CYSTEÍN: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, BIOSYNTÉZA - BIOLÓGIE - 2026

Cysteín ( Cys, C ), je jedným z 22 aminokyselín, sa nachádza v prírode ako časť polypeptidových reťazcov, ktoré tvoria proteíny živých bytostí. Je nevyhnutný pre stabilitu terciárnych štruktúr proteínov, pretože pomáha tvoriť intramolekulárne disulfidové mostíky.

Rovnako ako v prípade iných aminokyselín, ako sú alanín, arginín, asparagín, glutamát a glutamín, glycín, prolín, serín a tyrozín, sú ľudia schopní syntetizovať cysteín, takže to tak nie je považovaná za esenciálnu aminokyselinu.

Štruktúra aminokyseliny cysteínu (zdroj: Hattrich prostredníctvom Wikimedia Commons)

Napriek tomu a vzhľadom na skutočnosť, že rýchlosť syntézy nie vždy spĺňa požiadavky tela, niektorí autori opisujú cysteín ako „podmienečne“ esenciálnu aminokyselinu.

Táto aminokyselina bola pomenovaná po „cystíne“, zložke žlčových kameňov objavenej v roku 1810, ktorej meno v roku 1832 navrhli A. Baudrimont a F. Malaguti. O niekoľko rokov neskôr, v roku 1884, E. Baumann zistil, že cysteín je výsledkom redukcie cystínu.

Po práci vykonanej Baumanom v roku 1899 sa zistilo, že cysteín je hlavnou zložkou proteínu, ktorý tvorí rohy rôznych zvierat, čo naznačuje jeho možné použitie na syntézu polypeptidov.

Teraz je známe, že telesný cysteín pochádza z potravy, recyklácie proteínov a endogénnej syntézy, ktorá sa vyskytuje hlavne v hepatocytoch.

vlastnosti

Cysteín má molekulovú hmotnosť 121,16 g / mol a je spolu s leucínom, izoleucínom, valínom, fenylalanínom, tryptofánom, metionínom a tyrozínom medzi najviac hydrofóbnymi aminokyselinami.

Patrí do skupiny nenabitých polárnych aminokyselín a podobne ako iné aminokyseliny sa môže degradovať alkalickou hydrolýzou pri vysokých teplotách.

Podobne ako tryptofán, serín, glycín a treonín, cysteín je metabolickým prekurzorom glukoneogenézy a ketogenézy (tvorba ketónových teliesok).

Táto aminokyselina existuje ako súčasť peptidovej sekvencie proteínov, ale môže byť tiež nájdená v krvnej plazme ako homogénna (cystín, derivát) alebo zmiešané disulfidy, zložená z homocysteín-cysteínovej formy.

Hlavný rozdiel medzi voľným cysteínom a tým, ktorý sa nachádza v proteínovej štruktúre, je ten, že prvý je vo vysoko oxidovanom redoxnom stave, zatiaľ čo druhý je obvykle celkom znížený.

štruktúra

Podobne ako doposiaľ opísané zvyšky aminokyselín, cysteín má centrálny atóm uhlíka, ktorý je chirálny a je známy ako a-uhlík.

K tomuto atómu uhlíka sú pripojené štyri rôzne chemické látky:

- aminoskupina (-NH3 +)

- karboxylová skupina (-COO-)

- atóm vodíka a

- substituent (-R).

Substitučná skupina je tá, ktorá dáva identitu každej aminokyseline a cysteínová skupina je charakterizovaná tým, že obsahuje atóm síry ako súčasť tiolovej alebo sulfhydrylovej skupiny (-CH2-SH).

Je to táto skupina, ktorá jej umožňuje podieľať sa na tvorbe intra- a intermolekulárnych disulfidových mostíkov. Pretože ide o nukleofil, môže sa zúčastňovať aj substitučných reakcií.

