Цистеин - Cysteine

Не путать с цитозин, цистин, цитизин, цитидин, или же Сикстинская.
"Cys" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Cys (значения).
л-Цистеин
L-цистеин - L-Cysteine.svg
L-цистеин-from-xtal-Mercury-3D-balls.png
L-цистеин-из-xtal-Mercury-3D-sf.png
Имена
Название ИЮПАК
Цистеин
Другие имена
2-амино-3-сульфгидрилпропановая кислота
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
СокращенияCys, C
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
  • 574 (Рацемический) проверитьY
  • 5653 (L-форма) проверитьY
ECHA InfoCard100.000.145 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 200-158-2
Номер EE920 (глазурь, ...)
КЕГГ
UNII
Характеристики[2]
C3ЧАС7NО2S
Молярная масса121.15 г · моль−1
Внешностьбелые кристаллы или порошок
Температура плавления 240 ° С (464 ° F, 513 К) разлагается
растворимый
Растворимость1,5 г / 100 г этанола 19 ° C [1]
+ 9,4 ° (H2О, c = 1.3)
Страница дополнительных данных
Показатель преломления (п),
Диэлектрическая постоянная (εр), так далее.
Термодинамический
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ, ИК, ЯМР, РС
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Цистеин (символ Cys или же C;[3] /ˈsɪsтɪяп/)[4] это полусущественный[5] протеиногенная аминокислота с формула HOOC-CH- (NH2) -CH2-Ш. В тиол боковая цепь в цистеине часто участвует в ферментативный реакции, как нуклеофил. Тиол подвержен окислению, что дает дисульфид производная цистин, который играет важную структурную роль во многих белки. При использовании в качестве пищевой добавки имеет Номер E E920. это закодированный посредством кодоны УГУ и УГК.

Цистеин имеет ту же структуру, что и серин, но с заменой одного из его атомов кислорода на сера; заменив его селен дает селеноцистеин. Как и другие природные протеиногенные аминокислоты, цистеин имеет л хиральность в старом d/л обозначение, основанное на гомологии d- и л-глицеральдегид. В новее р/S Система обозначения хиральности, основанная на атомных номерах атомов рядом с асимметричным углеродом, цистеин (и селеноцистеин) имеют р хиральность из-за присутствия серы (или селена) в качестве второго соседа асимметричного углерода. Остальные хиральные аминокислоты, имеющие более легкие атомы в этом положении, имеют S хиральность.

Диетические источники

Как и другие распространенные аминокислоты, цистеин (и его окисленная димерная форма цистин) содержится вбелок продукты. Хотя классифицируется как ненезаменимая аминокислота, в редких случаях цистеин может быть необходим младенцам, пожилым людям и людям с определенными метаболическими заболеваниями или страдающим от нарушение всасывания синдромы. Цистеин обычно может быть синтезирован человеческим организмом при нормальных физиологических условиях, если достаточное количество метионин доступен.

Как и другие аминокислоты, в своей мономерной «свободной» форме (не как часть белка) цистеин имеет амфотерный персонаж.

(р) -Цистеин (слева) и (S) -Цистеин (справа) в цвиттерионной форме при нейтральном pH

Промышленные источники

Большая часть чего-либо л-цистеин получают промышленным путем гидролиз материалов животного происхождения, таких как птичьи перья или свиная шерсть. Несмотря на широко распространенное мнение об обратном, мало доказательств того, что человеческие волосы используются в качестве исходного материала, и их использование прямо запрещено в Европейском Союзе.[6][противоречивый ] Синтетически произведенный л-цистеин, совместимый с еврейским кошерный и мусульманин халяль законы, также доступны, хотя и по более высокой цене.[7] Синтетический путь включает ферментацию с использованием мутанта Кишечная палочка. Degussa ввел маршрут из замещенного тиазолины.[8] Следуя этой технологии, л-цистеин образуется при гидролизе рацемического 2-амино-Δ2-тиазолин-4-карбоновая кислота с использованием Pseudomonas thiazolinophilum.[9]

Биосинтез

Синтез цистеина: Цистатионин бета-синтаза катализирует верхнюю реакцию и цистатионин гамма-лиаза катализирует низшую реакцию.

