Цистеин (символ Cys или С ; [3] / ы ɪ с т ɪ я п / ) [4] является пол существенного [5] протеиногенные аминокислот с формулой HOOC-СН- (NH 2 ) -CH 2 -SH . Тиольные боковая цепь цистеина в часто участвует в ферментативных реакциях, в качестве нуклеофила . Тиол подвержен окислению с образованием дисульфидного производного цистина., который играет важную структурную роль во многих белках . При использовании в качестве пищевой добавки он имеет номер E E920. Он кодируется с помощью кодонов UGU и UGC.
Скелетная формула из L цистеина | |||
Имена | |||
---|---|---|---|
Название ИЮПАК Цистеин | |||
Другие названия 2-амино-3-сульфгидрилпропановая кислота | |||
Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol ) | |||
Сокращения | Cys , C | ||
ЧЭБИ | |||
ЧЭМБЛ | |||
ChemSpider | |||
ECHA InfoCard | 100.000.145 | ||
Номер ЕС |
| ||
Номер E | E920 (глазури, ...) | ||
КЕГГ | |||
PubChem CID | |||
UNII |
| ||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| |||
| |||
Свойства [2] | |||
Химическая формула | C 3 H 7 N O 2 S | ||
Молярная масса | 121,15 г · моль -1 | ||
Появление | белые кристаллы или порошок | ||
Температура плавления | 240 ° С (464 ° F, 513 К) разлагается | ||
Растворимость в воде | растворимый | ||
Растворимость | 1,5 г / 100 г этанола при температуре 19 ° C [1] | ||
Хиральное вращение ([α] D ) | + 9,4 ° (H 2 O, c = 1,3) | ||
Страница дополнительных данных | |||
Структура и свойства | Показатель преломления ( n ), диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д. | ||
Термодинамические данные | Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ | ||
Спектральные данные | УФ , ИК , ЯМР , МС | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
проверить ( что есть ?) | |||
Ссылки на инфобоксы | |||
Состав
Как и другие аминокислоты (не в виде остатка белка), цистеин существует в виде цвиттериона . Цистеин имеет l хиральность в старших d / l обозначение, основанное на гомологии г - и 1 -глицеральдегид. В новой системе обозначения хиральности R / S , основанной на атомных числах атомов рядом с асимметричным углеродом, цистеин (и селеноцистеин) имеют R- хиральность из-за присутствия серы (или селена) в качестве второго соседа асимметричного углерода. атом. Остальные хиральные аминокислоты, имеющие более легкие атомы в этом положении, обладают S- хиральностью. Замена серы селеном дает селеноцистеин .
Диетические источники
Цистинил - это остаток в продуктах с высоким содержанием белка . Хотя цистеин классифицируется как незаменимая аминокислота , в редких случаях он может быть незаменим для младенцев, пожилых людей и людей с определенными метаболическими заболеваниями или страдающих синдромами мальабсорбции . Цистеин обычно может синтезироваться человеческим организмом при нормальных физиологических условиях, если доступно достаточное количество метионина .
Промышленные источники
Большая часть чего-либо 1- цистеин получают в промышленности путем гидролиза материалов животного происхождения, таких как перья птицы или шерсть свиней. 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] Произведено синтетическим путем l -цистеин, соответствующий еврейским кошерным и мусульманским законам о халяле , также доступен, хотя и по более высокой цене. [7] Синтетический путь включает ферментацию с использованием мутанта E. coli . Degussa представила путь из замещенных тиазолинов . [8] Следуя этой технологии, 1- цистеин получают гидролизом рацемической 2-амино- 2 - тиазолин -4-карбоновой кислоты с использованием Pseudomonas thiazolinophilum . [9]
Биосинтез
У животных биосинтез начинается с аминокислоты серина . Сера образуется из метионина , который превращается в гомоцистеин через промежуточный S- аденозилметионин . Затем цистатионин-бета-синтаза объединяет гомоцистеин и серин с образованием асимметричного тиоэфирного цистатионина . Фермент цистатионин-гамма-лиаза превращает цистатионин в цистеин и альфа-кетобутират . У растений и бактерий биосинтез цистеина также начинается с серина, который превращается в О- ацетилсерин ферментом серинтрансацетилазой . Фермент цистеинсинтаза , используя источники сульфидов, превращает этот эфир в цистеин, высвобождая ацетат. [10]
Биологические функции
Сульфгидрильная группа цистеина является нуклеофильной и легко окисляется. Реакционная способность повышается, когда тиол ионизируется, и остатки цистеина в белках имеют значения pK a, близкие к нейтральным, поэтому часто в клетке они находятся в своей реактивной тиолатной форме. [11] Из-за своей высокой реакционной способности сульфгидрильная группа цистеина выполняет множество биологических функций.
