Аспекты аминокислотного профиля белка | ТП Биотех2030
Автор: Архипов М. Ю., кандидат технических наук по специальности Биотехнология, ведущий специалист компании ООО «ФидИндастриз»
Идеальный аминокислотный профиль
Часто можно встретить словосочетание «идеальный белок». Под ним понимают белок, обладающий белок аминокислотным составом, идеально сбалансированным для роста и развития живого организма. На практике идеального белка с постоянным составом аминокислот не существует, т.к. соотношение аминокислот, требуемых для разных живых организмов, отличается и даже для одного и того же организма не постоянно, т.к. зависит от многих факторов: возраста и состояния организма, фазы его развития: формирование скелета, наращивание мышечной массы и др. А что же такое тогда такое «идеальный белок» и зачем нужно это понятие?
Не все аминокислоты одинаково усваиваются, недостаток одних ограничивает усваивание других. Для понимания данной ситуации существует закон Либиха, иллюстрирующий как влияет лимитирующая аминокислота. Согласно закону белок можно представить в виде бочки, сбитой из досок, если одна доска короче остальных, то вода будет уходить через неё. Доски – это аминокислоты, а самая короткая – это лимитрирующая, она будет понижать ценность всего продукта, а избыточные аминокислоты будут выведены из организма.
Попробуем проанализировать аминокислотные профили нескольких белков считающихся идеальными для разных животных разных возрастных групп.
Можно заметить, что при разнообразии кривых идеальных белков, прослеживается общий характер кривой, т.к. существует общая закономерность соотношения аминокислот, следовательно, можно построить аппроксимирующую кривую обобщённого Идеального белка.
Наложив на данную кривую аминокислотные профили любого белка можно судить об оптимальности его по отклонению от этого аппроксимированного профиля «идеального» белка, считая её бочкой Либиха. А существует ли в природе белковая добавка с идеальным аминокислотным профилем?
Виды источников кормового белка
Как известно источники белка могут быть классифицированы по происхождению на 3 основные группы: животные, растительные, микробные. Иногда ещё добавляют две дополнительные группы: белки синтетического происхождения и белки насекомых, но они мало распространены.
Для каждой группы белков по происхождению характерен разный аминокислотный профиль.
Широко известно, что основной аминокислотой является лизин. Она является основным лимитирующим фактором в бочке Либиха. Если белок не содержит лизина, то ценность такого продукта низкая. Лидером в плане обеспеченности лизином считается белок животного происхождения, однако надо учитывать, что и животный белок может быть совершенно разным по АК профилю. Давайте посмотрим какой он бывает.
Ближе всего к идеальному белку по АК профилю располагается белок зародыша: яйцо, икра. В нём содержатся все аминокислоты в соответствии с потребностью универсального развития целостного живого организма. Такой белок оптимален для быстрого начального развития организма, но с его развитием потребность меняется. Поэтому его можно назвать базовым для развития всех живых организмов.
Из диаграммы видно, что АК профиль яичного белка вполне покрывает АК профиль идеального белка.
За ним идёт белок молока – это, прежде всего, казеин, содержание которого в коровьем молоке достигает 78-85%. Этот белок содержит полный набор незаменимых аминокислот, но имеет относительный провал по метионину и треонину.
К белкам животного происхождения также относятся другие белки, которые имеют аминокислотный профиль совсем далёкий от идеального. Они получены при переработке кожи, пуха, пера, костей и других отходов. В таких белках преобладают соединительные структурные белки – коллаген, эластин, кератин. Коллаген и эластин содержатся в коже, хрящах, костях, лёгких и кровеносных сосудах. Они содержат много глицина и пролина. В эластине больше валина и аланина и меньше глутаминовой кислоты и аргинина, чем в коллагене. Кератин — это фибриллярный белок, обладающий высокой механической прочностью. В основном из него состоят волосы, ногти, рога, перья и клюв птиц и др.
Как видно из диаграммы эти белки крайне бедны по основным незаменимым аминокислотам — лизину, метионину, гистидину, триптофану и далеко выпадают из профиля «идеального» белка. Гидролиз, ферментирование, концентрирование или изолирование таких белков не могут добавить им недостающих аминокислот, т.к. при дальнейшей переработке не меняется АК профиль.