У животных биосинтез начинается с аминокислоты серин. Сера получается из метионин, который преобразуется в гомоцистеин через промежуточный S-аденозилметионин. Цистатионин бета-синтаза затем объединяет гомоцистеин и серин с образованием асимметричного тиоэфира цистатионин. Фермент цистатионин гамма-лиаза превращает цистатионин в цистеин и альфа-кетобутират. В растения и бактерии, биосинтез цистеина также начинается с серина, который превращается в О-ацетилсерин ферментом серин трансацетилаза. Фермент цистеинсинтаза, используя источники сульфидов, превращает этот эфир в цистеин, высвобождая ацетат.[10]

Биологические функции

Сульфгидрильная группа цистеина представляет собой нуклеофильный и легко окисляется. Реакционная способность повышается, когда тиол ионизируется, а цистеин остатки в белках есть pKа значения близки к нейтральности, поэтому часто бывают в их реактивных тиолат форма в ячейке.[11] Из-за своей высокой реакционной способности сульфгидрильная группа цистеина выполняет многочисленные биологические функции, и цистеин, возможно, сыграл важную роль в развитии примитивной жизни на Земле.[12]

Предшественник антиоксиданта глутатиона

Благодаря способности тиолов подвергаться окислительно-восстановительным реакциям цистеин имеет антиоксидант характеристики. Его антиоксидантные свойства обычно выражаются в трипептиде. глутатион, который встречается у людей и других организмов. Системная доступность орального глутатиона (GSH) незначительна; поэтому он должен быть биосинтезирован из составляющих его аминокислот, цистеина, глицин, и глютаминовая кислота. Хотя глутаминовой кислоты обычно достаточно, поскольку аминокислотный азот рециркулируется через глутамат в качестве промежуточного звена, добавление цистеина и глицина в рацион может улучшить синтез глутатиона.[13]

Предшественник железо-серных кластеров

Цистеин - важный источник сульфид в человеческом метаболизм. Сульфид в железо-серные кластеры И в нитрогеназа извлекается из цистеина, который превращается в аланин в процессе.[14]

Связывание ионов металлов

Помимо белков железо-сера, многие другие кофакторы металлов в ферментах связаны с тиолатным заместителем цистеиниловых остатков. Примеры включают цинк в цинковые пальцы и алкогольдегидрогеназа, медь в белки голубой меди, утюг в цитохром P450, и никель в [NiFe] -гидрогеназы.[15] Сульфгидрильная группа также имеет высокий близость за тяжелые металлы, так что белки, содержащие цистеин, такие как металлотионеин, буду связывать металлы, такие как ртуть, свинец и кадмий, плотно.[16]

Роли в структуре белка

При трансляции молекул матричной РНК для производства полипептидов цистеин кодируется UGU и UGC. кодоны.

Цистеин традиционно считался гидрофильный аминокислота, основанная в основном на химической параллели между ее сульфгидрильная группа и гидроксил группы в боковых цепях других полярных аминокислот. Однако было показано, что боковая цепь цистеина стабилизирует гидрофобные взаимодействия в мицеллах в большей степени, чем боковая цепь в неполярной аминокислоте глицине и полярной аминокислоте серине.[17] При статистическом анализе частоты, с которой аминокислоты появляются в различных химических средах в структурах белков, было обнаружено, что свободные остатки цистеина связаны с гидрофобными участками белков. Их гидрофобная тенденция была эквивалентна таковой у известных неполярных аминокислот, таких как метионин и тирозин (тирозин полярный ароматический, но также гидрофобный[18]), количество которых было намного больше, чем у известных полярных аминокислот, таких как серин и треонин.[19] Шкалы гидрофобности, которые ранжируют аминокислоты от наиболее гидрофобных к наиболее гидрофильным, последовательно помещают цистеин в сторону гидрофобного конца спектра, даже если они основаны на методах, на которые не влияет склонность цистеинов к образованию дисульфидных связей в белках. Поэтому цистеин в настоящее время часто относят к гидрофобным аминокислотам,[20][21] хотя иногда он также классифицируется как слегка полярный,[22] или полярный.[5]

Хотя свободные остатки цистеина действительно присутствуют в белках, большинство из них ковалентно связаны с другими остатками цистеина с образованием дисульфидные связи, которые играют важную роль в укладке и стабильности некоторых белков, обычно белков, секретируемых во внеклеточную среду.[23] Поскольку большинство клеточных отсеков сокращение среды, дисульфидные связи обычно нестабильны в цитозоль за некоторыми исключениями, как указано ниже.

