فالين: الخصائص ، الوظائف ، الأطعمة الغنية ، الفوائد - مادة الاحياء - 2026

و حمض أميني أساسي ينتمي إلى الأحماض الأمينية 22 التعرف على مكونات "الأساسية" للبروتينات. يتم التعرف عليه بالاختصار "Val" وبالحرف "V". لا يمكن تصنيع هذا الحمض الأميني من قبل جسم الإنسان ، لذلك فهو مصنف في مجموعة الأحماض الأمينية الأساسية التسعة للبشر.

تحتوي العديد من البروتينات الكروية على جزء داخلي غني بمخلفات الفالين والليوسين ، حيث يرتبط كلاهما بتفاعلات كارهة للماء وهما ضروريان لطي الهيكل والتشكيل ثلاثي الأبعاد للبروتينات.

التركيب الكيميائي للحمض الأميني فالين (المصدر: كلافيسين عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تمت تنقية Valine لأول مرة في عام 1856 بواسطة V. Grup-Besanez من مستخلص مائي من البنكرياس. ومع ذلك ، صاغ إي فيشر اسم "فالين" في عام 1906 ، عندما تمكن من تصنيعه بشكل مصطنع ولاحظ أن تركيبته تشبه إلى حد بعيد تركيب حمض الفاليريك الموجود في النباتات المعروفة باسم "فاليريان".

فالين هو أحد الأحماض الأمينية الموجودة في مواضع محفوظة في بعض البروتينات المشتركة بين الفقاريات ، على سبيل المثال ، في الموضع 80 من السيتوكروم الفقاري C ، والليوسين ، والفالين ، والإيزولوسين ، والميثيونين بنفس الترتيب.

في الأنسجة أو المواد الحيوية ذات الخصائص المقاومة والصلبة والمرنة مثل الأربطة والأوتار والأوعية الدموية والخيوط أو أنسجة العنكبوت ، توجد كميات كبيرة من الفالين ، والتي توفر المرونة والمقاومة بفضل تفاعلاتها الكارهة للماء مع الأحماض الأمينية الأخرى.

يؤدي استبدال بقايا الغلوتامات إلى بقايا فالين في سلسلة β من الهيموجلوبين ، وهو البروتين المسؤول عن نقل الأكسجين عبر الدم ، إلى تكوين ضعيف في بنية البروتين ، مما يؤدي إلى ظهور الهيموجلوبين "S".

تسبب هذه الطفرة فقر الدم المنجلي أو مرض فقر الدم المنجلي ، وهي حالة مرضية تكتسب فيها خلايا الدم الحمراء شكل هلال أو منجل مميز ، مما يميزها عن خلايا الدم الطبيعية ، بمظهر مستدير ومسطّح.

تحتوي بعض مبيدات الأعشاب الأكثر استخدامًا اليوم على سلفونيل يوريا وميثيل سلفوميتورون كمركبات نشطة ، والتي تتسبب في تلف إنزيم سينثيز أسيتولاكتات ، وهو أمر ضروري للخطوة الأولى لتخليق الفالين والليوسين والإيزولوسين. يمنع الضرر الذي تسببه هذه المبيدات الحشائش والأعشاب الضارة من النمو بشكل طبيعي.

مميزات

فالين حمض أميني بهيكل عظمي من خمسة كربون وينتمي إلى مجموعة الأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية الأليفاتية. إن طابعه الكارثي للماء يمكن مقارنته مع فينيل ألانين ، ليسين وإيزولوسين.

تُعرف الأحماض الأمينية التي تمتلك سلاسل هيدروكربونية في مجموعات R أو سلاسل جانبية في الأدبيات على أنها أحماض أمينية متفرعة أو متفرعة السلسلة. فالين ، فينيل ألانين ، ليسين ، وإيزولوسين في هذه المجموعة.

بشكل عام ، تُستخدم الأحماض الأمينية في هذه المجموعة كعناصر هيكلية داخلية في تخليق البروتين ، حيث يمكن أن ترتبط ببعضها البعض من خلال التفاعلات الكارهة للماء ، "الهروب" من الماء وإنشاء الطيات الهيكلية المميزة للعديد من البروتينات.

يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 117 جم / مول ، وبما أن المجموعة R أو السلسلة الجانبية عبارة عن هيدروكربون متفرع ، فلا توجد شحنة لها ووفرة نسبية في هياكل البروتين تزيد قليلاً عن 6٪.

بناء

يشترك Valine في الهيكل العام والمجموعات الكيميائية النموذجية الثلاث لجميع الأحماض الأمينية: مجموعة الكربوكسيل (COOH) ، والمجموعة الأمينية (NH2) ، وذرة الهيدروجين (-H). في المجموعة R أو السلسلة الجانبية لها ثلاث ذرات كربون تمنحها خصائص كارهة للماء.

