Methionin - Methionine

Methionin
Chemická struktura methioninu
Kosterní formule kanonické formy methioninu
Methionine-from-xtal-3D-bs-17.png
L-methionin-z-xtal-Mercury-3D-sf.png
Jména
Název IUPAC
Methionin
Ostatní jména
2-amino-4- (methylthio) butanová kyselina
Identifikátory
3D model ( JSmol )
Zkratky Setkal se, M
ČEBI
CHEMBL
ChemSpider
Informační karta ECHA 100 000,393 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
KEGG
UNII
  • InChI = 1S/C5H11NO2S/c1-9-3-2-4 (6) 5 (7) 8/h4H, 2-3,6H2,1H3, (H, 7,8) šekY
    Klíč: FFEARJCKVFRZRR-UHFFFAOYSA-N šekY
  • InChI = 1/C5H11NO2S/c1-9-3-2-4 (6) 5 (7) 8/h4H, 2-3,6H2,1H3, (H, 7,8)
  • CSCC [CH] (N) C (= 0) O
  • Zwitterion : CSCC [C@H] ([NH3+]) C (= O) [O-]
Vlastnosti
C 5 H 11 N O 2 S
Molární hmotnost 149,21  g · mol −1
Vzhled Bílý krystalický prášek
Hustota 1,340 g / cm 3
Bod tání 281 ° C (538 ° F; 554 K) se rozkládá
Rozpustný
Kyselost (p K a ) 2,28 (karboxyl), 9,21 (amino)
Farmakologie
V03AB26 ( WHO ) QA05BA90 ( WHO ), QG04BA90 ( WHO )
Stránka doplňkových údajů
Index lomu ( n ),
dielektrická konstantar ) atd.
Termodynamická
data
Fázové chování
pevná látka – kapalina – plyn
UV , IR , NMR , MS
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N. ověřit  ( co je to   ?) šekY☒N.
Reference na infobox

Methionin (symbol Met nebo M ), ( / m ɪ t Vstup ə n jsem n / ) je zásadní aminokyselina u lidí. Methionin jako substrát pro jiné aminokyseliny, jako je cystein a taurin , mnohostranné sloučeniny, jako je SAM-e a důležitý antioxidant glutathion , hraje zásadní roli v metabolismu a zdraví mnoha druhů, včetně lidí. To je kódován pomocí kodonu AUG.

Methionin je také důležitou součástí angiogeneze , růstu nových cév. Suplementace může být prospěšná pro osoby trpící otravou mědí. Nadměrná spotřeba methioninu, dárce methylové skupiny v methylaci DNA , souvisí v řadě studií s růstem rakoviny. Methionin byl poprvé izolován v roce 1921 Johnem Howardem Muellerem .

Biochemické detaily

Methionin (zkráceně Met nebo M ; kódován kodonem AUG) je α- aminokyselina , která se používá v biosyntéze z proteinů . Že obsahuje a-aminoskupinu, (která je v protonované -NH 3 + formě za biologických podmínek), je karboxylová skupina (která je v deprotonované -COO - forma za biologických podmínek), a S-methyl- thioether postranní řetězec, klasifikovat ji jako nepolární , alifatickou aminokyselinu.

V jaderných genů eukaryontů a v Archaea , methionin je kódován start kodonem , což znamená, že indikuje začátek kódující oblasti a je první aminokyselina vyrábí v nascentního polypeptidu během mRNA translaci .

Proteinogenní aminokyselina

Spolu s cysteinem je methionin jednou ze dvou proteinogenních aminokyselin obsahujících síru . S výjimkou několika výjimek, kde methionin může působit jako redoxní senzor (např.), Nemají methioninové zbytky katalytickou roli. To je na rozdíl od cysteinových zbytků, kde thiolová skupina má v mnoha proteinech katalytickou roli. Thioether však má menší strukturální roli kvůli stabilitnímu účinku interakcí S/π mezi atomem síry postranního řetězce a aromatickými aminokyselinami v jedné třetině všech známých proteinových struktur. Tento nedostatek silné role se odráží v experimentech, kde je malý účinek pozorován u proteinů, kde je methionin nahrazen norleucinem , aminokyselinou s přímým uhlovodíkovým postranním řetězcem, která postrádá thioether. Předpokládalo se, že norleucin byl přítomen v raných verzích genetického kódu, ale methionin pronikl do konečné verze genetického kódu kvůli skutečnosti, že je použit v kofaktoru S -adenosyl methioninu (SAM -e). Tato situace není ojedinělá a mohla nastat u ornithinu a argininu.