Фигура 2: Цистин (показаны здесь в нейтральной форме), два цистеина, связанных дисульфидной связью

Дисульфидные связи в белках образуются путем окисления сульфгидрильной группы остатков цистеина. Другая серосодержащая аминокислота, метионин, не может образовывать дисульфидные связи. Более агрессивные окислители превращают цистеин в соответствующий сульфиновая кислота и сульфоновая кислота. Остатки цистеина играют ценную роль, сшивая белки, что увеличивает жесткость белков, а также обеспечивает протеолитическую устойчивость (поскольку экспорт белка является дорогостоящим процессом, сведение к минимуму его необходимости является преимуществом). Внутри клетки дисульфидные мостики между остатками цистеина в полипептиде поддерживают третичную структуру белка. Инсулин представляет собой пример белка со сшивкой цистином, где две отдельные пептидные цепи соединены парой дисульфидных связей.

Белковые дисульфидные изомеразы катализировать правильное формирование дисульфидные связи; клеточные передачи дегидроаскорбиновая кислота к эндоплазматический ретикулум, который окисляет окружающую среду. В этой среде цистеины, как правило, окисляются до цистина и больше не функционируют как нуклеофилы.

Помимо окисления до цистина, цистеин участвует во многих посттрансляционные модификации. В нуклеофильный сульфгидрильная группа позволяет цистеину конъюгировать с другими группами, например, в пренилирование. Убиквитин лигазы переносить убиквитин на его кулон, белки и каспасы, которые участвуют в протеолизе в апоптотическом цикле. Интеины часто действуют с помощью каталитического цистеина. Эти роли обычно ограничиваются внутриклеточной средой, где среда восстанавливается, а цистеин не окисляется до цистина.

Приложения

Цистеин, в основном л-энантиомер, это предшественник в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Одно из самых больших применений - производство ароматизаторов. Например, реакция цистеина с сахарами в Реакция Майяра придает мясной вкус.[24] л-Цистеин также используется как вспомогательное средство для обработки для выпечки.[25]

В области личной гигиены цистеин используется для перманентная волна приложения, преимущественно в Азии. Опять же, цистеин используется для разрыва дисульфидных связей в волосы с кератин.

Цистеин - очень популярная мишень для экспериментов по сайт-направленной маркировке для исследования биомолекулярной структуры и динамики. Maleimides избирательно присоединяются к цистеину с помощью ковалентной Майкл дополнение. Маркировка, ориентированная на сайт для ЭПР или ЯМР с усиленной парамагнитной релаксацией также широко используется цистеин.

Снижение токсического действия алкоголя

Цистеин был предложен в качестве профилактического средства или противоядия от некоторых негативных эффектов алкоголя, включая повреждение печени и Похмелье. Противодействует ядовитому воздействию ацетальдегид. Цистеин поддерживает следующий этап метаболизма, который превращает ацетальдегид в уксусная кислота.

В крыса исследования, подопытные животные получили LD90 доза ацетальдегида. У тех, кто получил цистеин, выживаемость составила 80%; когда и цистеин, и тиамин были введены, все животные выжили. В контрольная группа выживаемость составила 10%.[26]

В 2020 году была опубликована статья, в которой предполагается, что L-цистеин может также работать у людей.[27]

N-Ацетилцистеин

N-Ацетил-л-цистеин представляет собой производное цистеина, в котором ацетильная группа присоединен к атому азота. Это соединение продается как пищевая добавка и используется в качестве противоядие в случаях ацетаминофен передозировка.[28]

