Valina

La valina è un amminoacido utilizzato dagli esseri viventi per la sintesi delle proteine. Viene indicato comunemente con le sigle V o Val ed è codificato sull'RNA messaggero dai codoni GUU, GUC, GUA e GUG.

Valina
formula di struttura
Nome IUPAC
Acido 2-ammino-3-metilbutanoico
Abbreviazioni
V VAL
Nomi alternativi
Valina
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare	C5H11NO2
Massa molecolare (u)	117,15
Aspetto	solido cristallino biancastro
Numero CAS	72-18-4
Numero EINECS	200-773-6
PubChem	6287, 88733505 e 6971018
DrugBank	DBDB00161
SMILES	CC(C)C(C(=O)O)N
Proprietà chimico-fisiche
Costante di dissociazione acida a 293 K	pK1: 2,39 pK2: 9,74
Punto isoelettrico	6,00
Solubilità in acqua	85 g/l a 293 K
Temperatura di fusione	315 °C (588 K) con decomposizione
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1)	−617,9
Indicazioni di sicurezza
Frasi H	---
Consigli P	---[1]

Storia

La valina fu isolata per la prima volta dalla caseina nel 1901 da Hermann Emil Fischer.^[2] Il nome valina deriva dall'acido valerico, che a sua volta prende il nome dalla pianta valeriana per la presenza dell'acido nelle radici della pianta.^[3]

Struttura

La valina, come tutti gli amminoacidi, è composta da un gruppo amminico (${\displaystyle {\ce {-NH2}}}$) e da uno carbossilico (${\displaystyle {\ce {-COOH}}}$). La catena laterale è alifatica e ramificata (${\displaystyle {\ce {-CH-(CH3)2}}}$ sostituente chiamato isopropile), il che rende la molecola apolare. Siccome la molecola presenta un gruppo a carattere basico (quello amminico) ed uno a carattere acido (quello carbossilico), viene definita anfotera in quanto può mostrare entrambi i comportamenti a seconda del pH.

Il punto isoelettrico della valina, ossia il valore di pH in cui l'amminoacido si dissocia nella sua parte acida (${\displaystyle {\ce {-COO-}}}$) e si protona nella sua parte basica (${\displaystyle {\ce {-NH3+}}}$), è 6,00. Questo valore lo si ottiene dalla media tra la costante di dissociazione acida e quella basica. L'amminoacido così dissociato viene definito zwitterione, il quale presenta cariche negative e positive in uguali quantità e dunque, carica globale neutra. Questa proprietà impedisce ad uno zwitterione di subire una migrazione elettroforetica.

Siccome al carbonio 2, chiamato anche carbonio α, sono legati 4 sostituenti differenti (${\displaystyle {\ce {-H}}}$, isopropile, ${\displaystyle {\ce {-NH2}}}$ e ${\displaystyle {\ce {-COOH}}}$), viene identificato in quest'ultimo uno stereocentro. A seconda di come sono orientati tridimensionalmente questi sostituenti, possono identificarsi 2 enantiomeri: l'acido 2(S)-ammino-3-metilbutanoico e l'acido 2(R)-ammino-3-metilbutanoico. Queste due molecole hanno attività ottica e quindi si possono distinguere l'L-valina come la D-valina.

Con il nome "valina" si intendono in genere le miscele racemiche.

• 
  Struttura dell'L-valina
• 
  Struttura della D-valina

L-valina

L'enantiomero L della valina è quello utilizzato dagli esseri viventi terrestri come mattoncino per costruire le proteine. Non è sintetizzato nel nostro organismo, per cui rientra in quella categoria di amminoacidi definiti essenziali, che sono da introdurre con la dieta.

Biosintesi

La valina, come altri aminoacidi a catena ramificata, è sintetizzata dalle piante, ma non dagli animali.^[4] È sintetizzato nelle piante e nei procarioti attraverso diversi passaggi a partire dall'acido piruvico. La parte iniziale del percorso porta anche alla sintesi della leucina. L'intermedio α-chetoisovalerato subisce un'amminazione riduttiva con glutammato.

Metabolismo

Come altri aminoacidi a catena ramificata, il catabolismo della valina inizia con la rimozione del gruppo amminico per transaminazione, dando α-chetoisovalerato, che viene convertito in isobutirril-CoA attraverso la decarbossilazione ossidativa da parte del complesso enzimatico α-chetoacido deidrogenasi.^[5] Questo viene ulteriormente ossidato in succinil-CoA, che può entrare nel ciclo dell'acido citrico.