Kódování

Methionin je jednou ze dvou aminokyselin kódovaných jediným kodonem (AUG) ve standardním genetickém kódu ( tryptofan kódovaný UGG je druhý). Na rozdíl od evolučního původu jeho kodonu kódují ostatní kodony AUN izoleucin, což je také hydrofobní aminokyselina. V mitochondriálním genomu několika organismů, včetně metazoa a kvasinek , kodon AUA také kóduje methionin. Ve standardním genetickém kódu AUA kódy pro izoleucin a příslušná tRNA ( ileX v Escherichia coli ) používá k diskriminaci AUG neobvyklý základ lysidin (bakterie) nebo agmatidin (archaea).

Methioninový kodon AUG je také nejčastějším start kodonem. „Startovací“ kodon je zpráva pro ribozom, která signalizuje zahájení translace proteinu z mRNA, když je kodon AUG v Kozakově konsensuální sekvenci . V důsledku toho je methionin během translace často začleněn do N-koncové polohy proteinů v eukaryotech a archeach , ačkoli jej lze odstranit posttranslační modifikací . U bakterií se jako počáteční aminokyselina používá derivát N -formylmethionin .

Deriváty

S -adenosyl -methionin

S -adenosyl -methionin je kofaktor odvozený od methioninu.

Methioninový derivát S- adenosyl methionin (SAM-e) je kofaktor, který slouží hlavně jako donor methylu . SAM-e se skládá z molekuly adenosylu (prostřednictvím 5 'uhlíku) navázané na síru methioninu, což z ní činí sulfoniový kation (tj. Tři substituenty a kladný náboj). Síra působí jako měkká Lewisova kyselina (tj. Donor/elektrofil), která umožňuje přenos S -methylové skupiny na kyslík, dusík nebo aromatický systém, často za pomoci dalších kofaktorů, jako je kobalamin (vitamín B12 u lidí) ). Některé enzymy používají SAM-e k zahájení radikální reakce; nazývají se radikální enzymy SAM -e. V důsledku přenosu methylové skupiny se získá S-adenosyl-homocystein. U bakterií je to buď regenerováno methylací, nebo je zachráněno odstraněním adeninu a homocysteinu, přičemž sloučenina dihydroxypentandion se nechá spontánně převést na autoinduktor-2 , který se vylučuje jako signál odpadního produktu / kvora.

Biosyntéza

Biosyntéza methioninu

Jako esenciální aminokyselina není methionin syntetizován de novo u lidí a jiných zvířat, která musí přijímat methionin nebo proteiny obsahující methionin. V rostlinách a mikroorganismech patří biosyntéza methioninu do rodiny aspartátů spolu s threoninem a lysinem (přes diaminopimelát , ale ne přes α-aminoadipát ). Hlavní páteř je odvozena od kyseliny asparagové , zatímco síra může pocházet z cysteinu , methanthiolu nebo sirovodíku .

