Fmoc-L-脯氨酸的功能以及代谢

简介

Fmoc-L-脯氨酸在动物体内有着重要生理功能与独特的生物活性。Fmoc-L-脯氨酸是一种具有独特生理活性的氨基酸[1]。尽管是非必需氨基酸,但它是胶原特有的氨基酸,其含量可代表胶原的多少。在近一二十年来,营养与免疫学科得到了飞速发展,但反刍家畜的营养与免疫正是起步阶段,且是科学工作者的研究热点。因此,随着动物营养与免疫学的发展, Fmoc-L-脯氨酸特有的生物学作用,在反刍动物生产中的应用研究越来越受到人们的重视。

图1 Fmoc-L-脯氨酸的结构式。

合成

图2 Fmoc-L-脯氨酸的合成路线[2]。

在0℃下，向（S）-吡咯烷-2-羧酸（1 g，8.7 mmol）在1,4-二恶烷（4 mL）和H2O（15 mL）中的溶液中加入K2CO3（3.24 g，23 mmol），然后加入（9H-芴-9-基）氯甲酸甲酯（2.3 g，8.3 mmol）。将混合物在室温下搅拌过夜，并用H2O（10mL）处理。所得混合物用Et2O（2 x 20 mL）萃取。水相用水溶液酸化。HCl（1M）至pH＝2-3，并用DCM（3 x 50 mL）萃取。合并的有机层用无水Na2SO4干燥并浓缩，得到所需产物Fmoc-L-脯氨酸。白色固体，产率（2.8g，95%）。合成路线如图2所示。

图3 Fmoc-L-脯氨酸的合成路线[3]。

将干燥的Rink-NH2树脂（1g）置于30ml小瓶中，倒入3ml 0.46g（3mmol）1-羟基-1H-1,2,3-苯并三唑在1:1 DMF/DCM中的溶液，并使其膨胀10分钟。之后，3-4 ml含有3mmol Fmoc氨基酸和3mmol（0.38g）DIC的1:1 DMF/DM溶液。如果形成沉淀，则加入更多DMF。在轨道振动器上搅拌密封的小瓶15-30小时。反应过程后进行Kaiser试验。通常，对于非支链氨基酸，反应时间为4-5小时，而对于空间拥挤的氨基酸，则为6-9小时。反应完成后，将树脂依次用DMF（3×20ml）、DCM（2×20mL）和MeOH（2×10ml）洗涤，并在真空烘箱中干燥得到目标化合物Fmoc-L-脯氨酸。合成路线如图3所示。

图4 Fmoc-L-脯氨酸的合成路线[4]。

将L-脯氨酸（1.00克，8.69毫摩尔）悬浮在CH2Cl2（25毫升）中并剧烈搅拌。然后加入TMS Cl（1.50 mL，17.4 mmol）。将反应回流1小时并在冰浴中冷却。然后加入DIEA（3.03mL，17.4mmol）和Fmoc-Cl（1.80g，1.96mmol）。将溶液在0℃下搅拌20分钟，并加热至室温1.5小时。将溶液浓缩并重新溶解在100 mL乙醚和100 mL 2.5%NaHCO3中。用水（2 x 20 mL）洗涤乙醚层。用1N HCl将合并的水层酸化至pH 2，并用EtOAc（3 x 50 mL）萃取，然后用Na2SO4干燥。用EtOAc/己烷重结晶得到2.2 g（75%）Fmoc-L-脯氨酸。白色固体。mp 108-110摄氏度（点亮114-145摄氏度）。合成路线如图4所示。

功能

Fmoc-L-脯氨酸在牛、羊肉品质评定上的应用研究肌肉由肌纤维、肌脂肪和结缔组织构成。Fmoc-L-脯氨酸是结缔组织中胶原蛋白的主要成分之一,其含量决定肌肉胶原蛋白的数量,与嫩度密切相关[5]。牛、羊由于年龄及各部位肌肉的结缔组织比例不同,其肉的嫩度存在着明显差异。国外学者等较早对牛、羊肉中Fmoc-L-脯氨酸和胶原蛋白的含量进行了研究,我国自20世纪90年代后也应用Fmoc-L-脯氨酸开展了鲜牛肉及其制品品质测定与分析。由于Fmoc-L-脯氨酸含量的测定方法受畜禽取样部位、肉样体积大小和肉样处理过程的影响较小,故其反映肉嫩度灵敏度高[6]。