Рыбная мука. АК профиль рыбной муки близок к профилю идеального белка, недостаток заметен только по метионину и фенилаланину. АК профиль рыбной муки также сильно колеблется, т.к. зависит из чего она сделана: из какой рыбы, из целой или из отходов, присутствия фальсифицирующих добавок.
Если же рыбная мука сделана из рыбных отходов, то аминокислотный профиль будет совсем иным – в нём будет провал по основным аминокислотам, в том числе лизину, из-за высокого содержания коллагенсодержащих вторичных рыбных ресурсов (головы, костей, плавников и др.).
Растительные белки. Растительные белки по сравнению с животными менее полноценны, так как они дефицитны по содержанию незаменимых аминокислот, прежде всего лизина и треонина.
Для белка пшеницы, кукурузы, также как и риса, пшена, подсолнечника первой лимитирующей аминокислотой является лизин, для бобовых — метионин. Среди растительных белков наиболее близка по АК профилю к идеальному соя, а все остальные культуры, включая горох, люпин, лён и другие уступают ей уступают, прежде всего, по содержанию лизина. Следует помнить, что аминокислотный профиль растительного белкового продукта будь это концентрат, гидролизат или изолят всегда сохраняет аминокислотный профиль исходного сырья, которое было использовано в производстве. Если же в готовом белковом продукте прослеживается значительное нарушение профиля, например завышенное содержание лизина, то это — фальсификат, в который добавляли синтетические аминокислоты или другие добавки. Такие добавки снижают питательность исходного природного белка и могут быть опасны, несмотря на более сбалансированный аминокислотный профиль.
Микробный белок. Микробный белок получают ферментаций микроорганизмов, целью которой является наработка биомассы. Обычно используют обычно дрожжи, как самый быстрорастущий м/о. В его биомассе накапливается обычно 45% белка. Аминокислотный профиль дрожжевого белка близок к идеальному, кроме содержания метионина.
Минусом такого дрожжевого белка является наличие у микроорганизмов клеточной стенки, которая сложно расщепляется ферментами живого организма.
Источник: http://soyanews.info/news/aspekty_aminokislotnogo_profilya_belka.html
СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БЕЛКА Аминокислоты — Справочник химика 21
В плохо отфильтрованных сырых жирах могут присутствовать белковые и другие вещества. Эти примеси весьма нежелательны. В производстве их стараются удалить различными способами, так как они ухудшают товарный вид, способствуют порче жиров и увеличивают потери при рафинации и хранении жиров. Структурными элементами белков являются в основном аминокислоты. Белки состоят из углерода (50—55%), водорода (6,5—7,3%), азота (15—18%) и кислорода (21—24%). Кроме того, почти все белки содержат серу. Белки, обладая большой гидрофильностью, нерастворимы в жирах. Наличие белков в сырых жирах в состоянии коллоидных растворов объясняется тем, что они образуют молекулярные соединения с фосфатидами и вместе с ними растворяются в жирах. [c.132]
Аминокислоты — структурные элементы белков. В молекулах природных белков встречается около 20 аминокислот. Как видно из табл. 3, некоторые из белковых цепей аминокислот несут отрицательный заряд, тогда как другие заряжены положительно одни боковые группы гидрофобны, другие, наоборот, полярны и, следовательно, сильно сольватируются водой. [c.8]
Нахождение а природе. Наиболее распространенными являются а-аминокислоты — структурные элементы белка, основы животной жизни. Скелет молекулы белка состоит из остатков а-аминокислот, соединенных амидными связями. [c.306]
АМИНОКИСЛОТЫ — СТРУКТУРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БЕЛКОВ СТРОЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ [c.40]
Белии — важнейшие компоненты живого вешества, входящие в состав клеточной ткани и участвующие в процессах биосинтеза. Белки — это сложные полимеры, построенные индивидуальными аминокислотами. Простые белки — протеины — состоят только из аминокислот сложные белки — протеиды — помимо аминокислот содержат другие структурные элементы. Большинство белков состоят из 20 аминокислот (аланин, глицин, лейцин и др.). Все [c.100]
Белки, или протеины (что в переводе с греческого означает первые или нейшие ), количественно преобладают над всеми другими макромолекулами, присутствующими в живой клетке, и составляют более половины сухого веса большинства организмов. В предьщущей главе мы рассматривали аминокислоты — структурные элементы белков — и простые пептиды, состоящие из небольшого числа аминокислотных остатков, соединенных друг с другом пептидными связями. Теперь мы займемся структурой белков, молекулы которых представляют собой очень длинные полипептидные цепи, построенные из многих аминокислотных звеньев. [c.137]