كما هو الحال بالنسبة لجميع المركبات الكيميائية المصنفة على أنها "أحماض أمينية" ، يحتوي الفالين على ذرة كربون مركزية تكون مراوانًا وتُعرف باسم α-carbon ، والتي ترتبط بها المجموعات الكيميائية الأربع المذكورة.

اسم IUPAC للحمض الأميني هو 2-3-amino-3-butanoic acid ، لكن بعض الكيميائيين يسمونه أيضًا حمض α-amino valerian وصيغته الكيميائية C5H11NO2.

يمكن العثور على جميع الأحماض الأمينية في شكل D أو L والفالين ليس استثناءً. ومع ذلك ، فإن شكل L-valine أكثر وفرة من شكل D-valine ، وبالإضافة إلى ذلك ، فهو أكثر نشاطًا من الناحية الطيفية من النموذج D.

L-valine هو الشكل المستخدم لتكوين البروتينات الخلوية ، وبالتالي فهو الشكل النشط بيولوجيًا من الاثنين. يقوم بوظائفه كغذاء ، ومغذيات دقيقة للنباتات ، ومستقلب للبشر ، والطحالب ، والخمائر والبكتيريا ، من بين العديد من الوظائف الأخرى.

المميزات

فالين ، على الرغم من كونه أحد الأحماض الأمينية الأساسية التسعة ، لا يلعب دورًا مهمًا بالإضافة إلى مشاركته في تخليق البروتين وكمستقلب في مسار التحلل الخاص به.

ومع ذلك ، فإن الأحماض الأمينية الضخمة مثل الفالين والتيروزين هي المسؤولة عن مرونة الفيبروين ، وهو المكون البروتيني الرئيسي لخيوط الحرير التي تنتجها ديدان أنواع Bombyx mori ، والمعروفة باسم ديدان القز أو دودة القز. شجرة التوت.

تتكون الأنسجة مثل الأربطة والأوعية الدموية الشريانية من بروتين ليفي يعرف باسم الإيلاستين. يتكون هذا من سلاسل متعددة الببتيد مع تسلسلات متكررة من الأحماض الأمينية الجلايسين والألانين والفالين ، مع كون الفالين أهم بقايا فيما يتعلق بتمديد ومرونة البروتين.

يشارك فالين في طرق التوليف الرئيسية للمركبات المسؤولة عن الرائحة المميزة للفواكه. يتم تحويل جزيئات الفالين إلى مشتقات متفرعة ومثيلة للإسترات والكحول.

في صناعة المواد الغذائية

هناك العديد من الإضافات الكيميائية التي تستخدم حمض الفالين مع الجلوكوز للحصول على روائح كريهة في بعض مستحضرات الطهي.

عند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، تتميز هذه المواد المضافة برائحة الجاودار المميزة وعند أكثر من 170 درجة مئوية تنبعث منها رائحة مثل الشوكولاتة الساخنة ، مما يجعلها شائعة في إنتاج الأغذية في صناعة الخبز والمعجنات.

تستخدم هذه المضافات الكيميائية L-valine المركب صناعياً ، لأن تنقيتها من المصادر البيولوجية مرهقة ولا يتم الحصول على درجة النقاء المطلوبة عادة.

التخليق الحيوي

يتم تصنيع جميع الأحماض الأمينية ذات السلسلة المتفرعة مثل الفالين والليوسين والإيزولوسين بشكل أساسي في النباتات والبكتيريا. هذا يعني أن الحيوانات مثل البشر والثدييات الأخرى تحتاج إلى تناول الأطعمة الغنية بهذه الأحماض الأمينية من أجل تلبية متطلباتها الغذائية.

يبدأ التخليق الحيوي للفالين عادةً بنقل ذرتين من الكربون من هيدروكسي إيثيل ثيامين بيروفوسفات إلى بيروفات بواسطة إنزيم أسيتوهيدروكسي اختزال حمض أيزومريك.

يتم اشتقاق ذرتي الكربون من جزيء بيروفات ثانٍ من خلال تفاعل يعتمد على TPP مشابه جدًا لتلك التي يتم تحفيزها بواسطة إنزيم بيروفات ديكاربوكسيلاز ، ولكن يتم تحفيزه بواسطة ديهيدروكسي حمض ديهيدراتاز.