代谢

胶原降解时释放的Fmoc-L-脯氨酸不能再用来合成胶原,只能随血入肝并在其内将其大部分分解,只有少部分随尿排出。血液和尿液里的Fmoc-L-脯氨酸有2种,一是与肽结合的结合Fmoc-L-脯氨酸,一是呈游离状态的游离Fmoc-L-脯氨酸[7]。血、尿中的Fmoc-L-脯氨酸一半以上来自骨降解,而来自其他软组织的则比较恒定。因而,血清游离Fmoc-L-脯氨酸含量升高,反映骨降解增强;而当羟脯氨酸氧化酶缺乏时,尿中游离Fmoc-L-脯氨酸含量升高,比正常高数十倍,但尿中寡肽结合的Fmoc-L-脯氨酸仍正常[8]。血液和尿中Fmoc-L-脯氨酸含量变化与动物体内胶原代谢强弱有密切关系,任何影响胶原代谢的营养素都将影响Fmoc-L-脯氨酸的排泄量[9]。

参考文献

[1] G. Mazzoccanti, S. Manetto, A. Ricci, W. Cabri, A. Orlandin, M. Catani, S. Felletti, A. Cavazzini, M. Ye, H. Ritchie, C. Villani, F. Gasparrini, High-throughput enantioseparation of Nα-fluorenylmethoxycarbonyl proteinogenic amino acids through fast chiral chromatography on zwitterionic-teicoplanin stationary phases, J. Chromatogr. A 1624 (2020) 461235.

[2] B.A. Klein, D.G. Tkachuk, V.V. Terskikh, V.K. Michaelis, Expanding the NMR toolkit for biological solids: oxygen-17 enriched Fmoc-amino acids, New J. Chem. 45(28) (2021) 12384-12398.

[3] Z. Zhang, C.R. Conant, T.J. El-Baba, S.A. Raab, D.R. Fuller, D.A. Hales, D.E. Clemmer, Diketopiperazine Formation from FPGnK (n = 1-9) Peptides: Rates of Structural Rearrangements and Mechanisms, J. Phys. Chem. B 125(29) (2021) 8107-8116.

[4] K. Koshimoto, M. Murakami, Method for preparation of monomer for nucleic acid production, Toray Industries, Inc., Japan . 2021, p. 53pp.

[5] S. Qin, L. Liao, X. Ding, T. Yu, J. Pan, J. Liu, High efficiency synthesizing method of diphenylmethyl ester, Shenzhen Readline Biotechnology Co., Ltd., Peop. Rep. China . 2021, p. 7pp.

[6] H. Kaur, X. Liu, P. Nepal, S. Paramanantham, M. Garg, Z. Li, A. Tjeng, M. Rodriguez, L. Jong, A. Mirzahossein, O. Yifrach-Stav, E. Bassett, R. Ringuette, C. Campbell, M. Kelly, Improved preparation of HU308 and HU433, Tetra Bio-Pharma Inc., Can. . 2022, p. 177pp.

[7] J. Liu, Y. An, P. Li, J. Liu, J. Su, Preparation method of Fmoc-amino acid-modified 20(S)-protopanaxadiol derivative, and its application for resisting tumor, Jilin University, Peop. Rep. China . 2022, p. 31pp.

[8] X. Lei, H. Wu, X. Wang, N. Yao, F. Guo, Preparation of prolyl heterocycles as PU.1 inhibitors, Peking University, Peop. Rep. China . 2022, p. 122pp.

[9] Y. Wang, Y. Wang, L. Liu, Y. Gu, Chiral porous crosslinked oligopeptide polymer asymmetric catalyst and preparation method thereof, Harbin Engineering University, Peop. Rep. China . 2022, p. 10pp.