Нуклеиновые кислоты, наряду с белками, выдвинулись на первый план, и всестороннее изучение их должно способствовать познанию самых вансвойств организма. Весьма существенным доводом в пользу особого значения нуклеиновых кислот для жизненных процессов является то, что, по-видимому, все организмы, и высшие и низшие, за исключением некоторых паразитических форм, обладают способностью собственного и независимого синтеза нуклеиновых кислот. Этим свойством наделены даже те высшие животные, о которых мы знаем, что они лишены способности синтезировать некоторые аминокислоты, являющиеся основными структурными элементами белков. [c.95]
Тонкие различия в первичной структуре родственных белков часто удается выявить методом отпечатков пальцев . Метод этот состоит в том, что белок подвергают частичному перевариванию с помощью одного или нескольких протеолитических ферментов, а затем разделяют продукты гидролиза и идентифицируют их, пользуясь для этого либо электрофорезом, либо хроматографией на бумаге. На фиг. 32 приведены полученные таким способом отпечатки пальцев , или пептидные карты , нормального и аномального гемоглобинов. Детальное изучение этих пептидных карт показывает, что все пептидные пятна, за исключением одного, идентичны. Таким способом генетически измененный структурный элемент выявляется очень легко, и для установления природы структурного изменения нет надобности устанавливать полную аминокислотную последовательность всей молекулы. Действительно, в ряде случаев весьма определенные указания относительно природы имеющегося замещения можно получить просто исходя из результатов анализа аминокислотного состава соответствующих пептидов, выделенных из двух белков. Но, конечно, однозначные доказательства замены одной аминокислоты на другую получают только после установления аминокислотной последовательности анализируемых пептидов. [c.96]
Белки, вводимые с пищей в организм, никогда ие вступают в состав тканей тела без предварительного их расщепления. Строго говоря, организмом используется для питания не самый белок, а его структурные элементы— отдельные аминокислоты и, вероятно, простейшие полипептиды. [c.311]
В настоящее время установлена совершенно конкретная связь между различными формами обмена. Она выражается в том, что отдельные структурные элементы белков, жиров и углеводов могут превращаться друг в друга после соответствующей химической перестройки. Так, например, аминокислоты используются для синтеза углеводов и наоборот. На этой стороне связи мы остановимся более подробно. [c.378]
Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные соединения, распадающиеся при полном гидролизе на три типа веществ азотистые основания — пуриновые и пиримидиновые основания, сахара (пентозы) и фосфорную кислоту. Пуриновые и пиримидиновые основания находятся в таком же состоянии к нуклеиновым кислотам, как аминокислоты к белкам, хотя число азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот, значительно меньше, чем число аминокислот в белках. Однако молекулярный вес нуклеиновых кислот часто бывает выше, чем молекулярный вес белков. Рассмотрим кратко строение основных структурных элементов, входящих в состав нуклеиновых кислот. [c.223]
В настоящее время с полной определенностью можно говорить о совершенно конкретной связи между различными формами обмена. Она выражается в том, что отдельные структурные элементы белков, жиров и углеводов могут превращаться друг в друга после соответствующей химической перестройки. Так, например, аминокислоты могут быть использованы для синтеза углеводов и наоборот. Но дать полную картину последовательного хода рассматриваемых превращений пока еще не представляется возможным. [c.360]
Имеется ряд характерных цветных реакций, которыми обычно пользуются для обнаружения белков в биологических объектах. Они являются реакциями на структурные элементы белка — на пептидную связь и различные аминокислоты. Важнейшие из них следующие. [c.51]
Аминокислоты — соединения, содержащие одну или несколько амино- и карбоксильных групп. Наиболее распространенными являются а-аминокислоты — структурные элементы белка — основы живой ткани. Скелет молекулы белка состоит из остатков аминокислот, соединенных пептидными (амидными) связями. Аминокислоты — солеобразные соединения, являются твердыми веществами и, как правило, пе имеют четких температур плавления, хорошо растворимы в воде и плохо в органических растворителях. Наиболее характерное свойство аминокислот — амфотерность. [c.43]