Malattie metaboliche

La scomposizione della valina è disturbata nelle seguenti malattie metaboliche:

• Acidemia metilmalonica
• Acidemia propionica
• Aciduria combinata malonica e metilmalonica (CMAMMA)

• Malattia delle urine a sciroppo d'acero

Utilizzi

La L-valina è l'amminoacido necessario per la sintesi proteica, ma è utilizzabile dall'organismo umano anche per la produzione di energia da alimenti molto proteici o in caso di mobilizzazione di riserve proteiche endogene. La valina serve per esempio, come gli altri due aminoacidi con catena di idrocarburi ramificata: leucina e isoleucina, al nutrimento del muscolo. Questo è importante durante sforzi prolungati o in fasi di fame, quando il corpo deve attingere alle proprie riserve interne. La distruzione della valina dà luogo a propionil-CoA che, dopo la conversione in succinil-CoA, contribuisce al completamento del ciclo di Krebs.^[6]

Resistenza all'insulina

Come altri aminoacidi a catena ramificata, anche la L-valina è associata all'insulinoresistenza: si osservano livelli più elevati di valina nel sangue di topi, ratti e umani diabetici.^[7] I topi nutriti con una dieta di deprivazione di valina per un giorno hanno migliorato la sensibilità all'insulina e l'alimentazione di una dieta di deprivazione di valina per una settimana riduce significativamente i livelli di glucosio nel sangue.^[8] Nei topi obesi e insulinoresistenti, una dieta con livelli ridotti di valina e degli altri aminoacidi a catena ramificata determina una riduzione dell'adiposità e una migliore sensibilità all'insulina.^[9] Negli esseri umani, una dieta povera di proteine abbassa i livelli ematici di valina e diminuisce i livelli di glucosio nel sangue a digiuno.

Cellule staminali ematopoietiche

La valina è essenziale per l'auto-rinnovamento delle cellule staminali ematopoietiche (HSC), come dimostrato da esperimenti sui topi.^[10] La restrizione dietetica di valina esaurisce selettivamente le HSC presenti nel midollo osseo del topo. Il successo del trapianto di cellule staminali è stato ottenuto nei topi dopo 3 settimane di dieta a restrizione di valina. La sopravvivenza a lungo termine dei topi trapiantati è stata raggiunta quando la valina è stata restituita alla dieta gradualmente per un periodo di 2 settimane per evitare la sindrome da rialimentazione.

D-valina

Gli enantiomeri D degli amminoacidi a catena ramificata (D-BCAA dall'inglese D-branched-chain amino acid) come la D-leucina, la D-isoleucina e la D-valina sono noti per essere intermedi di antibiotici peptidici ed esibiscono una varietà di attività biologiche.^[11] Tra queste è esclusa la sintesi proteica, dunque la D-valina è classificabile come amminoacido non proteinogenico.

Sintesi

La D-valina viene sintetizzata tramite l'amminazione enantioselettiva NADPHdipendente. Questa reazione, catalizzata nella sua prima fase dall'enzima D-amminoacido deidrogenasi e nella seconda fase dalla glucosio deidrogenasi, consuma 2 ossiacidi a favore della formazione degli amminoacidi D, consumando come fonte energetica il NADPH.

Abbondanza negli alimenti

Tra i cereali, la segale ne è molto ricca, con 530 mg per 100 g.

I seguenti esempi del contenuto di valina si riferiscono a 100 g di alimento. Di fianco è riportata la percentuale di proteine totali.^[12]

Alimento	Proteine totali	Valina	Percentuale
Carne di manzo cruda	21,26 g	1055 mg	5,0 %
Petto di pollo crudo	23,09 g	1145 mg	5,0 %
Salmone crudo	20,42 g	1107 mg	5,4 %
Pollame	12,58 g	859 mg	6,8 %
Latte vaccino, materia grassa 3,7%	3,28 g	220 mg	6,7 %
Noci	15,23 g	753 mg	4,9 %
Farina integrale di frumento	13,70 g	618 mg	4,5 %
Farina integrale di mais	6,93 g	351 mg	5,1 %
Riso non sbramato	7,94 g	466 mg	5,9 %
Piselli secchi	24,55 g	1159 mg	4,7 %

La stima del fabbisogno giornaliero per un adulto sano oscilla - a seconda del metodo impiegato - tra i 10 e i 29 mg di valina per chilogrammo di peso corporeo.^[13]