أخيرًا ، يشتمل إنزيم فالين أمينوترانسفيراز على مجموعة أمينية إلى مركب كيتو أسيد الناتج عن نزع الكربوكسيل السابق ، وبالتالي تكوين L- فالين. الأحماض الأمينية ليسين ، إيزولوسين ، وفالين لها تشابه بنيوي كبير ، وذلك لأنها تشترك في العديد من الوسائط والإنزيمات في مساراتها التخليقية الحيوية.

ينظم حمض الكيتو الناتج أثناء التخليق الحيوي لـ L-valine بعض الخطوات الأنزيمية من خلال التغذية الراجعة السلبية أو التنظيم الخيفي في مسار التخليق الحيوي لليوسين والأحماض الأمينية الأخرى ذات الصلة.

هذا يعني أن مسارات التخليق الحيوي يتم تثبيطها بواسطة مستقلب يتم تكوينه فيها والذي ، عند تراكمه ، يعطي للخلايا إشارة محددة تشير إلى أن هناك حمض أميني معين زائد وبالتالي يمكن إيقاف تركيبه.

انحلال

يتم مشاركة خطوات التحلل الثلاث الأولى للفالين في مسار التحلل لجميع الأحماض الأمينية المتفرعة السلسلة.

يمكن أن يدخل Valine في دورة حمض الستريك أو دورة كريبس ليتم تحويله إلى مادة succinyl-CoA. يتكون مسار التحلل من عملية نقل أولية ، يتم تحفيزها بواسطة إنزيم يعرف باسم سلسلة الأحماض الأمينية متفرعة السلسلة aminotransferase (BCAT).

يحفز هذا الإنزيم نقلًا عكسيًا يحول الأحماض الأمينية متفرعة السلسلة إلى أحماض ألفا كيتو المتفرعة السلسلة المقابلة لها.

في هذا التفاعل ، تعد مشاركة زوج الغلوتامات / 2-كيتوجلوتارات أمرًا ضروريًا ، حيث يتلقى 2-كيتوجلوتارات المجموعة الأمينية التي يتم إزالتها من الأحماض الأمينية التي يتم استقلابه وتصبح غلوتامات.

تنتج خطوة التفاعل الأولى لتقويض الفالين 2-كيتوإيزوفاليرات ويرافقها تحويل بيريدوكسال 5-فوسفات (PLP) إلى بيريدوكسامين 5-فوسفات (PMP).

بعد ذلك ، يتم استخدام 2-ketoisovalerate كركيزة لمركب إنزيم الميتوكوندريا ، المعروف باسم سلسلة α-ketoacid dehydrogenase المتفرعة ، والذي يضيف جزءًا CoASH ويشكل isobutyryl-CoA ، والذي يتم نزع الهيدروجين فيما بعد وتحويله إلى methacrylyl-CoA.

تتم معالجة Methacrylyl-CoA في 5 خطوات إنزيمية إضافية تتضمن الترطيب ، وإزالة جزء CoASH ، والأكسدة ، وإضافة جزء CoASH آخر ، وإعادة الترتيب الجزيئي ، وتنتهي بإنتاج succinyl-CoA ، والذي يدخل على الفور الدورة كريبس.

الأطعمة الغنية فالين

البروتينات الموجودة في السمسم أو بذور السمسم غنية بالفالين ، مع ما يقرب من 60 ملغ من الأحماض الأمينية لكل غرام من البروتين. لهذا السبب ، يوصى باستخدام ملفات تعريف الارتباط بالسمسم والكعك والقضبان أو النوجا للأطفال الذين يعانون من نقص في هذا الحمض الأميني.

فول الصويا بشكل عام غني بجميع الأحماض الأمينية الأساسية ، بما في ذلك حمض الفالين. ومع ذلك ، فهي فقيرة في الميثيونين والسيستين. يحتوي بروتين الصويا أو التركيب على هياكل رباعية معقدة للغاية ، ولكن يسهل إذابتها وفصلها إلى وحدات فرعية أصغر في وجود عصارات المعدة.

الكازين ، الذي يوجد عادة في الحليب ومشتقاته ، غني بتسلسلات متكررة من الفالين. مثل بروتين الصويا ، يتم تكسير هذا البروتين بسهولة وامتصاصه في الأمعاء للثدييات.

تشير التقديرات إلى أنه مقابل كل 100 جرام من بروتين الصويا ، يتم تناول 4.9 جرام من فالين ؛ بينما يتم تناول 4.6 مل من الفالين لكل 100 مل من الحليب.

الأطعمة الأخرى الغنية بهذا الأحماض الأمينية هي لحم البقر والأسماك وأنواع مختلفة من الخضار والخضر.