Очевидно, эта аминокислота не проявляет особенно интересных химических свойств, а ее биологическое значение сводится к роли структурного элемента в тех случаях, когда важно распололСтруктурные белки (коллаген, шелк, шерсть) содержат значительные количества глицина. [c.28]
Аминокислоты широко распространены в природе. Многие из них имеют исключительное значение, так как являются структурными элементами, из которых строятся молекулы белков. [c.278]
Белки — высокомолекулярные биополимеры, структурными элементами которых являются а-аминокислоты. Молекулярная масса белков варьирует в очень широких пределах от 10000 Да до нескольких сотен тысяч и более. Физико-химические и физические свойства белков определяются качественным и количественным составом входящих в них аминокислот. [c.80]
До сих пор при рассмотрении периодических структурных элементов полипептидной цепи не принималось во внимание влияние боковых радикалов аминокислот на конформацию белковой молекулы. Но белки, в особенности глобулярные, характеризуются трехмерным расположением полипептидной цепи, за стабилизацию которого помимо обсуждавшихся водородных связей в основном ответственны нековалентные взаимодействия. [c.381]
Среди природных соединений известно много веществ, в которых одним из важнейших структурных элементов является ядро индола. Например, ь-триптофан (XV), найденный во многих белках, является незаменимой аминокислотой. В связи с тем что триптофан не вырабатывается в организме млекопитающих, он обязательно должен входить в рацион питания человека. Одним [c.320]
Электрохимические исследования аминокислот, нуклеиновых кислот и белков непосредственно связаны между собой, поскольку первые являются структурными элементами более сложных макромолекул. Электрохимические исследования двадцати основных 1-а-аминокислот [230—232] показали, что только шесть из них — цистеин, цистин, метионин, гистидин, тирозин и триптофан — окисляются на пирографитовом и стеклоуглеродном электродах. В области pH от 1 до 10 их окисление протекает необратимо при н.и.э.>1,0 В, причем с ростом pH потенциал полуволны или максимум тока смещается в отрицательную сторону. Процессы окисления сопровождаются пассивацией электрода продуктами реакции. По данным ЯМР- и ИК-спектроскопии, продукты реакции имеют сложную полимерную структуру, что не позволяет пока перейти к детальному анализу механизма. Тем не менее полученные результаты оказались полезными при интерпретации электрохимического поведения белков, адсорбированных на графитовых электродах [245, 246]. [c.163]
Разрушение белков в природных процессах происходит сту пенчато — от более крупных полипептидных остатков к более мелким дипептидным и аминокислотам и регулируется соответствующими ферментами. В полуанаэробной среде распад белков может идти замедленно. На.личие в белковой молекуле самых различных групп — аминных, карбоксильных, гидроксильных, сульфгидрильных, сульфидных и других обусловливает высокую реакционную способность отдельных структурных элементов белка. Разрушение белковой молекулы приводит к освобождению реакционных групп, которые могут участвовать в разнообразных реакциях вторичного синтеза. Приведенная краткая характеристика сложного строения белковой молекулы, ступенчатость ее распада, реакционная способность отдельных ее фрагментов показывают большие возможности для участия белковых веществ в природных процессах. [c.20]
При помощи изотопного метода можно также изучать и скорость кругооборота, или обновления , различных веществ в организме, т. е. скорость взаимосвязанных процессов синтеза и распада различных сложных веществ и структурных элементов тела. Например, чем быстрее появляются в составе тканевых белков введенные извне меченные радиоактивной серой или радиоуглеродом (0 ) аминокислоты и чем больший процент обычных, немеченых молекул замещается мечеными, тем, очевидно, энергичнее протекают в организме процессы обновления тканевых белков. [c.213]
