Цистеин - Cysteine

l- цистеин
L-цистеин - L-Cysteine.svg
Скелетная формула из L цистеина
Цистеин-из-xtal-3D-bs-17.png
L-цистеин-из-xtal-Mercury-3D-sf.png
Имена
Название ИЮПАК
Цистеин
Другие имена
2-амино-3-сульфгидрилпропановая кислота
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
Сокращения Cys , C
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.145 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
Номер E E920 (глазури, ...)
КЕГГ
UNII
  • InChI = 1S / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6) проверитьY
    Ключ: XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6) / t2- / m0 / s1
    Ключ: XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHBU
  • InChI = 1 / C3H7NO2S / c4-2 (1-7) 3 (5) 6 / h2,7H, 1,4H2, (H, 5,6)
    Ключ: XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYAC
Характеристики
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
растворимый
Растворимость 1,5 г / 100 г этанола 19 ° C
+ 9,4 ° (H 2 O, c = 1,3)
Страница дополнительных данных
Показатель преломления ( n ),
диэлектрическая проницаемостьr ) и т. Д.
Термодинамические
данные
Фазовое поведение
твердое тело – жидкость – газ
УФ , ИК , ЯМР , МС
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?) проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Цистеин (символ Cys или С ; / с ɪ с т ɪ я н / ) представляет собой semiessential протеиногенные аминокислоты 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.

Состав

Как и другие аминокислоты (не в виде остатка белка), цистеин существует в виде цвиттериона . Цистеин имеет l хиральность в старых обозначениях d / l, основанных на гомологии с d- и l- глицеральдегидом. 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 .

( R ) -цистеин (слева) и ( S ) -цистеин (справа) в цвиттерионной форме при нейтральном pH

Диетические источники

Цистеинил - 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 l- цистеина 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, а их использование в Европейском Союзе прямо запрещено для пищевых добавок и косметических продуктов. Синтетически произведенный l- цистеин, соответствующий еврейским кошерным и мусульманским законам о халяле , также доступен, хотя и по более высокой цене. Синтетический путь включает ферментацию с использованием мутанта E. coli . Degussa представила путь из замещенных тиазолинов . Следуя этой технологии, l- цистеин получают гидролизом рацемической 2-амино- 2 - тиазолин -4-карбоновой кислоты с использованием Pseudomonas thiazolinophilum .

Биосинтез

Синтез цистеина: цистатионин-бета-синтаза катализирует верхнюю реакцию, а цистатионин-гамма-лиаза катализирует нижнюю реакцию.

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.

Биологические функции

Сульфгидрильная группа цистеина является нуклеофильной и легко окисляется. Реактивность повышается, когда тиол ионизируется, а остатки цистеина в белках имеют значения pK a, близкие к нейтральным, поэтому часто в клетке они находятся в реакционной тиолатной форме. 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 азот аминокислоты рециркулируется через глутамат в качестве промежуточного звена, добавление цистеина и глицина в рацион может улучшить синтез глутатиона.

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 .

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 . 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.

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. При статистическом анализе частоты, с которой аминокислоты появляются в различных химических средах в структурах белков, было обнаружено, что свободные остатки цистеина связаны с гидрофобными областями белков. Их гидрофобная тенденция была эквивалентна таковой у известных неполярных аминокислот, таких как метионин и тирозин (тирозин является полярным ароматическим, но также гидрофобным), те из которых были намного сильнее, чем у известных полярных аминокислот, таких как серин и треонин . 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. Поэтому в настоящее время цистеин часто относят к гидрофобным аминокислотам, хотя иногда его также классифицируют как слегка полярный или полярный.

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. Поскольку большинство клеточных компартментов представляют собой восстанавливающую среду , дисульфидные связи в цитозоле обычно нестабильны, за некоторыми исключениями, как указано ниже.

Рисунок 2: Цистин (показан здесь в нейтральной форме), два цистеина, связанные дисульфидной связью.

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, главным образом, л - энантиомер , является предшественником в отраслях пищевой, фармацевтической и личной гигиены. Одно из самых крупных приложений - производство ароматизаторов. Например, реакция цистеина с сахарами в реакции Майяра дает запах мяса. 1- Цистеин также используется в качестве технологической добавки при выпечке.

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 - очень популярная мишень для экспериментов по сайт-направленной маркировке для исследования биомолекулярной структуры и динамики. Малеимиды избирательно присоединяются к цистеину с помощью ковалентного присоединения Михаэля . Сайт-направленное спин-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%.

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

N- ацетилцистеин

N -Acetyl- 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 .

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.

Диетические ограничения

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

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки