Метионин - незаменимая аминокислота

Метионин – это альфа-аминокислота, которая используется в биосинтезе белков. Он содержит альфа-аминогруппу (которая находится в протонированной - + форме NH3 в биологических условиях), группу альфа-карбоновой кислоты (которая находится в депротонированной -COO- форме в биологических условиях) и S-метил тиоэфирную боковую цепь, что классифицирует его как неполярную алифатическую аминокислоту. Он важен для организма человека, но не производится в нем, таким образом, его нужно получать из рациона.

Метионин кодируется инициирующим кодоном, указывая на начало кодирующей области, и является первой аминокислотой, произведенной в растущем полипептиде во время трансляции мРНК, и кодируется инициирующим кодоном AUG, что также говорит о кодирующей области мРНК, в которой начинается трансляция в белок.

Содержание

1. Протеиногенная аминокислота
   
2. Видео о метионине
   
3. Производные метионина
   
4. Биосинтез
   
5. Другие биохимические пути
   
6. Химический синтез
   
7. Питание человека
   
8. Метионин и здоровье
   

Протеиногенная аминокислота

Наряду с цистеином, метионин – это одна из двух протеиногенных аминокислот с содержанием серы. Помимо немногих исключений, где он может выступать в качестве окислительно-восстановительного датчика, его остатки не имеют каталитической роли. В отличие от этого, в остатках цистеина группа тиола играет каталитическую роль во многих белках. Однако тиоэфир имеет низкое структурное значение из-за эффекта устойчивости взаимодействия S/π между атомом серы боковой цепи и ароматическими аминокислотами в трети известных белковых структур. Такое отсутствие значимой роли отражается в экспериментах, где небольшой эффект виден в белках, где метионин заменяется норлейцином, прямой аминокислотой углеводородной боковой цепи, в которой не хватает тиоэфира. Было высказано предположение, что в ранних версиях генетического кода присутствовал норлейцин, но в окончательный вариант генетического кода вторгся метионин из-за того, что он используется в кофакторе S-аденозил метионина (SAM). Эта ситуация не уникальна и может иметь место с орнитином и аргинином.

Кодирование

Метионин является одной из всего лишь двух аминокислот, которые в стандартном генетическом коде кодируются одним кодоном (AUG). Другая аминокислота – это триптофан, кодируемый UGG. Говоря об эволюционном происхождении его кодона, другие кодоны AUN кодируют изолейцин (также гидрофобная аминокислота). В геноме митохондрий нескольких организмов, включая многоклеточные и дрожжи, метионин также кодируется кодоном AUA. AUA в стандартном генетическом коде кодирует изолейцин, и соответствующая тРНК (ileX в Escherichia coli) использует необычный базовый лизидин (бактерии) или агматиндеиминазу (археи), чтобы ставить в худшие условия AUG.

Кодон метионина AUG – это также наиболее распространенный стартовый кодон. Он представляет собой сообщение для рибосомы, которое сигнализирует о запуске трансляции белка из мРНК в момент пребывания кодона AUG в консенсусной последовательности Козака. В результате у эукариот и архей метионин часто включается в N-концевое положение белков в процессе трансляции, хотя он может быть удален путем посттрансляционной модификации. У бактерий в качестве начальной аминокислоты используется производный N-формилметионин.

Видео о метионине

Производные метионина

S-аденозил-метионин

Метионин-производное S-аденозил метионин (SAM) является кофактором, который в основном служит в качестве донора метила. SAM состоит из молекулы аденозила (через углерод 5'), прикрепленной к сере метионина, следовательно, делая его сульфониевым катионом (три заместителя и положительный заряд). Сера действует как мягкая Льюисова кислота (донор/электрофил) и позволяет S-метильной группе перемещаться к азоту, кислороду или ароматической системе, и часто с помощью других кофакторов, таких как кобаламин (в организме человека витамин В₁₂). Некоторыми ферментами SAM используется, чтобы инициировать радикальную реакцию, они называются радикальными ферментами SAM. В результате переноса метильной группы получается S-аденозил-гомоцистеин. У бактерий он регенерируется путем метилирования или извлекается путем удаления аденина, а гомоцистеин оставляет соединение дигидроксипентандион спонтанно конвертироваться в аутоиндуктор-2, который выделяется в качестве отходного продукта/кворумного сигнала.

Биосинтез

В качестве незаменимой аминокислоты, метионин не синтезируется заново в организме человека и других животных, которым нужно поглощать его или метионин-содержащие белки. В растениях и микроорганизмах его биосинтез принадлежит к семейству аспартата, как и треонин, и лизин (через диаминопимелат, но не через альфа-аминоадипат). Основной скелет получен из аспарагиновой кислоты, а сера может исходить из цистеина, метантиола или сероводорода.

• Во-первых, аспарагиновая кислота превращается через бета-аспартил-полуальдегид в гомосерин посредством двух этапов восстановления концевой карбоксильной группой (поэтому гомосерин имеет гамма-гидроксил, следовательно, гомо- ряд). Промежуточный аспартат-полуальдегид является точкой ветвления с путем биосинтеза лизина, где он вместо этого конденсируется пируватом. Гомосерин является точкой ветвления с путем треонина, где вместо этого он изомеризуется после активации концевого гидроксила фосфатом (также используется для биосинтеза метионина в растениях).
  
• Гомосерин затем активируется с фосфатом, сукцинилом или группой ацетила на гидроксиле.
  
• В растениях и, возможно, в некоторых бактериях используется фосфат. Этот этап является общим с биосинтезом треонина.
• У большинства организмов ацетильная группа используется для активации гомосерина. Он может катализироваться в бактериях под действием фермента, кодируемого metX или metA (не гомологи).
• У энтеробактерий и ограниченного количества других организмов используется сукцинат. Фермент, которым катализируется реакция, это MetA, и специфичность для ацетил-СоА и сукцинил-СоА диктуется одним остатком. проживают. Физиологическая основа для предпочтения ацетил-СоА или сукцинил-СоА неизвестна, но эти альтернативные маршруты имеются и в некоторых других путях (как в биосинтезе лизина и аргинина).
• Группа активации гидроксила затем заменяется цистеином, метантиолом или сероводородом. Реакция замещения технически является гамма-элиминированием с последующим вариантом присоединения Михаэля. Все участвующие ферменты – это гомологи и члены семейства PLP-зависимых ферментов метаболизма Cys/Met, которое является подмножеством клада типа I PLP-зависимого изгиба. Они используют кофактор PLP (пиридоксаль фосфат), который функционирует за счет стабилизации промежуточных продуктов карбаниона.
  
• Если он реагирует с цистеином, он производит цистатионин, который расщепляется с образованием гомоцистеина. Участвующие ферменты – это цистатионин-гамма-синтаза (кодируется metB в бактериях) и цистатионина-бета-лиаза (metC). Цистатионин связан по-разному в двух ферментах, позволяя происходить бета или гамма реакции.
• Если он реагирует со свободным сероводородом, он дает гомоцистеин. Он катализируется O-ацетилгомосерин аминокарбоксипропилтрансферазой (ранее известным как О-ацетилгомосерин(тиол)-лиазой. Он кодируется metY или metZ в бактериях.
• Если он реагирует с метантиолом, он производит непосредственно метионин. Метантиол является побочным продуктом катаболического пути некоторых соединений, поэтому этот путь является более необычным.
• Если производится гомоцистеин, группа тиола метилируется, получая метионин. Известны две метионин синтазы, одна зависимая от кобаламина (витамин В₁₂) и одна независимая.
  

Путь с использованием цистеина называется путем транссульфурации, в то время как путь с использованием сероводорода (или метантиола) называется путем транс-сульфуризации.

Цистеин получают аналогичным способом, а именно его можно изготовить из активированного серина и либо из гомоцистеина (путь обратной транс-сульфуризации), либо из сероводорода (путь прямой транс-сульфуризации). Активированный серин – это обычно О-ацетил-серин (в E.coli через CysK или CysM), но у Aeropyrum pernix и некоторых других архей используется O-фосфосерин. CysK и CysM – это гомологи, но относятся к кладу Типа III изгиба PLP.

Путь транс-сульфуризации

Ферменты, участвующие в пути транс-сульфуризации биосинтеза метионина в E. coli:

• аспартокиназа,
  
• аспартат-полуальдегида дегидрогеназа,
  
• гомосериндегидрогеназа,
  
• гомосерин O-транс-сукцинилаза,
  
• цистатионин-γ-синтаза,
  
• цистатионин-бета-лиаза,
  
• метионинсинтетаза (у млекопитающих эта стадия выполняется гомоцистеин-метилтрансферазой или бетаин-гомоцистеин S-метилтрансферазой).
  

Другие биохимические пути

Хотя млекопитающие не способны синтезировать метионин, они могут все равно пользоваться им в различных биохимических путях:

Катаболизм метионина

Метионин превращается в S-аденозилметионин (SAM) посредством метионин-аденозилтрансферазы.

Во многих реакциях метилтрансферазы SAM служит в качестве метил-донора и преобразуется в S-аденозилгомоцистеин (SAH).

Аденосилгомоцистеиназа преобразует SAH в гомоцистеин.

У гомоцистеина два направления развития: он может быть использован для регенерации метионина или для образования цистеина.

Регенерация метионина

Метионин можно регенерировать из гомоцистеина через метионин-синтазу в реакции, в которой в качестве кофактора требуется витамин B₁₂.