  • Za prvé, kyselina asparagová se převádí pomocí β-aspartyl-semialdehydu na homoserin dvěma redukčními kroky koncové karboxylové skupiny (homoserin má tedy γ-hydroxyl, tedy homosérii ). Meziprodukt aspartát-semialdehyd je bodem větvení s biosyntetickou cestou lysinu, kde je místo toho kondenzován pyruvátem. Homoserin je bod větvení s threoninovou cestou, kde je místo toho izomerizován po aktivaci koncového hydroxylu fosfátem (používá se také pro biosyntézu methioninu v rostlinách).
  • Homoserin je poté aktivován fosfátovou, sukcinylovou nebo acetylovou skupinou na hydroxylu.
    • V rostlinách a případně v některých bakteriích se používá fosfát. Tento krok je sdílen s biosyntézou threoninu.
    • Ve většině organismů se k aktivaci homoserinu používá acetylová skupina. To může být v bakteriích katalyzováno enzymem kódovaným metX nebo metA (nikoli homology).
    • U enterobakterií a omezeného počtu dalších organismů se používá sukcinát. Enzym, který katalyzuje reakci, je MetA a specificita pro acetyl-CoA a sukcinyl-CoA je dána jediným zbytkem. Fyziologický základ pro upřednostňování acetyl-CoA nebo sukcinyl-CoA není znám, ale takové alternativní cesty jsou přítomny v některých jiných cestách ( např. Biosyntéza lysinu a biosyntéza argininu).
  • Skupina aktivující hydroxylovou skupinu je poté nahrazena cysteinem, methanthiolem nebo sirovodíkem. Náhradní reakcí je technicky eliminace γ- následovaná variantou Michaelova adice . Všechny zúčastněné enzymy jsou homology a členy rodiny enzymů PLP-dependentních enzymů Cys/Met metabolismu , což je podskupina PLP-dependentního záhybu typu I kladu. Využívají kofaktor PLP ( pyridoxal fosfát ), který funguje stabilizací karbanionových meziproduktů.
    • Pokud reaguje s cysteinem, produkuje cystathionin , který je štěpen za vzniku homocysteinu . Zahrnuté enzymy jsou cystathionin-y-syntáza (kódovaná metB v bakteriích) a cystathionin-β-lyáza ( metC ). Cystathionin je v těchto dvou enzymech vázán odlišně, což umožňuje reakci β nebo γ.
    • Pokud reaguje s volným sirovodíkem, produkuje homocystein. To je katalyzováno O -acetylhomoserin aminokarboxypropyltransferázou (dříve známou jako O -acetylhomoserin (thiol) -lyasa. Je kódována buď metY nebo metZ v bakteriích.
    • Pokud reaguje s methanthiolem, produkuje přímo methionin. Methanethiol je vedlejším produktem katabolické dráhy určitých sloučenin, proto je tato cesta méně obvyklá.
  • Pokud vzniká homocystein, thiolová skupina je methylována, čímž se získá methionin. Jsou známy dvě methionin syntázy ; jeden je závislý na kobalaminu (vitamin B 12 ) a jeden je nezávislý.

Dráha využívající cystein se nazývá „ transsulfurační cesta “, zatímco cesta využívající sirovodík (nebo methanthiol) se nazývá „přímá sulfurylační cesta“.

Podobně se vyrábí cystein, konkrétně jej lze vyrobit z aktivovaného serinu a buď z homocysteinu („reverzní trans-sulfurylační cesta“), nebo ze sirovodíku („přímá sulfurylační cesta“); aktivovaný serin je obecně O -acetyl -serin (přes CysK nebo CysM v E. coli ), ale v Aeropyrum pernix a některém jiném archaea O -fosfoserinu . CysK a CysM jsou homology, ale patří k PLP fold typu III clade.

Transsulfurylační dráha

Enzymy zahrnuté v transsulfurylační cestě E. coli biosyntézy methioninu:

  1. Aspartokináza
  2. Aspartát-semialdehyddehydrogenáza
  3. Homoserine dehydrogenase
  4. Homoserin O-transsuccinyláza
  5. Cystathionin-y-syntáza
  6. Cystathionin-β-lyáza
  7. Methionin syntáza (u savců se tento krok provádí homocysteinmethyltransferázou nebo betain-homocystein S-methyltransferázou .)

Jiné biochemické cesty

Osudy methioninu

Ačkoli savci nemohou syntetizovat methionin, mohou jej stále používat v různých biochemických drahách:

Katabolismus

Methionin je přeměněn na S-adenosylmethionin (SAM-e) (1) methionin adenosyltransferázou .