V skutočnosti môže byť tento bočný reťazec cysteínu modifikovaný za vzniku dvoch zlúčenín známych ako „selenocysteín“ a „lantionín“. Prvá je aminokyselina, ktorá sa tiež podieľa na tvorbe proteínov, a druhá je neproteínový derivát aminokyseliny.

Tiolová skupina cysteínu sa vyznačuje tiež vysokou afinitou k iónom striebra a ortuti (Ag + a Hg2 +).

Vlastnosti

Hlavné funkcie cysteínu v živých organizmoch súvisia s jeho účasťou na tvorbe bielkovín. Konkrétne sa cysteín podieľa na vytváraní disulfidových mostíkov, ktoré sú nevyhnutné na tvorbu štruktúry terciárnych proteínov.

Táto aminokyselina je okrem toho užitočná nielen na syntézu proteínov, ale tiež sa podieľa na syntéze glutatiónu (GSH) a poskytuje zníženú síru pre metionín, kyselinu lipoovú, tiamín, koenzým A (CoA), molybdopterín (kofaktor) a ďalšie biologicky dôležité zlúčeniny.

V podmienkach nadmerného množstva sírnych aminokyselín sa cysteín a ďalšie príbuzné aminokyseliny môžu použiť na výrobu pyruvátu a anorganickej síry. Pyruvát sa dokáže presmerovať na glukoneogénnu cestu, ktorá slúži na produkciu glukózy.

Keratíny, ktoré sú jedným z najhojnejších typov štruktúrnych proteínov v živočíšnej ríši, sú bohaté na cysteínové zvyšky. Napríklad ovčia vlna obsahuje viac ako 4% síry z tejto aminokyseliny.

Cysteín sa tiež zúčastňuje mnohých oxidačno-redukčných reakcií, vďaka čomu je súčasťou aktívneho miesta niektorých enzýmov.

Táto aminokyselina reaguje s glukózou a vytvára reakčné produkty, ktoré zavádzajú atraktívne príchute a arómy pre niektoré kulinárske prípravky.

biosyntéza

Biosyntéza aminokyselín v ľudskom tele a v prípade iných zvierat (cicavcov a iných ako cicavcov) prebieha špecifickým spôsobom pre tkanivá a bunky; je to proces, ktorý vyžaduje energiu a je zvyčajne oddelený medzi rôznymi orgánmi.

Pečeň je jedným z hlavných orgánov zapojených do syntézy väčšiny neesenciálnych aminokyselín, bez ohľadu na zvažovaný druh.

Pritom sa syntetizuje nielen cysteín, ale tiež aspartát, asparagín, glutamát a glutamín, glycín, serín, tyrozín a ďalšie z ich špecifických prekurzorov aminokyselín.

V roku 1935 spoločnosť Erwin Brand stanovila, že cysteín u cicavcov sa prirodzene syntetizuje z metionínu, ktorý sa vyskytuje výlučne v pečeňovom tkanive.

K tomuto procesu môže dôjsť „transmetyláciou“ metionínu, kde sa metylové skupiny prevedú na cholín a kreatín. Cysteín sa však môže tiež vytvárať z metionínu vďaka trans-síreniu.

Neskôr sa ukázalo, že okrem metionínu sú niektoré syntetické zlúčeniny, ako je N-acetylcysteín, cysteamín a cystamín, užitočnými prekurzormi syntézy cysteínu.

V prípade N-acetylcysteínu je absorbovaný bunkami, kde je konvertovaný na cysteín enzýmom deacetylázy v cytosole.

Syntetický mechanizmus

Najznámejším mechanizmom syntézy cysteínu z metionínu je trans-sírenie. Vyskytuje sa hlavne v pečeni, ale zistilo sa aj v čreve a pankrease.

Vyskytuje sa to z homocysteínu, zlúčeniny odvodenej od aminokyseliny metionínu; a prvou reakciou v tejto biosyntetickej ceste je kondenzácia katalyzovaná enzýmom cystathionín P-syntáza (CBS).