Гомоцистеин может быть также повторно метилирован с использованием глицинбетаина (NNN-триметил глицин, TMG) в метионин с помощью фермента бетаина-гомоцистеина метилтрансферазы (EC2.1.1.5, BHMT). До 1,5% от всего растворимого белка в печени составляет BHMT, и последние данные говорят о том, что он может оказывать серьезное влияние на метионин и гомеостаз гомоцистеина, чем метионин-синтаза.

Путь обратной транс-сульфуризации: превращение в цистеин

Гомоцистеин можно преобразовать в цистеин.

• Цистатионин-бета-синтазк (ПФУ-зависимый фермент) объединяет гомоцистеина и серин, давая цистатионин. Вместо того, чтобы разлагать цистатионин с помощью цистатионин-бета-лиазы, в качестве пути биосинтеза, цистатионин разрушается на цистеин и альфа-кетобутират через цистатионин-гамма-лиазу.
  
• Фермент альфа-кетокислоты дегидрогеназа преобразовывает альфа-кетобутират в пропионил-CoA, метаболизирующийсяся в три этапа до сукцинил-CoA.
  

Синтез этилена

Растения также используют эту аминокислоту для синтеза этилена в процессе, известном, как цикл Янга или цикл метионина.

Химический синтез

Рацемический метионин можно синтезировать из диэтилового натрий фталимидомалоната алкилированием с хлороэтилметилсульфидом (ClCH₂CH₂SCH₃) с последующим гидролизом и декарбоксилированием.

Питание человека

Высокие уровни метионина можно обнаружить в яйцах, кунжуте, бразильских орехах, мясе, рыбе, некоторых семенах растений и в зерновых. Большинство фруктов, овощей и бобовых содержат его очень мало. Тем не менее, именно сочетание метионина и цистина считается полноценным белком. Рацемическая аминокислота иногда добавляется в качестве ингредиента в корм для домашних животных.

Ограничение потребления

Существует научное доказательство, что ограничение его потребления у некоторых животных может повысить продолжительность жизни.

В исследовании 2005 г. было обнаружено, что ограничение метионина без ограничения энергии увеличивает продолжительность жизни мышей.

По результатам исследования, опубликованного в Nature, добавление этой незаменимой аминокислоты в рацион дрозофил при диетическом ограничении, включая ограничение незаменимых аминокислот, восстановило фертильность без снижения продолжительности жизни, характерного для диетического ограничения. Это привело исследователей к выводу, что это вещество в комбинации с одним или другими возбуждающими аминокислотами приводит к уменьшению продолжительности жизни.

В нескольких исследованиях было выявлено, что ограничение метионина также ингибирует связанные со старением болезненные процессы у мышей и ингибирует канцерогенез толстой кишки у крыс. У человека ограничение через диетические изменения может быть достигнуто посредством вегетарианской диеты. Веганизм, основанный полностью на растительных продуктах, как правило, отличается очень низким содержанием метионина, однако некоторые орехи и бобовые могут обеспечить более высокий уровень.

Исследование 2009 г. на крысах показало, что добавки с этим веществом увеличивают производство митохондриальной ROS, а окислительное повреждение митохондриальной ДНК предполагают вероятный механизм его гепатотоксичности.

Однако, поскольку метионин – это незаменимая аминокислота, полностью удалить его из диеты животных без заболевания или смерти, наступающей со временем, нельзя. Например, у крыс, получавших диету без метионина, развилась жировая дистрофия печени, анемия и потеря двух третей веса в течение 5 недель. Введение метионина улучшает патологические последствия его дефицита.

Метионин может также иметь большое значение для реверсирования повреждения от метилирования глюкокортикоидных рецепторов, вызванного повторным воздействием стресса, с последствиями для депрессии.

Метионин и здоровье

Отсутствие метионина связано со старческим поседением волос. При его нехватке перекись водорода накапливается в волосяных фолликулах, что приводит к снижению эффективности тирозиназы и постепенной потере цвета волос.

Метионин является промежуточным продуктом в биосинтезе цистеина, таурина, карнитина, фосфатидилхолина, лецитина и других фосфолипидов. При неправильном преобразовании метионина может развиться атеросклероз.

Другие виды применения

Иногда DL-метионин дают собакам в качестве добавки. Он помогает снизить вероятность образования камней у собак посредством хелатирования тяжелых металлов, таких как ртуть, свинец и кадмий, а также выводит их из организма. Метионин также известен тем, что повышает экскрецию хинидина путем подкисления мочи. Аминогликозиды, используемые для лечения инфекций мочевыводящих путей, лучше всего работают в щелочных условиях, и подкисление мочи с использованием метионина может уменьшить их эффективность. Если ваша собака на диете, которая повышает кислотность мочи, метионин использовать нельзя.

Метионин допускается в качестве добавки в органические корма для домашней птицы в соответствии с сертифицированной органической программой США.