فوائد تناوله

فالين ، مثله مثل جزء كبير من الأحماض الأمينية ، هو حمض أميني جلوكوجينيك ، أي أنه يمكن دمجه في مسار تكوين الجلوكوز ، ويزعم العديد من أطباء الأعصاب أن تناوله يساعد في الحفاظ على الصحة العقلية وتنسيق العضلات وتقليل الإجهاد.

يستهلك العديد من الرياضيين أقراصًا غنية بالفالين ، لأنها تساعد في تجديد الأنسجة ، وخاصة أنسجة العضلات. كونه من الأحماض الأمينية القادرة على الاندماج في تكوين السكر ، فهو يساعد في إنتاج الطاقة ، وهو ليس مهمًا فقط للنشاط البدني ولكن أيضًا للوظيفة العصبية.

تساعد الأطعمة الغنية بالفالين في الحفاظ على توازن مركبات النيتروجين في الجسم. هذا التوازن ضروري لتوليد الطاقة من البروتينات المبتلعة ، لنمو الجسم والشفاء.

يمنع استهلاكه تلف الكبد والمرارة ، كما يساهم في تحسين العديد من وظائف الجسم.

يعد BCAAs أحد المكملات الغذائية الأكثر شيوعًا بين الرياضيين لزيادة حجم العضلات واستعادة العضلات.

يتكون هذا النوع من الأجهزة اللوحية من أقراص بمزيج من الأحماض الأمينية المختلفة ، والتي تشتمل بشكل عام على أحماض أمينية متفرعة السلسلة مثل L-valine و L-isoleucine و L-leucine ؛ كما أنها غنية بفيتامين ب 12 والفيتامينات الأخرى.

أظهرت بعض التجارب التي أجريت على الخنازير أن متطلبات الفالين أعلى بكثير ومحدودة للأمهات أثناء مرحلة الرضاعة ، حيث يساعد هذا الحمض الأميني على إفراز الحليب ويؤدي إلى تحسين معدل نمو الولدان المرضعات.

اضطرابات النقص

الكمية اليومية الموصى بها من الفالين للأطفال الرضع هي حوالي 35 مجم لكل جرام من البروتين المستهلك ، بينما بالنسبة للبالغين تكون الكمية أقل قليلاً (حوالي 13 مجم).

يُعرف المرض الأكثر شيوعًا المتعلق بالفالين وغيره من الأحماض الأمينية متفرعة السلسلة باسم "مرض بول شراب القيقب" أو "كيتو أسيدوريا".

هذه حالة وراثية ناتجة عن خلل في الجينات التي ترمز لإنزيمات نازعة الهيدروجين من α-ketoacids المشتقة من ليسين ، إيزولوسين وفالين ، والتي تعتبر ضرورية لعملية التمثيل الغذائي.

في هذا المرض ، لا يستطيع الجسم استيعاب أي من هذه الأحماض الأمينية الثلاثة عندما يتم الحصول عليها من النظام الغذائي ، لذلك تتراكم الأحماض الكيتونية المشتقة وتُطرد في البول (يمكن أيضًا اكتشافها في مصل الدم وفي السائل النخاعي).

من ناحية أخرى ، تم ربط النظام الغذائي الناقص في الفالين بأمراض عصبية مثل الصرع. يمكن أن يسبب أيضًا فقدان الوزن ، ومرض هنتنغتون ، ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى الإصابة بأنواع معينة من السرطان ، حيث يتم اختراق نظام إصلاح الأنسجة وتخليق الجزيئات الحيوية.

المراجع

1. أبو بكر ، س. (2015). مراجعة الكيمياء الحيوية: المفاهيم والصلات
2. نيلسون ، DL ، Lehninger ، AL ، & Cox ، MM (2008). مبادئ Lehninger للكيمياء الحيوية. ماكميلان.
3. بليمر ، آر إتش إيه ، وفيليبس ، إتش. (1924). تحليل البروتينات. ثالثا. تقدير الهيستيدين والتيروزين بالبروم. مجلة الكيمياء الحيوية ، 18 (2) ، 312
4. بليمر ، RHA (1912). الدستور الكيميائي للبروتينات (المجلد 1). لونجمان ، جرين.
5. توري ، كازو ، وإيتاكا ، واي (1970). التركيب البلوري لـ L-valine. اكتا Crystallographica القسم ب: علم البلورات الإنشائي والكيمياء البلورية ، 26 (9) ، 1317-1326.
6. توستي ، ف. ، بيرتوزي ، ب ، وفونتانا ، إل (2017). الفوائد الصحية لنظام البحر الأبيض المتوسط ​​الغذائي: الآليات الأيضية والجزيئية. مجلات علم الشيخوخة: السلسلة أ ، 73 (3) ، 318-326.