SAM-e slouží jako donor methylu v mnoha (2) methyltransferázových reakcích a převádí se na S- adenosylhomocystein (SAH).

(3) Cystein adenosylhomocysteinázy .

Regenerace

Methionin lze regenerovat z homocysteinu prostřednictvím (4) methionin syntázy v reakci, která vyžaduje jako kofaktor vitamín B 12 .

Homocystein může být také remetylován pomocí betainu glycinu (NNN-trimethylglycin, TMG) ​​na methionin prostřednictvím enzymu betain-homocystein methyltransferázy (EC2.1.1.5, BHMT). BHMT tvoří až 1,5% všech rozpustných bílkovin jater a nedávné důkazy naznačují, že může mít větší vliv na methioninovou a homocysteinovou homeostázu než methionin syntáza.

Reverzní transulfurylační cesta: přeměna na cystein

Homocystein lze přeměnit na cystein.

Syntéza ethylenu

Tato aminokyselina je také používána rostlinami pro syntézu ethylenu . Tento proces je známý jako Yangův cyklus nebo methioninový cyklus.

Jangový cyklus

Chemická syntéza

Průmyslová syntéza kombinuje akrolein , methanthiol a kyanid, který poskytuje hydantoin . Racemický methionin může být také syntetizován z diethyl phthalimidomalonate sodného alkylací chloroethylmethylsulfide (CI- 2 CH 2 SCH 3 ), s následnou hydrolýzou a dekarboxylací.

Výživa člověka

Požadavky

Rada pro potraviny a výživu Amerického lékařského institutu stanovila Doporučené dietní dávky (RDA) pro esenciální aminokyseliny v roce 2002. Pro methionin kombinovaný s cysteinem pro dospělé od 19 let 19 mg/kg tělesné hmotnosti/den.

To odpovídá přibližně 1,33 gramu denně u 70 kilogramů jedince.

Dietní zdroje

Potravinové zdroje methioninu
Jídlo g/100 g
Vejce , bílé, sušené, prášek, redukované na glukózu 3,204
Sezamová mouka (nízkotučná) 1,656
brazilské ořechy 1,124
Sýr , parmezán, nastrouhaný 1,114
konopné semínko , loupané 0,933
Sójový proteinový koncentrát 0,814
Kuře , brojlery nebo smaženky, pečené 0,801
Ryby , tuňák, lehký, konzervovaný ve vodě, sušené pevné látky 0,755
Hovězí maso , sušené, sušené 0,749
Slanina 0,593
Chia semínka 0,588
Hovězí maso , mleté, 95% libové maso / 5% tuk, syrové 0,565
Vepřové maso , mleté, 96% libové / 4% tuku, syrové 0,564
Sója 0,547
Pšeničné klíčky 0,456
Vejce , celé, vařené, natvrdo 0,392
Oves 0,312
Arašídy 0,309
Cizrna 0,253
Kukuřice , žlutá 0,197
Mandle 0,151
Fazole, pinto, vařené 0,117
Čočka , vařená 0,077
Rýže , hnědá, středně zrnitá, vařená 0,052

Vysoké hladiny methioninu lze nalézt ve vejcích, mase a rybách; sezamová semínka, para ořechy a některá další semena rostlin; a obilná zrna. Většina ovoce a zeleniny obsahuje velmi málo. Většina luštěnin , přestože je hustá na bílkoviny, má nízký obsah methioninu. Proteiny bez adekvátního methioninu nejsou považovány za kompletní proteiny . Z tohoto důvodu je někdy racemický methionin přidáván jako přísada do krmiv pro domácí zvířata .

Omezení

Některé vědecké důkazy naznačují, že omezení spotřeby methioninu může prodloužit životnost ovocných mušek.

Studie z roku 2005 ukázala, že omezení methioninu bez omezení energie prodlužuje životnost myší. Toto rozšíření vyžaduje neporušenou signalizaci růstového hormonu, protože zvířata bez signalizace neporušeného růstového hormonu nemají další prodloužení života, pokud je methionin omezen. U signálních mutantů myšího růstového hormonu je také změněna metabolická odpověď na restrikci methioninu.