Была показана особая роль белков в жизнедеятельности организма и значение их в питании. Изучая промежуточные превращения аминокислот — структурных элементов белковой молекулы, можно было отметить огромное количество разнообразных реакций, к которым они способны. Наряду с общим типом превращений, дезаминированием, переаминированием и декарбоксилированием, все аминокислоты подвергаются частным превращениям, свойственным только данной аминокислоте эти превращения приводят к образованию специфических веществ, включающихся в общую цепь реакций обмена. Установлено, что на завершающем этапе обмена простых белков в животном организме синтезируется мочевина — главный конечный продукт этого обмена. [c.356]
Без белков или их составных частей — аминокислот — не м о-жет быть обеспечено воспроизводство основных структурных элементов органов и тканей, а также образование ряда важнейших веществ, как, например, ферментов и гормонов. [c.321]
Мы начнем наше рассмотрение с химии а-аминокислот, т. е. тех структурных элементов, из которых построены белки после этого мы обсудим проблему сборки аминокислот в полимерные соединения, рассмотрим некоторые свойства белков и в заключение кратко опишем методы выделения белков из природных объектов и методы их очистки. Более подробно структура белков рассматривается в гл. IV. [c.40]
Итак, роль Р-РНК может быть определена как функция адаптера ее задача — донести активированную аминокислоту с присущим ей запасом химической энергии к тем структурным элементам клетки — рибосомам, митохондриям, пластидам, где осуществляется расположение аминокислот в требуемом порядке и где происходит синтез пептидной связи, т. е. собственно построение молекулы белка. Вначале предполагалось, что матрицей, или той химической структурой, которая определяет специфическую последовательность амп- [c.84]
После работ А. Я. Данилевского о биуретовом характере связей структурных элементов белков аналогичная мысль была положена в основу полипептидной теории строения белков, высказанной и экспериментально обоснованной классиком органического синтеза Фишером (1906). Еще в 1901 г. Фишер синтезировал ди- и трипепдиды глицилглицин и фенилглицилглицин [264]. Остатки аминокислот соединялись между собой линейным образом так, что элементы воды как бы удалялись из карбоксила одной и аминогруппы второй аминокислоты [c.266]
С помощью жидкостной хроматографии, применяемой в последние годы, в подземных водах установлен целый ряд аминокислот, являющихся структурными элементами белков и наряду с карбоксилом содержащих аминогруппу Nh3. В настоящее время в подземных водах обнаруживают MOHO- и дикарбоновые аминокислоты (аспарагиновая, глутаминовая, глинцин, аланин), диаминокислоты (лизин) и другие в количествах п-Ю — пЛО» мг/л. [c.14]
К концу XIX в. из белков было выделено свыше десяти аминокислот. Исходя из результатов изучения продуктов гидролиза белков, немецкий химик Э. Фишер (1852-1919) предположил, что белки построены из аминокислот. Это положение послужило основанием для его многолетних исследований химии аминокислот и белков, завершившихся созданием в начале XX в. пептидной теории строения белков. В результате работ Э. Фишера стало ясно, что белки представляют собой линейные полимеры а-аминокислот, соединенных друг с другом амидной (пептидной) связью, а все многообразие представителей этого класса соединений могло быть объяснено различиями аминокислотного состава и порядка чередования разных аминокислот в цепи полимера. Однако эта точка зрения не сразу получила всеобш ее признание еш е в течение трех десятилетий появлялись иные теории строения белков, в частности такие, которые основывались на представлении, что аминокислоты не являются структурными элементами белков, а образуются как вторичные продукты при разложении белков в присутствии кислот или ш елочей. [c.17]
Белки представляют собой полимеры аминокислот. Они играют роль главного структурного элемента в организмах животных. Ферменты, катализаторы биохимических реакций, по своей природе принадлежат к белкам. Все встречающиеся в природе белки образованы приблизительно 20 аминокислотами. Аминокислоты хиральны, т.е. способны существовать в виде несовместимых друг с другом изомерных форм, являющихся зеркальными отражениями друг друга,-энантиомеров. Обычно биологической активностью обладает только одна из двух энантиомерных форм. Структура белков определяется последовательностью аминокислот в полимерной цепи, скручиванием или растяжением цепи, а также общей формой молекулы. Все эти аспекты белковой структуры оказывают важное влияние на их биологическую активность. Нагревание или другие виды обработки могут инактивировать, или денатурировать, белок. [c.464]
