]
Polüproliinheeliks
Polüproliinheeliks (PP) on spiraalikujulineL-Pro jääkidest koosnev sekundaarne struktuur, millel eristatakse kaht tüüpi: nn paremakäelist PP-I, mis on vähem levinud ja kus Pro vaheline peptiidside on süstemaatiliselt cis-konfiguratsioonis, ning nn vasakukäelist PP-II, mis on levinum ja kus Pro vaheline peptiidside on süstemaatiliselt trans-konfiguratsioonis. Valguheeliksi käelisust määratakse vastavalt sellele, kas heeliksi voltumine N-terminaali poolt C-terminaali poole liikudes toimub kellaosuti liikumise suunas (paremakäeline) või vastu kellaosuti liikumise suunda (vasakukäeline). PP on struktuurselt jäik ja hästi defineeritud geomeetriaga: iga lisatud Pro kohta kasvab spiraali pikkus 3,1 Å võrra. Kuigi PP-d leidub ka looduslikes valkudes, kasutatakse seda sageli n-ö kunstlikult disainitud geneetiliselt kodeeritud konstruktides, kui eesmärk on jäigalt fikseerida konstrukti N- ja C-terminaali vahekaugused. Näiteks kasutatakse PP-d koos külgnevate fluorestseeruvate valkudega sageli Försteri raadiuse hindamiseks.[16][17][18]
Proliini levinuim translatsioonijärgne modifikatsioon on hüdroksüülimine, mille käigus ensüümid hüdroksülaasid lisavad hüdroksüülrühma proliini tsükli koosseisu kuuluvale süsinikule, muutes selle ühtlasi kiraalseks. Hüdroksüülimise levinuim saadus on (2S,4R)-4-hüdroksüproliin, mis on eriti oluline valgu kollageeni koosseisus. Nimelt stabiliseerib hüdroksüproliini olemasolu oluliselt kollageenile iseloomulikku kolmest heeliksist koosnevat struktuuri ja seda ka füsioloogilisel temperatuuril. Proliini hüdroksüülimine toimub endoplasmaatilises retiikulumis, enne kui kollageeni ahelad „pakendatakse“ kolmikheeliksiks.[21][22][23]
Leidumine organismides ja seos patoloogiliste seisunditega
Proliini hüdroksüülitud vorm kuulub kollageeni koostisse, mis on kõigis loomades leiduv ja organismis rohkesti esindatud valk, olles sidekoe põhikomponent. Kollageenil on unikaalne struktuur, milles konformatsiooniliselt piiratud proliinijäägid vahelduvad konformatsiooniliselt paindlike glütsiinijääkidega. Kombinatsioonis kudede biomineraliseerituse erineva määraga võimaldab kollageen saavutada kompromissi tugevuse, jäikuse ja elastsuse vahel, mis on vajalik just vaadeldava koe või elundi (nt luude, naha, kõhrede) funktsioonide täitmiseks.[24][25]
Analoogiliselt kuulub proliinijääk taimedes rakukesta moodustavate struktuursete valkude koostisse. Lisaks on avastatud, et vaba aminohappena on proliinil nn osmolüütne efekt, st see aitab taimel kohaneda keskkonna muutuva osmoossusega. Nii suureneb proliini sisaldus taimedes osmootse šoki järel, näiteks põua tingimustes. Suure proliinisisaldusega on ka taimede seemned ja õietolm, kus veesisaldus on samuti väike ning tuleb kaitsta teisi molekule n-ö kokkukleepumise (agregeerumise) eest.[26][27][28]
DNA tasemel tekkinud vead, mis peegelduvad mRNA nukleotiidjärjestuses ja edaspidi ka valgu aminohappelises järjestuses, võivad olla rohkem või vähem patogeensete tulemustega olenevalt sellest, kui palju muutub valgu võime täita oma rolli organismis. Inimpatoloogiate kontekstis on näidatud, et Pro kodeerivad nukleotiidijärjestused (CCX, kus X tähendab suvalist nukleotiidijääki) asenduvad kas seriinijäägi (kodeeriv järjestus TCX), arginiinijäägi (kodeeriv järjestus CGX) või sagedamini leutsiinijäägiga (kodeeriv järjestus CTX). Nii Ser, Arg kui ka Leu on keemilistelt omadustelt proliinist oluliselt erinevad. Ka vastupidised mutatsioonid, mille tulemusena tekib Pro (näiteks Ser → Pro, Arg → Pro ja Leu → Pro), on patogeensed.[29]
Seoses proliini puuduliku lagundamisega eristatakse omaette haiguste rühma hüperprolineemiaid, mille korral patsiendi organismis proliini kuhjub. Esimest tüüpi hüperprolineemia on tingitud mutatsioonidest geenisPRODH, mis oksüdeerib proliini pürroliin-5-karboksülaadiks. Teist tüüpi hüperprolineemia on tingitud mutatsioonidest geenis ALDH4A1, mis muundab pürroliin-5-karboksülaadi glutamaadiks. Mõlemad hüperprolineemiad on autosoomsedretsessiivsed haruldased haigused, mis võivad kulgeda sümptomiteta, kuid rasketel juhtudel põhjustavad neuroloogilisi probleeme ja neerupuudulikkust.[30][31][32]
Tänu proliini võimele takistada valkude agregeerumist on seda kasutatud ravimite koostises ka vaba aminohappe vormis, stabiliseeriva abiainena.[37][38]
Seoses proliini olulise rolliga kollageeni struktuuri moodustamisel ja hoidmisel kasutatakse proliini laialdaselt ka toidulisandina, et nahk ja kõhred paraneksid kiiremini.[39]
Kuna proliini sisaldavad peptiidid on suhteliselt stabiilsed tüüpiliste proteaaside juuresolekul ja säilitavad hästi oma ruumilist struktuuri ka füsioloogilisel temperatuuril, on teiste aminohappejääkide asendamist proliiniga pakutud strateegiana denaturatsiooni ja lagundamise suhtes stabiilsete ensüümide disainil.[40]
↑Sanchez Russo, Rossana L.; Wilcox, William R. (1. jaanuar 2021), Pyeritz, Reed E.; Korf, Bruce R.; Grody, Wayne W. (toim-d), "3 – Amino Acid Metabolism", Emery and Rimoin's Principles and Practice of Medical Genetics and Genomics (Seventh Edition), Academic Press, lk 49–104, ISBN978-0-12-812535-9, vaadatud 12. detsembril 2023
↑Plecko, Barbara; Steinfeld, Robert (1. jaanuar 2017), Swaiman, Kenneth F.; Ashwal, Stephen; Ferriero, Donna M.; Schor, Nina F. (toim-d), "46 – Disorders of Vitamin Metabolism", Swaiman's Pediatric Neurology (Sixth Edition), Elsevier, lk 373–382, ISBN978-0-323-37101-8, vaadatud 12. detsembril 2023