环亮氨酸是一种重要的氨基酸，在生物体内具有多种重要功能。本文将探讨环亮氨酸的功能及其在生物体内的作用机制。
简述：环亮氨酸化学名为1-氨基-1-环戊基甲酸，以环戊酮为起始原料与氰化钾和碳 酸铵反应制得乙内酰脲-5-螺环戊烷，然后在碱性条件下水解制得（如下图所示）。但该方法虽然步骤短，但用到了剧毒的氰化钾，对环境危害及大，而且对操作人员的人身安全存也在巨大威胁。
在培养的人成纤维细胞中，环亮氨酸能够抑制许多自然发生的细胞内氨基酸的积累，如丙氨酸、丝氨酸、脯氨酸、亮氨酸和赖氨酸。赖氨酸受环亮氨酸的影响较小，但这种氨基酸的积累速度比中性氨基酸要慢。
1. 合成改进：
以甘氨酸为起始原料,经酯化、酰胺化、脱水、成环及水解5步反应后,过阳离子交换柱合成了环亮氨酸,总收率52%,具体如下：
1.1 合成路线
1.2 实验步骤
(1) 甘氨酸乙酯盐酸盐 (3) 的合成
在反应瓶中加入无水乙醇116.5 mL, 冷却至-8 ℃左右, 氮气保护, 搅拌下缓慢滴加SOCl2 71.4 g (600 mmol) , 滴毕, 加入2 37.5 g (500 mmol) , 缓慢加热至回流, 反应4 h。冷却至室温 (有白色固体析出) , 过滤, 滤饼用无水乙醇重结晶得白色晶体3 65.6 g, 收率94.1%, m.p.147.5 ℃。
(2) N-甲酰基甘氨酸乙酯 (4) 的合成
在装有干燥管的三口烧瓶中加入3 27.9 g (200 mmol) 和甲酸乙酯100 mL, 搅拌下在回流状态缓慢滴加三乙胺24.2 g (240 mmol) , 滴毕, 反应20 h。冷却至室温, 过滤, 滤液浓缩后减压蒸馏得澄清油状液体4 24.9 g, 收率95.1%, b.p.108 ℃/45 Pa。
(3) 异腈乙酸乙酯 (5) 的合成
在三口烧瓶中加入4 13.1 g (100 mmol) , 三乙胺30.3 g (300 mmol) , 二氯甲烷110 mL, 通入氮气, 搅拌下于0 ℃～-2 ℃滴加三氯氧磷, 反应1 h后逐滴加入碳酸钠溶液 (无水碳酸钠15.9 g 溶于76 mL水中) , 滴毕, 再反应30 min。倒入适量水中, 分液, 水相用二氯甲烷 (3×80 mL) 萃取, 合并有机相, 用无水硫酸镁干燥, 浓缩后减压蒸馏得红棕色油状液体5 10.5 g, 收率92.9%, b.p.78 ℃/525 Pa。
(4) 1-异腈基-1-环戊基甲酸乙酯 (6) 的合成
在装有干燥管的三口烧瓶中加入5 5.65 g (50 mmol) , 1, 4-二溴丁烷10.8 g (50 mmol) , 二甲基亚砜50 mL和无水乙醚200 mL, 搅拌下于20 ℃左右分批缓慢加入60%NaH (100 mmol) 溶液, 加毕, 反应1 h后升温至回流, 再反应30 min。冷却至室温, 倒入水中, 分液, 水相用无水乙醚 (3×80 mL) 萃取, 合并有机相, 用水洗涤, 无水硫酸镁干燥, 浓缩后减压蒸馏得淡黄色油状液体6 5.86 g, 收率70.2%, b.p.64 ℃/120 Pa。
(5) 1的合成
在单口瓶中加入32%氯化氢乙醇溶液8 mL, 搅拌下于-10 ℃缓慢滴加6 1.67 g (10 mmol) 的无水乙醇 (2 mL) 溶液, 滴毕, 于室温反应24 h。蒸除溶剂, 残余物加1 mol·L-1NaOH溶液10 mL, 于室温反应1 h。加入2 mol·L-1盐酸5 mL, 蒸除溶剂, 残余物用纯净水溶解, 过阳离子交换柱 (洗脱剂:氨水, 纯净水) 收集氨基酸部分 (1%茚三酮溶液为显色剂) 。蒸除溶剂, 残余物用99.7%乙醇重结晶得白色固体1 1.15 g, 收率89.1%, m.p.320 ℃。
2. 功能：
环亮氨酸与S-腺苷甲硫氨酸（S-Adenosyl-L-methionine，SAM）：蛋氨酸是 24种必需氨基酸之一，是真核生物蛋白质合成的主要氨基酸。蛋氨酸可被蛋氨酸 腺苷转移酶（Methionine adenosine transferase，MAT）催化为SAM。由于SAM含有一个能激活相邻碳原子的亲核攻击反应的高能锍原子，因而具有转甲 基、转硫基、转氨丙基等作用，这些作用又与体内40多种生化反应有关，比如蛋白质、核酸、神经递质、磷脂质和维生素的合成，多胺和谷胱甘肽的转化。 SAM在转甲基化过程中，通过将其甲基提供给多种生物分子，如DNA、RNA、组蛋白和非组蛋白等生物分子，此后SAM转化为S-腺苷同型半胱氨酸。在多种条件下，肝脏SAM水平的降低会导致肝损伤，包括酒精性肝损伤。环亮氨酸是MAT的抑制剂，通过蛋氨酸挽救途径阻止SAM生成。
蛋氨酸腺苷转移酶的影响：MATs是生命所必需的酶，因为它们产生SAM是细胞内大量反应所需的生物甲基供体。哺乳动物系统表达三个基因，Mat1a和 Mat2a分别编码MATα1和MATα2，第三个基因Mat2b编码一个被称为MATβ的调节亚基，它控制着MATα2的活性。环亮氨酸已用于研究大鼠肝细胞培养中MAT的活性。虽然环亮氨酸可以抑制Mat1a和Mat2a的活性，但在成年啮齿动物肝脏中，Mat1a的活性是Mat2a活性的20-50倍，因此Mat1a主要负责成年啮齿动物肝脏中SAM的合成，而Mat2a和Mat2b在肝外组织和肝非实质细胞（如肝星状细胞）中表达。
参考文献：
[1]方婷. 环亮氨酸对猪睾丸未成熟支持细胞的效应研究[D]. 长江大学, 2023. DOI:10.26981/d.cnki.gjhsc.2023.001031.
[2]高仁孝,何永梁,沈宁. 环亮氨酸的合成 [J]. 合成化学, 2009, 17 (02): 255-256.
1