Она характеризует свойство антигенов реагировать на антитела и связана с определенными элементами структуры антигена. Эти структурные элементы называются антигенными детерминантами, или эпитопами они расположены на поверхности белков и представлены небольшим числом аминокислот. Понятие последовательностных и конформационных детерминантов [99, 100] ввели и уточнили Атассии и Смит [2]. Они различают детерминанты непрерывные и прерывистые . Первые образуются последовательностью аминокислот, соседствующих в первичной структуре белка, и имеют особую конформацию благодаря всей совокупности структуры белка. Антигенные детерминанты прерывистого типа образуются посредством последовательного сочетания аминокислот, не рядом расположенных в первичной структуре белка. Иммунизация нативными белками, по всей видимости, вызывает в основном образование антител, специфич- [c.90]
Достичь этой цели, т.е. предсказания по аминокислотной последовательности конформационно-жестких и лабильных участков, можно тремя способами. Один из них универсален, а два других, хотя и имеют частный характер, представляют самостоятельный интерес и могут дополнять и контролировать друг друга. Первый способ требует распределения пространственного строения пептидных участков фиксированной длины по определенным таксономическим группам — шейпам, обобщенным структурным элементам цепи, отражающим потенцию соседних остатков к средним взаимодействиям. По ряду причин оптимальными являются пентапептидные участки. Их структурная селекция по шейпам может быть осуществлена с помощью «скользящей рамки» с шагом в один остаток для всех белков, нативные конформации которых известны. Максимально возможное число шейпов у фрагмента из п остатков равно 2″ при л = 5 оно составляет 16. Можно надеяться, что систематика белковых пентапептидных участков, количество которых превышает 100 тыс., по 16 группам и последующий анализ каждой группы приведут к установлению корреляций между составом и порядком аминокислот в пентапептидах, с одной стороны, и шейпам основной цепи, с другой. Такие корреляции, очевидно, не будут однозначными, и для большинства пентапептидов приемлемыми окажутся три-четыре, а то и большее число шейпов. Специальные расчеты, однако, показали, что и в этом случае конформационно-жесткие участки смогут обнаружиться по тенденции к снятию энергетического вырождения шейпов фрагментов, перекрывающихся по 1-4 остат- [c.592]
Аминокислоты. Роль структурных элементов в белках выполняют -аминокислоты, отличающиеся друг от друга строением боковых групп (боковых иепей), обозначенных к в состав белков входят, как правило, аминокислоты в Ь-конфигураиии. [c.27]
Другие особенности полисахаридов — результат химических связей, образуемых мономерами с фосфатными остатками и т.д. Полимеры и клеточные стенки приобретают при этом новые свойства. Несмотря на изменчивость, у грибов известны группоспецифичные особенности строения клеточной стенки. Она всегда содержит несколько типов полисахаридов. У почкующихся клеток всех классов грибов здесь высока доля маннозы, тогда как в гифах больше нейтральных моносахаридов, например, фукозы (метилпентоза), галактозы или глюкозы, а также белка. В различных количествах наряду с собственно структурными элементами клеточной стенки как включения в ней обнаружены меланины, растворимые сахара, пептиды, аминокислоты, фосфаты и другие соли. [c.24]
Однако количество информации, заключенной в одной-единственной клетке человека, все еще намного превьннает возможности доступных в настоящее время цифровых компьютеров человек пока еще не способен выразить в цифрах все многообразие биохимических фактов и взаимосвязей. Двадцать аминокислот, из которых построены все белки-это не просто двадцать кодирующих единиц, ибо значение любой данной аминокислоты в белке может быть различным. Например, значение серина может быть обусловлено тем, что в молекуле этой аминокислоты содержится полярная гидроксильная группа, способная образовывать водородную связь. Оно может быть также связано с тем, что серин входит в качестве важного структурного элемента в состав активного центра фермента (в случае трипсина) или регуляторного центра (в случае гликоген-фосфорилазы) или же быть носителем фосфатных групп (в казеине-белке молока). Перевести четырехбуквенный язык ДНК и двадцатибуквенный язык белков на язык цифр в том случае, когда эти буквы имеют множество значений, пока еще не представляется возможным. [c.852]
