Fenilalanina

Fenilalanina (símbolo Phe o F) es un α-aminoácido esencial con la fórmula C
₉H
₁₁NO
_². Puede verse como un grupo bencilo sustituido por el grupo metilo de la alanina, o un grupo fenilo en lugar de un hidrógeno terminal de alanina. Este aminoácido esencial se clasifica como neutro y no polar debido a la naturaleza inerte e hidrófoba de la cadena lateral de bencilo. El isómero L se utiliza para formar bioquímicamente proteínas codificadas por el ADN. La fenilalanina es un precursor de la tirosina, los neurotransmisores monoamina dopamina, la norepinefrina (noradrenalina) y la epinefrina (adrenalina) y el pigmento de la piel melanina. Está codificado por los codones UUU y UUC.

La fenilalanina se encuentra naturalmente en la leche de los mamíferos. Se utiliza en la fabricación de alimentos y bebidas y se vende como suplemento nutricional por sus efectos analgésicos y antidepresivos. Es un precursor directo del neuromodulador fenetilamina, un suplemento dietético de uso común. Como aminoácido esencial, la fenilalanina no se sintetiza de novo en humanos y otros animales, quienes deben ingerir fenilalanina o proteínas que contienen fenilalanina.

Historia

La primera descripción de la fenilalanina se realizó en 1879, cuando Schulze y Barbieri identificaron un compuesto con la fórmula empírica C₉H₁₁NO_{2, en plántulas de chocho amarillo (Lupinus luteus). En 1882, Erlenmeyer y Lipp sintetizaron por primera vez fenilalanina a partir de fenilacetaldehído, cianuro de hidrógeno y amoníaco.}

El codón genético para la fenilalanina fue descubierto por primera vez por J. Heinrich Matthaei y Marshall W. Nirenberg en 1961. Demostraron que mediante el uso de ARNm para insertar múltiples repeticiones de uracilo en el genoma de la bacteria E. coli, podrían hacer que la bacteria produzca un polipéptido que consta únicamente de aminoácidos de fenilalanina repetidos. Este descubrimiento ayudó a establecer la naturaleza de la relación de codificación que vincula la información almacenada en el ácido nucleico genómico con la expresión de proteínas en la célula viva.

Fuentes dietéticas

Buenas fuentes de fenilalanina son los huevos, el pollo, el hígado, la carne de res, la leche y la soja. Otra fuente común de fenilalanina es cualquier cosa endulzada con el edulcorante artificial aspartamo, como bebidas dietéticas, alimentos dietéticos y medicamentos; el metabolismo del aspartamo produce fenilalanina como uno de los metabolitos del compuesto.

Recomendaciones dietéticas

La Junta de Alimentos y Nutrición (FNB, por sus siglas en inglés) del Instituto de Medicina de los EE. UU. estableció cantidades diarias recomendadas (RDA, por sus siglas en inglés) de aminoácidos esenciales en 2002. Para fenilalanina más tirosina, para adultos a partir de los 19 años, 33 mg/kg de peso corporal/ día.

Otras funciones biológicas

L-Fenilalanina se convierte biológicamente en L-tirosina, otro de los aminoácidos codificados por ADN. L-tirosina a su vez se convierte en L-DOPA, que luego se convierte en dopamina, norepinefrina (noradrenalina) y epinefrina (adrenalina). Los últimos tres se conocen como las catecolaminas.

La fenilalanina utiliza el mismo canal de transporte activo que el triptófano para cruzar la barrera hematoencefálica. En cantidades excesivas, la suplementación puede interferir con la producción de serotonina y otros aminoácidos aromáticos, así como con el óxido nítrico debido al uso excesivo (eventualmente, disponibilidad limitada) de los cofactores asociados, hierro o tetrahidrobiopterina. Las enzimas correspondientes a esos compuestos son la familia de las hidroxilasas de aminoácidos aromáticos y la óxido nítrico sintasa.

Vías biosintéticas para las catecolaminas y las aminas traza en el cerebro humano L-Phenylalanine L-Tyrosine L-DOPA Epinefrina Phenethylamine p-Tyramine Dopamina Norepinefrina N-Methylphenethylamine N-Methyltyramine p-Octopamina Sinefrina 3-Methoxytyramine AADC AADC AADC primaria sendero PNMT PNMT PNMT PNMT AAAH AAAH cerebro CYP2D6 menor sendero COMT DBH DBH La fenilalanina en humanos puede ser metabolizada en una gama de diferentes sustancias.

En plantas

La fenilalanina es el compuesto de partida utilizado en la síntesis de flavonoides. El lignano se deriva de la fenilalanina y de la tirosina. La fenilalanina se convierte en ácido cinámico por la enzima fenilalanina amoníaco-liasa.

Biosíntesis

La fenilalanina se biosintetiza a través de la ruta de Shikimate.

Fenilcetonuria

El trastorno genético fenilcetonuria (PKU) es la incapacidad de metabolizar la fenilalanina debido a la falta de la enzima fenilalanina hidroxilasa. Las personas con este trastorno se conocen como "fenilcetonúricos" y deben regular su ingesta de fenilalanina. Los fenilcetonúricos a menudo utilizan análisis de sangre para controlar la cantidad de fenilalanina en la sangre. Los resultados de laboratorio pueden informar los niveles de fenilalanina usando mg/dL y μmol/L. Un mg/dL de fenilalanina equivale aproximadamente a 60 μmol/L.

Una (rara) "forma variante" de fenilcetonuria llamada hiperfenilalaninemia es causada por la incapacidad de sintetizar un cofactor llamado tetrahidrobiopterina, que puede complementarse. Las mujeres embarazadas con hiperfenilalaninemia pueden mostrar síntomas similares al trastorno (niveles altos de fenilalanina en la sangre), pero estos indicadores generalmente desaparecerán al final de la gestación. Las mujeres embarazadas con PKU deben controlar sus niveles de fenilalanina en sangre incluso si el feto es heterocigoto para el gen defectuoso porque el feto podría verse afectado negativamente debido a la inmadurez hepática.

Una fuente no alimentaria de fenilalanina es el edulcorante artificial aspartamo. Este compuesto es metabolizado por el cuerpo en varios subproductos químicos, incluida la fenilalanina. Los problemas de descomposición que tienen los fenilcetonúricos con la acumulación de fenilalanina en el cuerpo también ocurren con la ingestión de aspartamo, aunque en menor grado. En consecuencia, todos los productos en Australia, EE. UU. y Canadá que contienen aspartamo deben estar etiquetados: "Fenilcetonúricos: Contiene fenilalanina." En el Reino Unido, los alimentos que contienen aspartamo deben tener paneles de ingredientes que hagan referencia a la presencia de "aspartamo o E951" y deben estar etiquetados con una advertencia "Contiene una fuente de fenilalanina." En Brasil, la etiqueta "Contém Fenilalanina" (portugués para "Contiene fenilalanina") también es obligatorio en los productos que la contienen. Estas advertencias se colocan para ayudar a las personas a evitar dichos alimentos.

D-, L- y DL-fenilalanina

El estereoisómero D-fenilalanina (DPA) se puede producir mediante síntesis orgánica convencional, ya sea como un solo enantiómero o como componente de la mezcla racémica. No participa en la biosíntesis de proteínas, aunque se encuentra en las proteínas en pequeñas cantidades, especialmente en las proteínas envejecidas y en las proteínas de los alimentos que han sido procesadas. Las funciones biológicas de los aminoácidos D siguen sin estar claras, aunque la D-fenilalanina tiene actividad farmacológica en el receptor 2 de niacina.

DL-Fenilalanina (DLPA) se comercializa como suplemento nutricional por sus supuestas actividades analgésicas y antidepresivas, que han sido respaldadas por ensayos clínicos. DL-Fenilalanina es una mezcla de D-fenilalanina y L-fenilalanina. La supuesta actividad analgésica de la DL-fenilalanina puede explicarse por el posible bloqueo por parte de la D-fenilalanina de la degradación de la encefalina por la enzima carboxipeptidasa A. Las encefalinas actúan como agonistas de las enzimas mu y Se sabe que los receptores opioides delta y los agonistas de estos receptores producen efectos antidepresivos. El mecanismo de la supuesta actividad antidepresiva de DL-fenilalanina también puede explicarse en parte por el papel precursor de L-fenilalanina en la síntesis de los neurotransmisores norepinefrina y dopamina, aunque los ensayos clínicos no han encontrado un efecto antidepresivo de L-fenilalanina sola. Se cree que los niveles elevados de norepinefrina y dopamina en el cerebro tienen un efecto antidepresivo. La D-fenilalanina se absorbe en el intestino delgado y se transporta al hígado a través de la circulación portal. Una pequeña cantidad de D-fenilalanina parece convertirse en L-fenilalanina. D-Fenilalanina se distribuye a los diversos tejidos del cuerpo a través de la circulación sistémica. Parece cruzar la barrera hematoencefálica con menos eficacia que la L-fenilalanina, por lo que una pequeña cantidad de una dosis ingerida de D-fenilalanina se excreta en la orina sin penetrar el sistema nervioso central

L-Fenilalanina es un antagonista de los canales de calcio α2δ Ca²⁺ con una K_i de 980 nM.

En el cerebro, L-fenilalanina es un antagonista competitivo en el sitio de unión de glicina del receptor NMDA y en el sitio de unión de glutamato del receptor AMPA. En el sitio de unión de glicina del receptor NMDA, L-fenilalanina tiene una constante de disociación de equilibrio aparente (K_B) de 573 μM estimada por regresión de Schild, que es considerablemente más baja que la del cerebro L-fenilalanina observada en fenilcetonuria humana no tratada. La L-fenilalanina también inhibe la liberación de neurotransmisores en las sinapsis glutamatérgicas del hipocampo y la corteza con una IC50 de 980 μM, una concentración cerebral que se observa en la fenilcetonuria clásica, mientras que la D-fenilalanina tiene una concentración significativamente menor efecto.

Síntesis comercial

L-Fenilalanina se produce para aplicaciones médicas, alimentarias y nutricionales, como el aspartamo, en grandes cantidades mediante la utilización de la bacteria Escherichia coli, que produce naturalmente aminoácidos aromáticos ácidos como la fenilalanina. La cantidad de L-fenilalanina producida comercialmente se ha incrementado mediante la ingeniería genética de E. coli, como por ejemplo alterando los promotores reguladores o amplificando el número de genes que controlan las enzimas responsables de la síntesis del aminoácido.

Derivados

La borofenilalanina (BPA) es un derivado dihidroxiborilo de la fenilalanina, utilizado en la terapia de captura de neutrones.

4-Azido-L-fenilalanina es un aminoácido no natural incorporado en proteínas que se utiliza como herramienta para la bioconjugación en el campo de la biología química.