CISTEINAS: SAVYBĖS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS, BIOSINTEZĖ - BIOLOGIJA - 2025

Cisteinas ( Cis C ) yra viena iš 22 amino rūgščių randama gamtoje kaip dalis polipeptido grandinių, kurios sudaro gyvų būtybių baltymus. Tai yra būtina trečiųjų baltymų struktūrų stabilumui, nes tai padeda formuoti intramolekulinius disulfidinius tiltus.

Kaip ir kitos aminorūgštys, tokios kaip alaninas, argininas, asparaginas, glutamatas ir glutaminas, glicinas, prolinas, serinas ir tirozinas, žmonės sugeba sintetinti cisteiną, taigi tai nėra laikoma nepakeičiama aminorūgštimi.

Cisteino aminorūgšties struktūra (Šaltinis: Hattrich per Wikimedia Commons)

Nepaisant to ir atsižvelgiant į tai, kad sintezės greitis ne visada atitinka organizmo reikalavimus, kai kurie autoriai apibūdina cisteiną kaip „sąlygiškai“ nepakeičiamą aminorūgštį.

Ši aminorūgštis buvo pavadinta „cistinu“, 1810 m. Aptiktu tulžies akmenų komponentu, kurio vardą 1832 m. Sukūrė A. Baudrimont ir F. Malaguti. Po kelerių metų, 1884 m., E. Baumannas atrado, kad cisteinas yra cistino redukcijos produktas.

Po Baumano 1899 m. Atlikto darbo buvo nustatyta, kad cisteinas yra pagrindinė baltymo, sudarančio įvairių gyvūnų ragus, sudedamoji dalis, ir tai rodo jo galimą panaudojimą polipeptidų sintezei.

Dabar žinoma, kad kūno cisteinas gaunamas iš maisto, perdirbant baltymus ir vykstant endogeninei sintezei, kuri daugiausia vyksta hepatocituose.

charakteristikos

Cisteino, kurio molekulinė masė yra 121,16 g / mol, ir kartu su leucinu, izoleucinu, valinu, fenilalaninu, triptofanu, metioninu ir tirozinu, yra vienos hidrofobiniausių aminorūgščių.

Jis priklauso neįkrautų polinių aminorūgščių grupei ir, kaip ir kitos aminorūgštys, aukštoje temperatūroje gali būti skaidomas šarminės hidrolizės būdu.

Cisteinas, kaip ir triptofanas, serinas, glicinas ir treoninas, yra metabolinis gliukoneogenezės ir ketogenezės (ketonų kūnų formavimo) pirmtakas.

Ši amino rūgštis egzistuoja kaip baltymų peptidinės sekos dalis, tačiau kraujo plazmoje taip pat gali būti laisvų kaip homogeninių (cistino, darinio) arba sumaišytų disulfidų, sudarytų iš homocisteino-cisteino formos.

Pagrindinis skirtumas tarp laisvojo cisteino ir baltymo struktūroje esančio cisteino yra tas, kad pirmasis yra labai oksiduotas redokso būsenoje, o antrasis paprastai yra gana sumažėjęs.

Struktūra

Kaip ir visos iki šiol aprašytos amino rūgštys, cisteinas turi centrinį anglies atomą, kuris yra chiralinis ir žinomas kaip α-anglis.

Prie šio anglies atomo yra prijungtos keturios skirtingos cheminės rūšys:

- aminogrupė (-NH3 +)

- karboksilo grupė (-COO-)

- vandenilio atomas ir

- pakaitu (-R).

Pakaitinė grupė yra ta, kuri suteikia tapatumą kiekvienai aminorūgščiai, o cisteinas yra būdingas sieros atomu, turinčiu tiolio arba sulfhidrilo grupės dalį (-CH2-SH).

Būtent ši grupė leidžia jai dalyvauti formuojant intra- ir tarpmolekulinius disulfidinius tiltus. Kadangi tai yra nukleofilas, jis taip pat gali dalyvauti pakeitimo reakcijose.