Н. Д. Зелинскому, В. С. Садикову и Н. И. Гаврилову удалось выделить нз гидролизата белков ряд производных дикетопиперазина, что и позволило указанным авторам говорить о дикетопиперази новом кольце как об одном из структурных элементов белковой молекулы. Кроме того, были найдены цветные реакции (например, с пикриновой кислотой), которые дают белки и дикетопиперазины, но не дают ни полипептиды, ни отдельные аминокислоты. [c.44]
Простейшим способом расщепления сложной белковой молекулы на ее структурные элементы является кипячение белка с достаточно концентрированными кислотами или щелочами. Так, например, если богатые белком веогества (яйцо, кусок мышцы, кожи и т. и.) нагревать в течение 10— 12 г с 5—10-кратным количеством 25% серной или 30% соляной кислоты, то, в конце концов, получается темная жидкость, содержащая продукты гидролиза белка, не дающие уже характерных реакций на белки. Темный цвет гидролизата белков зависит от вторично образующихся при такой обработке плохо растворимых веществ,- называемых гуминами. Гумины могут быть. в Toii или иной мере отделены от гидролизата путем фильтро-ван1 я, адсорбции на животном угле и т. д. В полученном слабо окрашенном фильтрате находятся конечные продукты гидролиза белка — аминокислоты./ Эти соединения могут быть легко выделены из гидролизата в свободной форме или в виде солей, очищены и получены в кристаллическом состоянии. Огромное количество работ по изучению продуктов полного гидролиза разнообразных белков показало, что в состав молекул простых белков входят только аминокислоты. [c.24]
АМИНОКИСЛОТЫ — карбоновые к-ты, содержащие одну или неск. аминогрупп, В зависимости от положения аминогруппы относительно карбоксила различают а-, f5-, -А. и т. д. А. широко распространены в природе. а-А. являются структурными элементами молекул белков. Из белковых гидролизатов выделено св. 20 а-А., имеюших (за исключением про-линаи оксипролина) общую формулу R H Nh3) 00H. Природные а-А. делят на след, группы. [c.90]
Ученые выяснили, когда в организме возрастает количество реактивных форм кислорода — Газета.Ru
Международная группа ученых при участии исследовательницы из МГУ имени М.В. Ломоносова показала, в каких условиях в организме выделяется больше супероксида — опасной формы кислорода, способной разрушать ДНК. Статья опубликована в журнале Free Radical Biology and Medicine.
У людей мутации в гене, кодирующем белок DHTKD1, сопутствуют многим неврологическим заболеваниям, а на молекулярном уровне — накоплению продуктов распада аминокислот лизина и триптофана и свободных радикалов. Структура белка DHTKD1 похожа на структуру фермента 2-оксоглутаратдегидрогеназы, который может производить супероксид — опасную форму кислорода, способную разрушать ДНК. Он образуется в качестве «побочного продукта» работы митохондрий — «энергетический станций» клетки. Борется клетка с «ядовитыми» формами кислорода с помощью антиоксидантов (веществ, препятствующих окислению) и белков системы антиоксидантной защиты.
Нехватка аминокислот может снижать синтез ферментов (белков, ускоряющих конкретные химические реакции в организме). Так, недостаток аминокислот лизина и триптофана может вызвать физические, неврологические и умственные расстройства и даже привести к летальному исходу. Эти аминокислоты относятся к незаменимым и синтезироваться в организме человека из других веществ не могут, поэтому должны поступать с пищей.
2-аминоадипат и 2-оксоадипат — вещества, образующиеся при расщеплении лизина, триптофана и гидроксилизина (точнее, их L-форм, закрученных влево, — в таком виде существуют почти все аминокислоты, входящие в состав белков). Недавно ученые нашли связь между повышенным содержанием в моче пациентов 2-аминоадипата и 2-оксоадипата и мутациями в белке DHTKD1. Это подтверждает обоснованную исследователями из МГУ ранее гипотезу, что белок-фермент, закодированный в DHTKD1, окисляет 2-оксоадипат. У некоторых пациентов высокие уровни 2-аминоадипата и 2-оксоадипата тяжело диагностировать, и расстройства протекают без симптомов. Поэтому связать конкретные мутации с заболеваниями не получается.
«Помимо решения конкретных задач по характеристике источников генерации вредных побочных продуктов жизнедеятельности, научная ценность работы состоит в демонстрации существующего уровня понимания живых систем, достигнутого в фундаментальных исследованиях. В данном случае такой уровень позволил не только интерпретировать содержащуюся в геноме информацию с точки зрения биохимических функций, но и правильно предсказать поведение биохимической системы (митохондрий) в тех или иных экспериментальных условиях», — комментирует результаты работы Виктория Буник.