Предшественник антиоксиданта глутатиона
Благодаря способности тиолов вступать в окислительно-восстановительные реакции, цистеин и цистеиниловые остатки обладают антиоксидантными свойствами. Его антиоксидантные свойства обычно выражаются в трипептиде глутатионе , который встречается у людей и других организмов. Системная доступность орального глутатиона (GSH) незначительна; поэтому он должен быть биосинтезирован из входящих в его состав аминокислот, цистеина, глицина и глутаминовой кислоты . Хотя глутаминовой кислоты обычно достаточно, потому что аминокислотный азот рециркулируется через глутамат в качестве промежуточного звена, добавление цистеина и глицина в рацион может улучшить синтез глутатиона. [12]
Предшественник железо-серных кластеров
Цистеин - важный источник сульфидов в метаболизме человека . Сульфид в железо-серных кластерах и в нитрогеназе извлекается из цистеина, который в процессе превращается в аланин . [13]
Связывание ионов металлов
Помимо белков железо-сера, многие другие кофакторы металлов в ферментах связаны с тиолатным заместителем цистеиниловых остатков. Примеры включают цинк в цинковых пальцах и алкогольдегидрогеназу , медь в голубых медных белках , железо в цитохроме P450 и никель в [NiFe] - гидрогеназах . [14] Сульфгидрильная группа также имеет высокое сродство к тяжелым металлам , поэтому белки, содержащие цистеин, такие как металлотионеин , будут прочно связывать такие металлы, как ртуть, свинец и кадмий. [15]
Роли в структуре белка
При трансляции молекул матричной РНК для производства полипептидов цистеин кодируется кодонами UGU и UGC .
Цистеин традиционно считался гидрофильной аминокислотой, в основном на основании химической параллели между его сульфгидрильной группой и гидроксильными группами 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. [16] 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 является полярным ароматическим, но также гидрофобным [17] ), те из которых были намного сильнее, чем у известных полярных аминокислот, таких как серин и треонин . [18] Шкалы гидрофобности , которые ранжируют аминокислоты от наиболее гидрофобных до наиболее гидрофильных, 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. . Таким образом, цистеин в настоящее время часто относят к гидрофобным аминокислотам [19] [20], хотя иногда его также классифицируют как слегка полярный [21] или полярный. [5]
Хотя свободные остатки цистеина действительно присутствуют в белках, большинство из них ковалентно связаны с другими остатками цистеина с образованием дисульфидных связей , которые играют важную роль в укладке и стабильности некоторых белков, обычно белков, секретируемых во внеклеточную среду. [22] Поскольку большинство клеточных компартментов представляют собой восстанавливающую среду , дисульфидные связи в цитозоле обычно нестабильны, за некоторыми исключениями, как указано ниже.
Дисульфидные связи в белках образуются за счет окисления сульфгидрильной группы остатков цистеина. Другая серосодержащая аминокислота, метионин, не может образовывать дисульфидные связи. Более агрессивные окислители превращают цистеин в соответствующую сульфиновую кислоту и сульфоновую кислоту . Остатки цистеина играют важную 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 катализируют правильное образование дисульфидных связей ; клетка переносит дегидроаскорбиновую кислоту в 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 посттрансляционных модификациях . Нуклеофильные сульфгидрильные группы цистеин позволяет с сопряженным с другими группами, например, в пренилировании . Убиквитин лигазы передачи убиквитина к его подвесному, белкам, и каспазу , которые участвуют в протеолизе в апоптотических цикле. Интеины часто функционируют с помощью каталитического цистеина. Эти роли обычно ограничиваются внутриклеточной средой, где среда восстанавливается, а цистеин не окисляется до цистина.
Приложения
Цистеин, в основном l - энантиомер , является прекурсором в пищевой, фармацевтической промышленности и производстве средств личной гигиены. Одно из самых крупных приложений - производство ароматизаторов. Например, реакция цистеина с сахарами в реакции Майяра дает запах мяса. [23]1- Цистеин также используется в качестве технологической добавки при выпечке. [24]
В области личной гигиены цистеин используется для перманентной завивки , преимущественно в Азии. Опять же , цистеин используется для разрушения дисульфидных связей в волосы «s кератина .