Tento enzým predstavuje "kompromisný" krok na ceste a kondenzuje homocysteín serínovým zvyškom, ďalšou aminokyselinou proteínu, ktorá produkuje cystationín. Následne je táto zlúčenina "štiepená" alebo "štiepená" enzýmom cystationionáza, čo vedie k uvoľňovaniu cysteínu.

Regulácia enzymatickej aktivity CBS je sprostredkovaná dostupnosťou metionínu a redoxným stavom bunky, kde sa tento proces vyskytuje.

Cez cysteínovú syntéznu cestu môžu bunky zvládnuť nadbytok metionínu, pretože jeho premena na cysteín je nezvratný proces.

Syntéza cysteínu v rastlinách a mikroorganizmoch

V týchto organizmoch sa cysteín syntetizuje hlavne z anorganickej síry, ktorá je najhojnejším zdrojom použiteľnej síry v aeróbnej biosfére.

To sa vezme, vstúpi do buniek a potom sa redukuje na síru (S2-), ktorá sa inkorporuje do cysteínu podobným spôsobom, ako sa stáva pri amoniaku pri syntéze glutamátu alebo glutamínu.

Metabolizmus a degradácia

Cysteínový katabolizmus sa vyskytuje hlavne v pečeňových bunkách (hepatocyty), hoci sa môže vyskytovať aj v iných typoch buniek, ako sú neuróny, endoteliálne bunky a bunky hladkého svalstva vaskulatúry tela.

Určité poruchy cysteínového katabolizmu spôsobujú dedičné ochorenie známe ako „cystinúria“, vyznačujúce sa prítomnosťou cystínových kameňov v obličkách, močovom mechúre a močovode.

Cystín je aminokyselina získaná z cysteínu a kamene vznikajú spojením týchto dvoch molekúl prostredníctvom atómov síry.

Časť metabolizmu cysteínu vedie k tvorbe kyseliny scientosulfínovej, z ktorej sa vytvára taurín, neproteínová aminokyselina. Reakcia je katalyzovaná enzýmom cysteín dioxygenáza.

Okrem toho sa cysteín môže oxidovať formaldehydom za vzniku N-formylcysteínu, ktorého následné spracovanie môže viesť k tvorbe „merkapturátu“ (produkt kondenzácie cysteínov s aromatickými zlúčeninami).

U zvierat sa cysteín používa, rovnako ako glutamát a glutamín, na syntézu koenzýmu A, glutatiónu (GSH), pyruvátu, sulfátu a sírovodíka.

Jeden zo spôsobov premeny cysteínu na pyruvát sa vyskytuje v dvoch krokoch: prvý zahrnuje odstránenie atómu síry a druhý transaminačnú reakciu.

Obličky sú zodpovedné za vylučovanie síranov a siričitanov pochádzajúcich z metabolizmu zlúčenín síry, ako je cysteín, zatiaľ čo v pľúcach vydychuje oxid siričitý a sírovodík.

glutatiónu

Glutatión, molekula tvorená tromi aminokyselinovými zvyškami (glycín, glutamát a cysteín), je molekula prítomná v rastlinách, zvieratách a baktériách.

Má špeciálne vlastnosti, vďaka ktorým je výborným redoxným pufrom, pretože chráni bunky pred rôznymi druhmi oxidačného stresu.

Potraviny bohaté na cysteín

Cysteín sa prirodzene vyskytuje v potravinách, ktoré obsahujú síru, ako sú (žlté) vaječné žĺtky, červené papriky, cesnak, cibuľa, brokolica, karfiol, kapusta a kapusta ružová, žerucha a horčica greeny.

Vyskytuje sa najmä v potravinách bohatých na bielkoviny, ako sú mäso, strukoviny a mliečne výrobky, medzi ktoré patria:

- Hovädzie, bravčové, kuracie a ryby

- Ovos a šošovica

- Slnečnicové semienka

- Jogurt a syr

Výhody príjmu cysteínu

Má sa za to, že jeho príjem zabraňuje vypadávaniu vlasov a stimuluje jej rast. V potravinárskom priemysle sa bežne používa ako prostriedok na vylepšenie chlebového cesta a tiež na „reprodukciu“ mäsových chutí.

Iní autori uvádzajú, že príjem potravinových doplnkov alebo potravín bohatých na cysteín znižuje biochemické poškodenie spôsobené nadmernou konzumáciou potravín kontaminovaných kovovými prvkami, pretože sa podieľa na „chelačných“ reakciách.

Niektoré výživové doplnky súvisiace s cysteínom sa používajú ako antioxidanty, čo sa považuje za prospešné z hľadiska „spomaľovania“ starnutia.

Napríklad N-acetylcysteín (prekurzor syntézy cysteínu) sa používa ako doplnok výživy, pretože to vedie k zvýšeniu biosyntézy glutatiónu (GSH).

Súvisiace choroby

Existuje niekoľko vedeckých publikácií, ktoré spájajú vysoké hladiny cysteínu v plazme s obezitou a inými súvisiacimi patológiami, ako sú kardiovaskulárne choroby a ďalšie metabolické syndrómy.

Cystinúria, ako je uvedené vyššie, je patológia, ktorá súvisí s prítomnosťou cystínových kameňov, derivátov cysteínu, v dôsledku genetického defektu pri renálnej reabsorpcii dibázických aminokyselín, ako je cystín.

Poruchy nedostatku

Nedostatok cysteínu súvisí s oxidačným stresom, pretože je to jeden z hlavných prekurzorov syntézy glutatiónu. Preto nedostatky v tejto aminokyseline môžu viesť k predčasnému starnutiu a všetkým bytom, čo to znamená.

Experimentálne sa preukázalo, že suplementácia cysteínom zlepšuje funkcie kostrového svalstva, znižuje pomer medzi tukovou a netučnou hmotnosťou tela, znižuje plazmatické hladiny zápalových cytokínov, zlepšuje funkcie imunitného systému atď.

V polovici 90. rokov niektoré štúdie naznačovali, že syndróm získaného imunodeficitu (AIDS) by mohol byť dôsledkom vírusom vyvolaného nedostatku cysteínu.

Tieto tvrdenia boli podporené skutočnosťou, že vyšetrení HIV pozitívni pacienti mali okrem nízkych intracelulárnych koncentrácií glutatiónu nízke hladiny cystínu v plazme a cysteínu.

Referencie

1. Dröge, W. (1993). Deficit cysteínu a glutatiónu u pacientov s AIDS: zdôvodnenie liečby N-acetyl-cysteínom. Pharmacology, 46, 61-65.
2. Dröge, W. (2005). Oxidačný stres a starnutie: Je starnutie syndróm nedostatku cysteínu? Filozofické transakcie kráľovskej spoločnosti B: Biological Sciences, 360 (1464), 2355–2372.
3. Elshorbagy, AK, Smith, AD, Kozich, V. a Refsum, H. (2011). Cysteín a obezita. Obezita, 20 (3), 1-9.
4. Kredich, N. (2013). Biosyntéza cysteínu. EcoSal Plus, 1–30.
5. McPherson, RA, a Hardy, G. (2011). Klinické a výživové výhody proteínových doplnkov obohatených o cysteín. Aktuálne stanovisko v Klinickej výžive a metabolickej starostlivosti, 14, 562 - 568.
6. Mokhtari, V., Afsharian, P., Shahhoseini, M., Kalantar, SM, & Moini, A. (2017). Prehľad rôznych použití N-acetylcysteínu. Cell Journal, 19 (1), 11-17.
7. Piste, P. (2013). Antioxidant cysteínového majstra. International Journal of Pharmaceutical, Chemical and Biological Sciences, 3 (1), 143–149.
8. Quig, D. (1998). Metabolizmus cysteínu a toxicita pre kovy. Alternative Medicine Review, 3 (4), 262–270.
9. Wu, G. (2013). Aminokyseliny. Biochémia a výživa. Boca Raton, FL: Taylor & Francis Group.