Tiesą sakant, ši cisteino šoninė grandinė gali būti modifikuota, kad būtų sudaryti du junginiai, vadinami „selenocisteinu“ ir „lantioninu“. Pirmoji yra aminorūgštis, kuri taip pat dalyvauja formuojant baltymus, o antrasis yra baltymų neturintis aminorūgšties darinys.

Tiolinė cisteino grupė taip pat pasižymi dideliu afinitetu sidabro ir gyvsidabrio jonais (Ag + ir Hg2 +).

funkcijos

Pagrindinės gyvų organizmų cisteino funkcijos yra susijusios su jo dalyvavimu formuojant baltymus. Tiksliau, cisteinas dalyvauja kuriant disulfidinius tiltus, kurie yra būtini tretinės baltymo struktūros formavimui.

Be to, ši aminorūgštis yra ne tik naudinga baltymų sintezei, bet ir dalyvauja glutationo (GSH) sintezėje ir suteikia sumažintą metionino, lipoinės rūgšties, tiamino, kofermento A (CoA) sieros kiekį, molibdopterinas (kofaktorius) ir kiti biologiškai svarbūs junginiai.

Esant per dideliam sieros amino rūgščių kiekiui, piruvatos ir neorganinės sieros gamybai gali būti naudojamas cisteinas ir kitos susijusios amino rūgštys. Piruvatą pavyksta nukreipti į gliukoneogeninį kelią, kuris yra skirtas gaminti gliukozę.

Keratinai, kurie yra viena iš gausiausių gyvūnų karalystėje esančių struktūrinių baltymų rūšių, turi daug cisteino liekanų. Pavyzdžiui, avių vilnoje yra daugiau kaip 4% šios aminorūgšties sieros.

Cisteinas taip pat dalyvauja daugelyje oksidacijos-redukcijos reakcijų, todėl jis tampa kai kurių fermentų aktyviosios vietos dalimi.

Reaguodama su gliukoze, ši aminorūgštis sukuria reakcijos produktus, kurie suteikia kai kuriems kulinariniams preparatams patrauklius skonius ir aromatus.

Biosintezė

Žmogaus ir kitų gyvūnų (žinduolių ir ne žinduolių) aminorūgščių biosintezė vyksta specifiniams audiniams ir ląstelėms; tai procesas, kuriam reikalinga energija ir kuris paprastai yra atskirtas tarp skirtingų organų.

Kepenys yra vienas iš pagrindinių organų, dalyvaujančių daugumos nepakeičiamų aminorūgščių sintezėje, nepriklausomai nuo svarstomos rūšies.

Joje sintetinamas ne tik cisteinas, bet ir aspartatas, asparaginas, glutamatas ir glutaminas, glicinas, serinas, tirozinas ir kiti iš jų specifinių aminorūgščių pirmtakų.

1935 m. Erwinas Brandas nustatė, kad žinduolių cisteinas yra natūraliai sintetinamas iš metionino, kuris vyksta tik kepenų audiniuose.

Šis procesas gali vykti per metionino „transmetilinimą“, kur metilo grupės virsta cholinu ir kreatinu. Tačiau cisteinas taip pat gali būti suformuotas iš metionino dėl trans-sieros.

Vėliau buvo įrodyta, kad, be metionino, kai kurie sintetiniai junginiai, tokie kaip N-acetilcisteinas, cisteaminas ir cistaminas, yra naudingi cisteino sintezės pirmtakai.

Jei tai yra N-acetilcisteinas, jį pasisavina ląstelės, kur citozolyje veikiantis deacetilazės fermentas jį paverčia cisteinu.

Sintezės mechanizmas

Labiausiai žinomas metionino cisteino sintezės mechanizmas yra trans-sieros susidarymas. Tai dažniausiai vyksta kepenyse, bet taip pat nustatyta žarnyne ir kasoje.

Tai atsiranda iš homocisteino, junginio, gauto iš aminorūgšties metionino; ir pirmoji reakcija šiame biosintetiniame kelyje yra kondensatas, katalizuojamas fermento cistationino β-sintazės (CBS).

Šis fermentas reiškia „kompromisinį“ kelio žingsnį ir kondensuoja homocisteiną su serino liekana - kita baltymo aminorūgštimi, kuri gamina cistationiną. Vėliau šis junginys yra „supjaustytas“ arba „suskaldytas“ fermento cistationazės, kuri lemia cisteino išsiskyrimą.

CBS fermentinio aktyvumo reguliavimą lemia metionino prieinamumas ir ląstelės, kurioje vyksta šis procesas, redoksinė būsena.

Cisteino sintezės keliu ląstelės gali tvarkyti metionino perteklių, nes jo pavertimas cisteinu yra negrįžtamas procesas.

Cisteino sintezė augaluose ir mikroorganizmuose

Šiuose organizmuose cisteinas sintetinamas daugiausia iš neorganinės sieros, kuri yra gausiausias tinkamos naudoti sieros šaltinis aerobinėje biosferoje.

Tai paimama, patenka į ląsteles ir po to redukuojama iki sieros (S2-), kuri į cisteiną įtraukiama panašiai, kaip vyksta amoniakas sintetinant glutamatą arba glutaminą.

Metabolizmas ir skaidymas

Cisteino katabolizmas daugiausia vyksta kepenų ląstelėse (hepatocituose), nors jis taip pat gali atsirasti kitų tipų ląstelėse, tokiose kaip neuronai, endotelio ląstelės ir kūno kraujagyslių lygiųjų raumenų ląstelės.

Dėl tam tikrų cisteino katabolizmo trūkumų atsiranda paveldima liga, vadinama „cistinurija“, kuriai būdingi cistino akmenys inkstuose, šlapimo pūslėje ir šlapimtakyje.

Cistinas yra aminorūgštis, gaunama iš cisteino, o akmenys susidaro sujungus dvi jų molekules per sieros atomus.

Dalyje cisteino metabolizmo susidaro scientosulfininė rūgštis, iš kurios susidaro taurinas, nebaltyminė amino rūgštis. Reakciją katalizuoja fermentas cisteino dioksigenazė.

Be to, cisteiną gali oksiduoti formaldehidas, kad būtų gautas N-formilcisteinas, kurio perdirbimas gali sukelti „merkapturato“ (cisteinų kondensacijos su aromatiniais junginiais produktą) susidarymą.

Gyvūnams cisteinas, taip pat glutamatas ir glutaminas taip pat naudojami koenzimo A, glutationo (GSH), piruvato, sulfato ir vandenilio sulfido sintezei.

Vienas iš cisteino pavertimo piruvatu metodų vyksta dviem etapais: pirmasis apima sieros atomo pašalinimą, o antrasis - transaminacijos reakciją.

Inkstai yra atsakingi už sulfatų ir sulfitų, susidariusių metabolizuojant sieros junginius, tokius kaip cisteinas, išsiskyrimą, o plaučiai iškvepia sieros dioksidą ir vandenilio sulfidą.

Glutationas

Glutationas, molekulė, sudaryta iš trijų aminorūgščių liekanų (glicino, glutamato ir cisteino), yra molekulė, esanti augaluose, gyvūnuose ir bakterijose.

Jis pasižymi ypatingomis savybėmis, dėl kurių jis tampa puikiu redokso buferiu, nes apsaugo ląsteles nuo įvairių rūšių oksidacinio streso.

Maistas, kuriame gausu cisteino

Cisteinas natūraliai randamas maisto produktuose, kuriuose yra sieros, tokių kaip (geltoni) kiaušinių tryniai, raudonieji pipirai, česnakai, svogūnai, brokoliai, žiediniai kopūstai, lapiniai kopūstai ir Briuselio kopūstai, vandens kruopos ir garstyčių žalumynai.

Jo taip pat daugiausia maisto produktuose, kuriuose gausu baltymų, pavyzdžiui, mėsoje, ankštiniuose produktuose ir pieno produktuose, tarp kurių yra:

- Jautiena, kiauliena, vištiena ir žuvis

- Avižos ir lęšiai

- Saulėgrąžų sėklos

- Jogurtas ir sūris

Cisteino vartojimo pranašumai

Manoma, kad jo vartojimas apsaugo nuo plaukų slinkimo ir stimuliuoja jų augimą. Maisto pramonėje jis plačiai naudojamas kaip duonos tešlą gerinanti priemonė ir taip pat „atkuria“ į mėsą panašius skonius.

Kiti autoriai pranešė, kad maisto papildų ar maisto produktų, kuriuose gausu cisteino, vartojimas sumažina biocheminius sužalojimus, kuriuos sukelia per didelis maisto produktų, užterštų metaliniais elementais, vartojimas, nes jis dalyvauja „chelacinėse“ reakcijose.

Kai kuriuos maisto papildus, susijusius su cisteinu, žmonės naudoja kaip antioksidantus, kurie laikomi naudingais „sulėtinant“ senėjimą.

Pavyzdžiui, N-acetilcisteinas (cisteino sintezės pirmtakas) yra vartojamas kaip maisto papildas, nes dėl to padidėja glutationo (GSH) biosintezė.

Susijusios ligos

Yra keletas mokslinių publikacijų, siejančių aukštą cisteino kiekį plazmoje su nutukimu ir kitomis susijusiomis patologijomis, tokiomis kaip širdies ir kraujagyslių ligos bei kiti metaboliniai sindromai.

Cistinurija, kaip minėta aukščiau, yra patologija, susijusi su cistino akmenų, cisteino darinio, buvimu dėl genetinio defekto inkstų reabsorbcijai per dimezino aminorūgštis, tokias kaip cistinas.

Trūkumo sutrikimai

Cisteino trūkumas buvo susijęs su oksidaciniu stresu, nes tai yra vienas iš pagrindinių glutationo sintezės pirmtakų. Todėl šios aminorūgšties trūkumai gali sukelti priešlaikinį senėjimą ir visus butus, kuriuos tai reiškia.

Cisteino papildais eksperimentiškai įrodyta, kad jie pagerina skeleto raumenų funkcijas, sumažina riebalų ir neriebios kūno masės santykį, sumažina uždegiminių citokinų kiekį plazmoje, pagerina imuninės sistemos funkcijas ir kt.

Dešimtojo dešimtmečio viduryje kai kurie tyrimai parodė, kad įgytas imunodeficito sindromas (AIDS) gali būti viruso sukeltas cisteino trūkumo padarinys.

Šiuos teiginius patvirtino faktas, kad tirti ŽIV užsikrėtę pacientai, be mažų tarpląstelinio glutationo koncentracijų, cistino ir cisteino koncentracijose plazmoje buvo žemi.

Nuorodos

1. Dröge, W. (1993). Cisteino ir glutationo trūkumas sergantiems AIDS: gydymo N-acetil-cisteinu pagrindimas. Pharmacology, 46, 61-65.
2. Dröge, W. (2005). Oksidacinis stresas ir senėjimas: ar senėjimas yra cisteino trūkumo sindromas? Karališkosios draugijos B filosofiniai sandoriai: Biologijos mokslai, 360 (1464), 2355–2372.
3. Elshorbagy, AK, Smith, AD, Kozich, V., & Refsum, H. (2011). Cisteinas ir nutukimas. Nutukimas, 20 (3), 1–9.
4. Kredich, N. (2013). Cisteino biosintezė. „EcoSal Plus“, 1–30.
5. McPhersonas, RA ir Hardy, G. (2011). Cisteinu praturtintų baltymų papildų klinikinė ir maistinė nauda. Dabartinė nuomonė klinikinės mitybos ir metabolinės priežiūros klausimais, 14, 562–568.
6. Mokhtari, V., Afsharian, P., Shahhoseini, M., Kalantar, SM, & Moini, A. (2017). Apžvalga apie įvairius N-acetilcisteino naudojimo būdus. „Cell Journal“, 19 (1), 11–17.
7. Piste, P. (2013). Cisteinas-pagrindinis antioksidantas. Tarptautinis farmacijos, chemijos ir biologijos mokslų leidinys, 3 (1), 143–149.
8. Quig, D. (1998). Cisteino metabolizmas ir metalų toksiškumas. Alternatyvios medicinos apžvalga, 3 (4), 262–270.
9. Wu, G. (2013). Amino rūgštys. Biochemija ir mityba. „Boca Raton“, FL: „Taylor & Francis“ grupė.