Цистеин является очень популярной мишенью для экспериментов по сайт-направленной маркировке для исследования биомолекулярной структуры и динамики. Малеимиды избирательно присоединяются к цистеину с помощью ковалентного присоединения Михаэля . Сайт-направленное спиновое мечение для ЭПР или ЯМР с усиленной парамагнитной релаксацией также широко использует цистеин.
Снижение токсического действия алкоголя
Цистеин был предложен в качестве профилактического средства или противоядия от некоторых негативных эффектов алкоголя, включая повреждение печени и похмелье . Он противодействует ядовитому действию ацетальдегида . Цистеин поддерживает следующий этап метаболизма, который превращает ацетальдегид в уксусную кислоту .
В исследовании на крысах подопытные животные получали ацетальдегид в дозе LD 90 . У тех, кто получал цистеин, выживаемость составляла 80%; когда вводили цистеин и тиамин , все животные выживали. Контрольная группа имела коэффициент выживаемости 10%. [25]
В 2020 году была опубликована статья, в которой предполагается, что L-цистеин также может работать у людей. [26]
N- ацетилцистеин
N- ацетил- л цистеина представляет собой производное цистеинакотором ацетильная группа присоединена к атому азота. Это соединение продается как пищевая добавка и используется в качестве противоядия в случаепередозировки ацетаминофена . [27]
Овец
Цистеин необходим овцам для производства шерсти. Это незаменимая аминокислота, которую необходимо получать с пищей. Как следствие, в условиях засухи овцы производят меньше шерсти; однако были разработаны трансгенные овцы, которые могут вырабатывать собственный цистеин. [28]
Диетические ограничения
Источники животного происхождения L- цистеин в качестве пищевой добавки является предметом спора для людей, соблюдающих диетические ограничения, такие как кошерный, халяльный, веганский или вегетарианский. [29] Чтобы избежать этой проблемы, l -цистеин также может быть получен из микробных или других синтетических процессов.
Смотрите также
- Аминокислоты
- Метаболизм цистеина
- Цистинурия
- Реакция Сэвилла
- Салливан реакция
Рекомендации
- ^ Белиц, H.-D; Грош, Вернер; Шиберле, Питер (27 февраля 2009 г.). Пищевая химия . ISBN 9783540699330.
- ^ Уист, 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..
- ^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов (Рекомендации IUPAC-IUB 1983 г.)», Pure Appl. Chem. , 56 (5): 595-624, 1984, DOI : 10,1351 / pac198456050595
- ^ «цистеин - определение цистеина на английском языке Оксфордскими словарями» . Оксфордские словари - английские . Проверено 15 апреля 2018 года .
- ^ а б «Первичная структура белков - это аминокислотная последовательность» . Микробный мир . Бактериологический факультет Университета Висконсин-Мэдисон . Проверено 16 сентября 2012 года .
- ^ «Требования ЕС к химическим веществам» . Проверено 24 мая 2020 года .
- ^ «Вопросы о пищевых ингредиентах: что такое L-цистеин / цистеин / цистин?» . Вегетарианская ресурсная группа. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Мартенс, Юрген; Офферманнс, Хериберт ; Щерберих, Пол (1981). «Легкий синтез рацемического цистеина». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 20 (8): 668. DOI : 10.1002 / anie.198106681 .
- ^ Драуз, Карлхайнц; Грейсон, Ян; Климанн, Аксель; Криммер, Ханс-Петер; Лойхтенбергер, Вольфганг; Weckbecker, Кристоф (2007). "Аминокислоты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . DOI : 10.1002 / 14356007.a02_057.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
- ^ Ад R (1997). «Молекулярная физиология обмена серы в растениях». Planta . 202 (2): 138–48. DOI : 10.1007 / s004250050112 . PMID 9202491 . S2CID 2539629 .
- ^ Булай Г., Кортемме Т., Гольденберг Д.П. (июнь 1998 г.). «Отношения ионизации-реактивности для тиолов цистеина в полипептидах». Биохимия . 37 (25): 8965–72. DOI : 10.1021 / bi973101r . PMID 9636038 .
- ^ 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. DOI : 10,3945 / ajcn.110.003483 . PMC 3155927 . PMID 21795440 .
- ^ Lill R, Mühlenhoff U (2006). «Биогенез железо-серных белков у эукариот: компоненты и механизмы» . Анну. Rev. Cell Dev. Биол . 22 : 457–86. DOI : 10.1146 / annurev.cellbio.22.010305.104538 . PMID 16824008 .