Овца

Цистеин требуется овца производить шерсть. Это незаменимая аминокислота, которую необходимо получать с пищей. Как следствие, в условиях засухи овцы производят меньше шерсти; тем не мение, трансгенный овцы, которые могут вырабатывать собственный цистеин, были разработаны.[29]

Диетические ограничения

Источники животного происхождения л-цистеин в качестве пищевой добавки является предметом спора для людей, соблюдающих диетические ограничения, такие как кошерный, халяльный, веганский или вегетарианский.[30] Чтобы избежать этой проблемы, л-цистеин также может быть получен из микробных или других синтетических процессов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Белиц, Х.-Д .; Грош, Вернер; Шиберле, Питер (27 февраля 2009 г.). Пищевая химия. ISBN  9783540699330.
  2. ^ Weast, Роберт С., изд. (1981). CRC Справочник по химии и физике (62-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. С-259. ISBN  0-8493-0462-8..
  3. ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов (Рекомендации IUPAC-IUB 1983 г.)», Pure Appl. Chem., 56 (5): 595–624, 1984, Дои:10.1351 / pac198456050595
  4. ^ «цистеин - определение цистеина на английском языке Оксфордскими словарями». Оксфордские словари - английский. Получено 15 апреля 2018.
  5. ^ а б «Первичная структура белков - это аминокислотная последовательность». Микробный мир. Бактериологический факультет Университета Висконсин-Мэдисон. Получено 16 сентября 2012.
  6. ^ «Требования ЕС к химическим веществам». Получено 24 мая, 2020.
  7. ^ «Вопросы о пищевых ингредиентах: что такое L-цистеин / цистеин / цистин?». Вегетарианская ресурсная группа. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  8. ^ Мартенс, Юрген; Офферманнс, Хериберт; Щерберих, Пол (1981). «Легкий синтез рацемического цистеина». Angewandte Chemie International Edition на английском языке. 20 (8): 668. Дои:10.1002 / anie.198106681.
  9. ^ Драуз, Карлхайнц; Грейсон, Ян; Климанн, Аксель; Криммер, Ханс-Петер; Лойхтенбергер, Вольфганг; Weckbecker, Кристоф (2007). "Аминокислоты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Дои:10.1002 / 14356007.a02_057.pub2. ISBN  978-3-527-30673-2.
  10. ^ Ад R (1997). «Молекулярная физиология обмена серы в растениях». Planta. 202 (2): 138–48. Дои:10.1007 / s004250050112. PMID  9202491. S2CID  2539629.
  11. ^ Булай Г., Кортемме Т., Гольденберг Д.П. (июнь 1998 г.). «Отношения ионизации-реактивности для тиолов цистеина в полипептидах». Биохимия. 37 (25): 8965–72. Дои:10.1021 / bi973101r. PMID  9636038.
  12. ^ Валле, Янник; Шалаил, Ибрагим; Ли, Кью-Дунг; Рао, К. В. Рагхавендра; Паэпе, Гаэль Де; Меркер, Катарина; Милет, Энн (2017-11-08). «В самом начале жизни на Земле: мировая гипотеза о богатых тиолами пептидах (TRP)». Международный журнал биологии развития. 61 (8–9): 471–478. Дои:10.1387 / ijdb.170028yv. ISSN  0214-6282. PMID  29139533.
  13. ^ Сехар, Раджагопал V; Патель, Санджит Дж. (2011). «Недостаточный синтез глутатиона лежит в основе окислительного стресса при старении и может быть исправлен добавлением цистеина и глицина с пищей». Американский журнал клинического питания. 94 (3): 847–853. Дои:10.3945 / ajcn.110.003483. ЧВК  3155927. PMID  21795440. Получено 29 ноябрь 2018. открытый доступ
  14. ^ Lill R, Mühlenhoff U (2006). «Биогенез железо-серных белков у эукариот: компоненты и механизмы». Анну. Rev. Cell Dev. Биол. 22: 457–86. Дои:10.1146 / annurev.cellbio.22.010305.104538. PMID  16824008.
  15. ^ Липпард, Стивен Дж .; Берг, Джереми М. (1994). Принципы биоинорганической химии. Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN  978-0-935702-73-6.[страница нужна ]
  16. ^ Бейкер Д.Х., Чарнеки-Молден Г.Л. (июнь 1987 г.). «Фармакологическая роль цистеина в улучшении или обострении токсичности минералов». J. Nutr. 117 (6): 1003–10. Дои:10.1093 / jn / 117.6.1003. PMID  3298579.
  17. ^ Heitmann P (январь 1968 г.). «Модель сульфгидрильных групп в белках. Гидрофобные взаимодействия боковой цепи цистеина в мицеллах». Евро. J. Biochem. 3 (3): 346–50. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1968.tb19535.x. PMID  5650851.
  18. ^ «Обзор аминокислот (учебник)». Куртинский университет. Архивировано из оригинал на 2015-09-07. Получено 2015-09-09.
  19. ^ Нагано Н., Ота М., Нисикава К. (сентябрь 1999 г.). «Сильная гидрофобная природа остатков цистеина в белках». FEBS Lett. 458 (1): 69–71. Дои:10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9. PMID  10518936. S2CID  34980474.
  20. ^ Betts, M.J .; Р. Б. Рассел (2003). «Гидрофобные аминокислоты». Аминокислотные свойства и последствия замен // Биоинформатика для генетиков.. Wiley. Получено 2012-09-16.
  21. ^ Горга, Франк Р. (1998–2001). «Введение в структуру белка - неполярные аминокислоты». Архивировано из оригинал на 2012-09-05. Получено 2012-09-16.
  22. ^ «Виртуальный чембук - аминокислотная структура». Элмхерст-колледж. Архивировано из оригинал на 2012-10-02. Получено 2012-09-16.
  23. ^ Sevier CS, Kaiser CA (ноябрь 2002 г.). «Образование и перенос дисульфидных связей в живых клетках». Nat. Преподобный Мол. Cell Biol. 3 (11): 836–47. Дои:10.1038 / nrm954. PMID  12415301. S2CID  2885059.
  24. ^ Хуанг, Цзоу-Чи; Хо, Чи-Тан (27.07.2001). Hui, Y. H .; Нип, Вай-Кит; Роджерс, Роберт (ред.). Наука о мясе и ее применение, гл. Вкус мясных продуктов. CRC. С. 71–102. ISBN  978-0-203-90808-2.
  25. ^ «Пищевые ингредиенты и красители». Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Ноябрь 2004 г. Архивировано с оригинал на 2009-05-12. Получено 2009-09-06. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь).[мертвая ссылка ]
  26. ^ Спринс Х., Паркер С.М., Смит Г.Г., Гонсалес Л.Дж. (апрель 1974 г.). «Защита от токсичности ацетальдегида у крыс с помощью L-цистеина, тиамина и L-2-метилтиазолидин-4-карбоновой кислоты». Действия агентов. 4 (2): 125–30. Дои:10.1007 / BF01966822. PMID  4842541. S2CID  5924137.
  27. ^ CJ Peter Eriksson, Markus Metsälä, Tommi Möykkynen, Heikki Mäkisalo, Olli Kärkkäinen, Maria Palmén, Joonas E Salminen, Jussi Kauhanen, L-цистеин, содержащая витаминная добавка, которая предотвращает или облегчает симптомы алкогольной боли, похмелья и алкогольной боли. Алкоголь и алкоголизм. 2020. https://doi.org/10.1093/alcalc/agaa082
  28. ^ Кантер М.З. (октябрь 2006 г.). «Сравнение перорального и внутривенного ацетилцистеина при лечении отравления ацетаминофеном». Am J Health Syst Pharm. 63 (19): 1821–7. Дои:10.2146 / ajhp060050. PMID  16990628. S2CID  9209528.
  29. ^ Пауэлл BC, Уокер С.К., Боуден С.С., Сивапрасад А.В., Роджерс Г.Е. (1994). «Трансгенные овцы и рост шерсти: возможности и текущее состояние». Репрод. Fertil. Dev. 6 (5): 615–23. Дои:10.1071 / RD9940615. PMID  7569041.
  30. ^ "Кошерный взгляд на L-цистеин". kashrut.com. Май 2003 г.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка