Cystein - Cysteine - Wikipedia

Nesmí být zaměňována s cytosin, cystin, cytisin, cytidin nebo Sixtin.
"Cys" přeadresuje tady. Pro další použití viz Cys (disambiguation).
l-Cystein
L-Cystein - L-Cysteine.svg
L-cystein-z-xtal-Mercury-3D-balls.png
L-cystein-z-xtal-Mercury-3D-sf.png
Jména
Název IUPAC
Cystein
Ostatní jména
Kyselina 2-amino-3-sulfhydrylpropanová
Identifikátory
3D model (JSmol )
ZkratkyCys, C
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
  • 574 (Racemický) šekY
  • 5653 (L-formulář) šekY
Informační karta ECHA100.000.145 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 200-158-2
Číslo E.E920 (zasklívací prostředky, ...)
KEGG
UNII
Vlastnosti[2]
C3H7NÓ2S
Molární hmotnost121.15 g · mol−1
Vzhledbílé krystaly nebo prášek
Bod tání 240 ° C (464 ° F; 513 K) se rozkládá
rozpustný
Rozpustnost1,5 g / 100 g ethanolu 19 ° C [1]
+ 9,4 ° (v2Ó, C = 1.3)
Stránka doplňkových dat
Index lomu (n),
Dielektrická konstanta (εr), atd.
Termodynamické
data
Fázové chování
pevná látka - kapalina - plyn
UV, IR, NMR, SLEČNA
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Cystein (symbol Cys nebo C;[3] /ˈsɪstɪiːn/)[4] je seminezbytný[5] proteinogenní aminokyselina s vzorec HOOC-CH- (NH2) -CH2-SH. The thiol vedlejšího řetězce v cysteinu se často účastní enzymatický reakce, jako a nukleofil. Thiol je citlivý na oxidaci za vzniku disulfid derivát cystin, který v mnoha případech hraje důležitou strukturální roli bílkoviny. Při použití jako potravinářská přídatná látka má Číslo E. E920. to je kódovaný podle kodony UGU a UGC.

Cystein má stejnou strukturu jako serin, ale s jedním ze svých atomů kyslíku nahrazen síra; nahradit jej selen dává selenocystein. Stejně jako ostatní přirozené proteinogenní aminokyseliny má cystein l chirality u starších d/l notace založená na homologii k d- a l-glyceraldehyd. V novější R/S systém označování chirality, založený na atomovém počtu atomů v blízkosti asymetrického uhlíku, mají cystein (a selenocystein) R chirality, kvůli přítomnosti síry (nebo selenu) jako druhého souseda s asymetrickým uhlíkem. Zbývající chirální aminokyseliny, které mají v této poloze lehčí atomy, mají S chirality.

Zdroje stravy

Stejně jako ostatní běžné aminokyseliny se cystein (a jeho oxidovaná dimerní forma cystin) nachází ve vysoceprotein potraviny. Ačkoli je klasifikován jako nonesenciální aminokyselina ve vzácných případech může být cystein nezbytný pro kojence, starší osoby a osoby s určitými metabolickými chorobami nebo osoby trpící malabsorpce syndromy. Cystein může být obvykle syntetizován lidským tělem za normálních fyziologických podmínek, pokud je v dostatečném množství methionin je k dispozici.

Stejně jako ostatní aminokyseliny má cystein ve své monomerní „volné“ formě (nikoli jako součást proteinu) amfoterní charakter.

(R) -Cystein (vlevo) a (S) -Cystein (vpravo) ve zwitteriontové formě při neutrálním pH

Průmyslové zdroje

Většina l-cystein se průmyslově získává hydrolýza živočišných materiálů, jako je drůbeží peří nebo prasečí chlupy. Navzdory rozšířenému přesvědčení jinak málo důkazů ukazuje, že lidské vlasy jsou používány jako zdrojový materiál a jejich použití je v Evropské unii výslovně zakázáno.[6][rozporuplný ] Synteticky vyrobené l-cystein, v souladu s židovským košer a muslim halal zákony, je také k dispozici, i když za vyšší cenu.[7] Syntetická cesta zahrnuje fermentaci s použitím mutantu E-coli. Degussa představil cestu ze substituovaného thiazoliny.[8] V návaznosti na tuto technologii l-cystein je produkován hydrolýzou racemického 2-amino-A2-thiazolin-4-karboxylové kyseliny za použití Pseudomonas thiazolinophilum.[9]

Biosyntéza

Syntéza cysteinu: Cystathionin beta syntáza katalyzuje horní reakci a cystathionin gama-lyáza katalyzuje nižší reakci.

U zvířat začíná biosyntéza aminokyselinou serin. Síra pochází z methionin, který je převeden na homocystein přes meziprodukt S-adenosylmethionin. Cystathionin beta-syntáza potom kombinuje homocystein a serin za vzniku asymetrického thioetheru cystathionin. Enzym cystathionin gama-lyáza převádí cystathionin na cystein a alfa-ketobutyrát. v rostliny a bakterie, biosyntéza cysteinu také začíná ze serinu, který se převádí na Ó-acetylserin enzymem serinová transacetyláza. Enzym cysteinsyntáza pomocí zdrojů sulfidů převádí tento ester na cystein a uvolňuje acetát.[10]

Biologické funkce

Cysteinsulfhydrylová skupina je nukleofilní a snadno oxidovatelný. Reaktivita se zvyšuje, když je thiol ionizován, a cystein zbytky v bílkovinách mají pKA hodnoty blízké neutralitě, takže jsou často v jejich reaktivitě thiolát tvoří v buňce.[11] Díky své vysoké reaktivitě má sulfhydrylová skupina cysteinu řadu biologických funkcí a cystein mohl hrát důležitou roli ve vývoji primitivního života na Zemi.[12]

Předchůdce antioxidačního glutathionu

Díky schopnosti thiolů podstoupit redoxní reakce má cystein antioxidant vlastnosti. Jeho antioxidační vlastnosti jsou obvykle vyjádřeny v tripeptidu glutathion, který se vyskytuje u lidí a jiných organismů. Systémová dostupnost perorálního glutathionu (GSH) je zanedbatelná; musí být tedy biosyntetizován z jeho základních aminokyselin, cysteinu, glycin, a kyselina glutamová. Zatímco kyselina glutamová je obvykle dostatečná, protože dusík aminokyselin se recykluje přes glutamát jako meziprodukt, suplementace cysteinem a glycinem v potravě může zlepšit syntézu glutathionu.[13]

Předchůdce klastrů železa a síry

Cystein je důležitým zdrojem sulfid v člověku metabolismus. Sulfid v klastry železo-síra a v dusičnan se extrahuje z cysteinu, který se převede na alanin v průběhu.[14]

Vazba kovových iontů

Kromě proteinů železo-síra je na thiolátový substituent cysteinylových zbytků vázáno mnoho dalších kovových kofaktorů v enzymech. Mezi příklady patří zinek v zinkové prsty a alkohol dehydrogenáza, měď v modré měděné proteiny, nažehlit cytochrom P450 a nikl v [NiFe] -hydrogenázy.[15] Sulfhydrylová skupina má také vysokou afinita pro těžké kovy, takže proteiny obsahující cystein, jako např metalothionein, vůle svázat kovy, jako je rtuť, olovo a kadmium.[16]

Role ve struktuře bílkovin

Při translaci molekul messengerové RNA na produkci polypeptidů je cystein kódován UGU a UGC kodony.

Cystein je tradičně považován za a hydrofilní aminokyselina, založená převážně na chemické paralele mezi ní sulfhydrylová skupina a hydroxyl skupiny v postranních řetězcích jiných polárních aminokyselin. Ukázalo se však, že postranní řetězec cysteinu stabilizuje hydrofobní interakce v micelách ve větší míře než postranní řetězec v nepolární aminokyselině glycinu a polární aminokyselině serinu.[17] Ve statistické analýze frekvence, s jakou se aminokyseliny objevují v různých chemických prostředích ve strukturách proteinů, bylo zjištěno, že volné cysteinové zbytky se asociují s hydrofobními oblastmi proteinů. Jejich hydrofobní tendence byla ekvivalentní tendenci známých nepolárních aminokyselin, jako jsou methionin a tyrosin (tyrosin je polární aromatický, ale také hydrofobní[18]), jejichž obsah byl mnohem větší než u známých polárních aminokyselin, jako je serin a threonin.[19] Stupnice hydrofobicity, které řadí aminokyseliny od nejvíce hydrofobních po nejvíce hydrofilní, důsledně umisťují cystein na hydrofobní konec spektra, i když jsou založeny na metodách, které nejsou ovlivněny tendencí cysteinů vytvářet disulfidové vazby v proteinech. Cystein je proto nyní často zařazen mezi hydrofobní aminokyseliny,[20][21] ačkoli to je někdy také klasifikováno jako mírně polární,[22] nebo polární.[5]

Zatímco volné cysteinové zbytky se vyskytují v proteinech, většina je kovalentně navázána na další cysteinové zbytky, které se tvoří disulfidové vazby, které hrají důležitou roli při skládání a stabilitě některých proteinů, obvykle proteinů vylučovaných do extracelulárního média.[23] Protože většina celulárních oddělení je redukující prostředí, disulfidové vazby jsou obecně nestabilní v cytosol s několika výjimkami, jak je uvedeno níže.

Obrázek 2: Cystine (zde zobrazené v neutrální formě), dva cysteiny vázané dohromady disulfidovou vazbou

Disulfidové vazby v proteinech se tvoří oxidací sulfhydrylové skupiny cysteinových zbytků. Druhá aminokyselina obsahující síru, methionin, nemůže vytvářet disulfidové vazby. Agresivnější oxidanty převádějí cystein na odpovídající kyselina sírová a kyselina sulfonová. Cysteinové zbytky hrají cennou roli zesíťováním proteinů, což zvyšuje tuhost proteinů a také zajišťuje propůjčení proteolytické rezistence (protože export proteinu je nákladný proces, minimalizace jeho nutnosti je výhodná). Uvnitř buňky disulfidové můstky mezi cysteinovými zbytky v polypeptidu podporují terciární strukturu proteinu. Inzulín je příklad proteinu se zesíťováním cystinu, kde dva oddělené peptidové řetězce jsou spojeny dvojicí disulfidových vazeb.

Protein disulfid izomerázy katalyzovat správnou tvorbu disulfidové vazby; přenosy buněk kyselina dehydroaskorbová do endoplazmatické retikulum, který oxiduje životní prostředí. V tomto prostředí jsou cysteiny obecně oxidovány na cystin a již nejsou funkční jako nukleofily.

Kromě oxidace na cystin se cystein účastní mnoha posttranslační úpravy. The nukleofilní sulfhydrylová skupina umožňuje cysteinu konjugovat s jinými skupinami, např. v prenylace. Ubikvitin ligázy převést ubikvitin na jeho přívěsek, bílkoviny a kaspázy, které se účastní proteolýzy v apoptotickém cyklu. Inteiny často fungují pomocí katalytického cysteinu. Tyto role jsou obvykle omezeny na intracelulární prostředí, kde se prostředí zmenšuje a cystein se neoxiduje na cystin.

Aplikace

Cystein, hlavně l-enantiomer, je předchůdce v potravinářském, farmaceutickém a osobním průmyslu. Jednou z největších aplikací je výroba příchutí. Například reakce cysteinu s cukry v a Maillardova reakce poskytuje masové příchutě.[24] l-Cystein se také používá jako a pomoc při zpracování na pečení.[25]

V oblasti osobní péče se používá cystein permanentní vlna aplikace, převážně v Asii. Cystein se opět používá k rozbití disulfidových vazeb v vlasy je keratin.

Cystein je velmi oblíbeným cílem experimentů značení zaměřených na místo pro zkoumání biomolekulární struktury a dynamiky. Maleimides selektivně se připojit k cysteinu pomocí kovalentní látky Michael navíc. Webově zaměřené označení rotací pro EPR nebo NMR se zvýšenou paramagnetickou relaxací také značně využívá cystein.

Snižování toxických účinků alkoholu

Cystein byl navržen jako preventivní nebo protijed pro některé negativní účinky alkoholu, včetně poškození jater a kocovina. Působí proti jedovatým účinkům acetaldehyd. Cystein podporuje další krok v metabolismu, který přemění acetaldehyd na octová kyselina.

V krysa studie, testovaná zvířata obdržela LD90 dávka acetaldehydu. Ti, kteří dostávali cystein, měli 80% míru přežití; když cystein i thiamin byla podána, všechna zvířata přežila. The kontrolní skupina měl 10% míru přežití.[26]

V roce 2020 byl publikován článek, který naznačuje, že L-cystein může fungovat také u lidí.[27]

N-Acetylcystein

N-Acetyl-l-cystein je derivát cysteinu, kde an acetylová skupina je připojen k atomu dusíku. Tato sloučenina se prodává jako doplněk stravy a používá se jako protijed v případech acetaminofen předávkovat.[28]

Ovce

Cystein je vyžadován ovce k výrobě vlny. Jedná se o esenciální aminokyselinu, kterou je třeba přijímat z potravy. V důsledku toho ovce během sucha produkují méně vlny; nicméně, transgenní byly vyvinuty ovce, které si mohou vyrobit vlastní cystein.[29]

Dietní omezení

Zdroje živočišného původu l-cystein jako potravinářská přídatná látka je předmětem sporu pro lidi, kteří dodržují dietní omezení, jako je košer, halal, vegan nebo vegetarián.[30] Abyste se tomuto problému vyhnuli, l-cystein může být také získán z mikrobiálních nebo jiných syntetických procesů.

Viz také

Reference

  1. ^ Belitz, H.-D; Grosch, Werner; Schieberle, Peter (2009-02-27). Chemie potravin. ISBN  9783540699330.
  2. ^ Weast, Robert C., ed. (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62. vydání). Boca Raton, FL: CRC Press. p. C-259. ISBN  0-8493-0462-8..
  3. ^ "Nomenklatura a symbolika pro aminokyseliny a peptidy (doporučení IUPAC-IUB 1983)", Pure Appl. Chem., 56 (5): 595–624, 1984, doi:10.1351 / pac198456050595
  4. ^ "cystein - definice cysteinu v angličtině Oxfordskými slovníky". Oxfordské slovníky - angličtina. Citováno 15. dubna 2018.
  5. ^ A b „Primární strukturou proteinů je aminokyselinová sekvence“. Mikrobiální svět. Oddělení bakteriologie University of Wisconsin-Madison. Citováno 16. září 2012.
  6. ^ „Chemické požadavky EU“. Citováno 24. května 2020.
  7. ^ „Otázky o složkách potravin: Co je to L-cystein / cystein / cystin?“. Vegetariánská skupina zdrojů. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  8. ^ Martens, Jürgen; Offermanns, Heribert; Scherberich, Paul (1981). "Snadná syntéza racemického cysteinu". Angewandte Chemie International Edition v angličtině. 20 (8): 668. doi:10.1002 / anie.198106681.
  9. ^ Drauz, Karlheinz; Grayson, Ian; Kleemann, Axel; Krimmer, Hans-Peter; Leuchtenberger, Wolfgang; Weckbecker, Christoph (2007). "Aminokyseliny". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002 / 14356007.a02_057.pub2. ISBN  978-3-527-30673-2.
  10. ^ Hell R (1997). "Molekulární fyziologie metabolismu síry v rostlinách". Planta. 202 (2): 138–48. doi:10,1007 / s004250050112. PMID  9202491. S2CID  2539629.
  11. ^ Bulaj G, Kortemme T, Goldenberg DP (červen 1998). "Vztahy ionizační reaktivity pro cysteinové thioly v polypeptidech". Biochemie. 37 (25): 8965–72. doi:10.1021 / bi973101r. PMID  9636038.
  12. ^ Vallee, Yannick; Shalayel, Ibrahim; Ly, Kieu-Dung; Rao, K. V. Raghavendra; Paëpe, Gael De; Märker, Katharina; Milet, Anne (08.11.2017). „Na samém začátku života na Zemi: světová hypotéza peptidů bohatých na thiol (TRP)“. International Journal of Developmental Biology. 61 (8–9): 471–478. doi:10.1387 / ijdb.170028yv. ISSN  0214-6282. PMID  29139533.
  13. ^ Sekhar, Rajagopal V; Patel, Sanjeet G (2011). „Nedostatečná syntéza glutathionu je základem oxidačního stresu ve stárnutí a lze jej napravit suplementací cysteinu a glycinu ve stravě“. American Journal of Clinical Nutrition. 94 (3): 847–853. doi:10.3945 / ajcn.110.003483. PMC  3155927. PMID  21795440. Citováno 29. listopadu 2018. otevřený přístup
  14. ^ Lill R, Mühlenhoff U (2006). „Biogeneze železa a síry v eukaryotech: komponenty a mechanismy“. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 22: 457–86. doi:10.1146 / annurev.cellbio.22.010305.104538. PMID  16824008.
  15. ^ Lippard, Stephen J .; Berg, Jeremy M. (1994). Principy bioanorganické chemie. Mill Valley, CA: University Science Books. ISBN  978-0-935702-73-6.[stránka potřebná ]
  16. ^ Baker DH, Czarnecki-Maulden GL (červen 1987). "Farmakologická role cysteinu při zlepšování nebo zhoršování minerální toxicity". J. Nutr. 117 (6): 1003–10. doi:10.1093 / jn / 117.6.1003. PMID  3298579.
  17. ^ Heitmann P (leden 1968). „Model pro sulfhydrylové skupiny v proteinech. Hydrofobní interakce postranního řetězce cysteinu v micelách“. Eur. J. Biochem. 3 (3): 346–50. doi:10.1111 / j.1432-1033.1968.tb19535.x. PMID  5650851.
  18. ^ „Recenze aminokyselin (výukový program)“. Curtin University. Archivovány od originál dne 07.09.2015. Citováno 2015-09-09.
  19. ^ Nagano N, Ota M, Nishikawa K (září 1999). "Silná hydrofobní povaha cysteinových zbytků v proteinech". FEBS Lett. 458 (1): 69–71. doi:10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9. PMID  10518936. S2CID  34980474.
  20. ^ Betts, M. J.; R.B.Russell (2003). „Hydrofobní aminokyseliny“. Vlastnosti aminokyselin a důsledky substitucí, In: Bioinformatika pro genetiky. Wiley. Citováno 2012-09-16.
  21. ^ Gorga, Frank R. (1998–2001). "Úvod do proteinové struktury - nepolární aminokyseliny". Archivovány od originál dne 2012-09-05. Citováno 2012-09-16.
  22. ^ „Virtuální chembook - struktura aminokyselin“. Elmhurst College. Archivovány od originál dne 2012-10-02. Citováno 2012-09-16.
  23. ^ Sevier CS, Kaiser CA (listopad 2002). "Tvorba a přenos disulfidových vazeb v živých buňkách". Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 3 (11): 836–47. doi:10.1038 / nrm954. PMID  12415301. S2CID  2885059.
  24. ^ Huang, Tzou-Chi; Ho, Chi-Tang (2001-07-27). Hui, Y. H .; Nip, Wai-Kit; Rogers, Robert (eds.). Meat Science and Applications, ch. Příchutě masných výrobků. CRC. 71–102. ISBN  978-0-203-90808-2.
  25. ^ „Potravinové přísady a barvy“. US Food and Drug Administration. Listopad 2004. Archivovány od originál dne 12. 5. 2009. Citováno 2009-09-06. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc).[mrtvý odkaz ]
  26. ^ Sprince H, Parker CM, Smith GG, Gonzales LJ (duben 1974). "Ochrana proti toxicitě acetaldehydu u potkanů ​​pomocí L-cysteinu, thiaminu a L-2-methylthiazolidin-4-karboxylové kyseliny". Akce agentů. 4 (2): 125–30. doi:10.1007 / BF01966822. PMID  4842541. S2CID  5924137.
  27. ^ C J Peter Eriksson, Markus Metsälä, Tommi Möykkynen, Heikki Mäkisalo, Olli Kärkkäinen, Maria Palmén, Joonas E Salminen, Jussi Kauhanen, L-cystein obsahující vitaminový doplněk, který předchází nebo zmírňuje příznaky kocoviny související s alkoholem, příznaky bolesti hlavy, nevolnost Alkohol a alkoholismus. 2020. https://doi.org/10.1093/alcalc/agaa082
  28. ^ Kanter MZ (říjen 2006). „Srovnání perorálního a intravenózního acetylcysteinu při léčbě otravy acetaminofenem“. Am J Health Syst Pharm. 63 (19): 1821–7. doi:10.2146 / ajhp060050. PMID  16990628. S2CID  9209528.
  29. ^ Powell BC, Walker SK, Bawden CS, Sivaprasad AV, Rogers GE (1994). "Transgenní růst ovcí a vlny: možnosti a současný stav". Reprod. Plod Dev. 6 (5): 615–23. doi:10.1071 / RD9940615. PMID  7569041.
  30. ^ "Košer pohled na L-cystein". kashrut.com. Květen 2003.

Další čtení

externí odkazy