Studie publikovaná v Nature ukázala přidání pouze esenciální aminokyseliny methioninu do stravy ovocných mušek pod dietním omezením, včetně omezení esenciálních aminokyselin (EAA), obnovila plodnost bez omezení delších životů, které jsou typické pro dietní omezení, vedoucí výzkumníci určit, že methionin „působí v kombinaci s jedním nebo více jinými EAA ke zkrácení životnosti“. Obnovení methioninu ve stravě myší na dietním restrikčním režimu blokuje mnoho akutních výhod dietního omezení, což je proces, který může být zprostředkován zvýšenou produkcí sirovodíku.

Několik studií ukázalo, že restrikce methioninu také inhibuje chorobné procesy související se stárnutím u myší a inhibuje karcinogenezi tlustého střeva u potkanů. U lidí bylo omezení methioninu dietní úpravou možné dosáhnout pomocí rostlinné stravy.

Omezení dietního methioninu snižuje hladiny jeho katabolitu S-adenosylmethioninu (SAM-e), což má za následek následnou ztrátu methylace histonu . Aktivní proces zprostředkovaný specifickou konzervovanou methylací H3K9 zachovává paměť původního methylačního profilu, což umožňuje obnovení epigenomu, když je dietní, když se hladiny methioninu vrátí.

Studie na potkanech z roku 2009 ukázala, že „suplementace methioninem ve stravě konkrétně zvyšuje produkci mitochondriálního ROS a mitochondriální DNA oxidační poškození v mitochondriích jater potkanů, což nabízí věrohodný mechanismus jeho hepatotoxicity “.

Protože je však methionin esenciální aminokyselinou , nelze jej zcela odstranit z potravy zvířat, aniž by v průběhu času došlo k onemocnění nebo smrti. Například u potkanů ​​krmených dietou bez methioninu a cholinu se vyvinula steatohepatitida (ztučnění jater) a anémie a během 5 týdnů ztratily dvě třetiny své tělesné hmotnosti. Podávání methioninu zlepšilo patologické důsledky deprivace methioninu. Krátkodobé odstranění pouze methioninu ze stravy může zvrátit dietou vyvolanou obezitu a podporuje citlivost na inzulín u myší a omezení methioninu také chrání myší model spontánní, polygenní obezity a diabetu.

Zdraví

Ztráta methioninu byla spojena se stařeckým šedivěním vlasů. Jeho nedostatek vede k nahromadění peroxidu vodíku ve vlasových folikulích, snížení účinnosti tyrosinázy a postupné ztrátě barvy vlasů. Methionin zvyšuje intracelulární koncentraci GSH, čímž podporuje buněčnou obranu a redoxní regulaci zprostředkovanou antioxidanty. Vazbou oxidačních metabolitů také chrání buňky před ztrátou nigrálních buněk vyvolanou dopaminem.

Methionin je meziprodukt v biosyntéze cysteinu , karnitinu , taurinu , lecitinu , fosfatidylcholinu a dalších fosfolipidů . Nesprávná přeměna methioninu může vést k ateroskleróze v důsledku akumulace homocysteinu .

Jiné použití

DL -metionin je někdy podáván jako doplněk psům; Pomáhá snižovat šance na ledvinové kameny u psů. Methionin je také známý tím, že zvyšuje vylučování chinidinu močí okyselením moči. Aminoglykosidová antibiotika používaná k léčbě infekcí močových cest fungují nejlépe v zásaditých podmínkách a okyselení moči pomocí methioninu může snížit jeho účinnost. Pokud pes drží dietu, která okyseluje moč, methionin by neměl být používán.

Methionin je povolen jako doplněk k ekologickému krmivu pro drůbež v rámci certifikovaného ekologického programu USA.

Methionin lze použít jako netoxický pesticid proti housenkám obřích vlaštovek , které jsou vážným škůdcem oranžových plodin.

Viz také

Reference

externí odkazy