- ^ Липпард, Стивен Дж .; Берг, Джереми М. (1994). Основы биоинорганической химии . Милл-Вэлли, Калифорния: Университетские научные книги. ISBN 978-0-935702-73-6.[ требуется страница ]
- ^ 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. DOI : 10.1093 / JN / 117.6.1003 . PMID 3298579 .
- ^ Heitmann P (январь 1968 г.). «Модель сульфгидрильных групп в белках. Гидрофобные взаимодействия боковой цепи цистеина в мицеллах». Евро. J. Biochem . 3 (3): 346–50. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1968.tb19535.x . PMID 5650851 .
- ^ «Обзор аминокислот (учебник)» . Куртинский университет. Архивировано из оригинала на 2015-09-07 . Проверено 9 сентября 2015 .
- ^ Нагано Н., Ота М., Нисикава К. (сентябрь 1999 г.). «Сильная гидрофобная природа остатков цистеина в белках» . FEBS Lett . 458 (1): 69–71. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9 . PMID 10518936 . S2CID 34980474 .
- ^ Беттс, MJ; РБ Рассел (2003). «Гидрофобные аминокислоты» . Аминокислотные свойства и последствия замен // Биоинформатика для генетиков . Вайли . Проверено 16 сентября 2012 .
- ^ Горга, Франк Р. (1998–2001). «Введение в структуру белка - неполярные аминокислоты» . Архивировано из оригинала на 2012-09-05 . Проверено 16 сентября 2012 .
- ^ «Виртуальный чембук - аминокислотная структура» . Элмхерст-колледж. Архивировано из оригинала на 2012-10-02 . Проверено 16 сентября 2012 .
- ^ Sevier CS, Kaiser CA (ноябрь 2002 г.). «Образование и перенос дисульфидных связей в живых клетках». Nat. Rev. Mol. Cell Biol . 3 (11): 836–47. DOI : 10.1038 / nrm954 . PMID 12415301 . S2CID 2885059 .
- ^ Хуанг, Цзоу-Чи; Хо, Чи-Тан (27.07.2001). Хуэй, YH; Нип, Вай-Кит; Роджерс, Роберт (ред.). Наука о мясе и ее применение, гл. Ароматизаторы мясных продуктов . CRC. С. 71–102. ISBN 978-0-203-90808-2.
- ^ «Пищевые ингредиенты и красители» . Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Ноября 2004 года Архивировано из оригинала на 2009-05-12 . Проверено 6 сентября 2009 . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ). [ мертвая ссылка ] - ^ 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. DOI : 10.1007 / BF01966822 . PMID 4842541 . S2CID 5924137 .
- ^ CJ Peter Eriksson, Маркус Metsälä, Tommi Möykkynen, Хейкки Mäkisalo, Олли Kärkkäinen, Мария Palmen, Йонас E Salminen, Юсси Kauhanen, L-цистеинсодержащих витаминкоторый предотвращает или Облегчает связанныхалкоголемпохмелье Симптомы: тошнота, головная боль, стресс и беспокойство . Алкоголь и алкоголизм. 2020. https://doi.org/10.1093/alcalc/agaa082
- ^ Кантер М.З. (октябрь 2006 г.). «Сравнение перорального и внутривенного ацетилцистеина при лечении отравления парацетамолом». Am J Health Syst Pharm . 63 (19): 1821–7. DOI : 10,2146 / ajhp060050 . PMID 16990628 . S2CID 9209528 .
- ^ Пауэлл BC, Уокер С.К., Боуден С.С., Сивапрасад А.В., Роджерс Г.Е. (1994). «Трансгенные овцы и рост шерсти: возможности и текущее состояние». Репродукция. Fertil. Dev . 6 (5): 615–23. DOI : 10,1071 / RD9940615 . PMID 7569041 .
- ^ «Кошерный взгляд на L-цистеин» . kashrut.com. Май 2003 г.
дальнейшее чтение
- Нагано Н., Ота М., Нисикава К. (сентябрь 1999 г.). «Сильная гидрофобная природа остатков цистеина в белках» . FEBS Lett . 458 (1): 69–71. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (99) 01122-9 . PMID 10518936 . S2CID 34980474 .
Внешние ссылки
- Цистеин MS Spectrum
- Международный институт почечных камней
- http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/cystein en.html
- 952-10-3056-9 Взаимодействие алкоголя и курения в патогенезе рака верхних отделов пищеварительного тракта - возможная химиопрофилактика цистеином
- Цистиновые камни в почках
- Кошерный взгляд на L-цистеин