В настоящее время работа по характеристике этого нового комплекса продолжается в связи с обнаруженными у человека мутациями.
белков
белков
Белки — одна из основных составляющих живого вещества. Они состоят из
длинные цепи аминокислот, которые связаны пептидными связями и
таким образом называемые полипептиды. Аминокислот около 20, и больше всего атомов.
среди них преобладают углерод, водород, кислород, азот и сера. Каждый
аминокислота содержит конец карбоновой кислоты и конец амино. При pH 6-7 (
pH тела 7,3) амино-конец протонирован, а карбоксильный конец остается
анион; это называется цвиттерионом.Некоторые аминокислоты не могут быть синтезированы
телом и должны быть получены с пищей; это аргинин, гистидин, изолейцин,
лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.
Простейшая аминокислота, глицин, показана ниже.
Пептидная связь возникает, когда конец карбоновой кислоты одной аминокислоты связывается с
амино-конец другого. В результате получается огромная цепочка, молекулярная масса которой
колеблется от 5000 до 1000000. Карбонильная группа, азот и водород
вокруг пептидной связи, а также два атома углерода, к которым
и карбонильные группы связаны, лежат в плоскости.Отрицательный заряд электронов
делокализован вокруг всей пептидной связи, явление, называемое резонансом,
и как карбонильная, так и углерод-азотная связи обладают характером двойной связи.
Поскольку связь углерод-азот частично является двойной связью, не может быть
свободное вращение вокруг него.
Порядок линейных связей между аминокислотами в белке называется
его первичная структура. Однако сама молекула изгибается и принимает определенное
строение, называемое его вторичной структурой.Такая общая конформация
альфа-спираль, предложенная в 1951 году Линусом Полингом и Р. Кори, как показано
здесь.
Эта цепочка образует
правосторонняя катушка, имеющая 3,7 аминокислот на полную
перемена. Водородная связь существует между водородом, связанным с азотом, и
карбонильная группа аминокислоты на четыре звена вниз по цепи, обеспечивая
жесткость и устойчивость конструкции.
Несколько альфа-спиралей могут
наматываются друг на друга, образуя пряди, которые удерживаются вместе
дисульфидные мостики, такие как в
белки, называемые альфа-кератинами.
Увеличенное изображение этого белка.
Белки также могут существовать в виде складчатых листов или бета-кератинов. В них водород
связь существует между соседними цепями, поскольку они лежат бок о бок. Другая конформация
коллаген или волокнистый белок; это тройная спираль полипептидов,
каждая из которых представляет собой левую спираль.
Иллюстрация субъединицы белка с пятью дисульфидными связями:
показано выше.
Увеличенное изображение этого белка.
Когда несколько полипептидных единиц связаны друг с другом и с другим
более простые молекулы, такие как сахара, неорганические остатки или коферменты, белок
считается, что он имеет четвертичную структуру.Функция белка зависит от
как порядка аминокислот, так и «топографии» его поверхности;
каждый фактор одинаково важен. Эта взаимозависимость основных единиц с
общая форма иллюстрирует тему архитектоники нашего семинара, которая
важность частей и целого как единой функции.
Выше проиллюстрирована структура белка инсулина свиньи.
Увеличенное изображение этого белка.
Эллисон Смит ’99.
Возвращение в архитектонику
25 мая 1996 г.
аминокислот | Спросите у биолога
Белковые части
Белки — это не то же самое, что строительные блоки Lego, но белки имеют особую форму, которую можно использовать для построения частей тела. Портрет Джонсона Ригейры Lego через Викимедиа. Щелкните изображение, чтобы увидеть его в полном размере.
Так же, как домик Lego сделан из кирпичей, белки состоят из множества крошечных строительных блоков. Эти строительные блоки называются аминокислотами.
Чтобы построить белок, сначала аминокислоты соединяются в длинные цепи.Эти цепочки аминокислотных строительных блоков затем могут складываться в любые формы. Некоторые цепочки складываются в спирали. Другие цепочки делают зигзагообразные листы и петли.
Объединение этих спиралей, листов и петель — вот как создается трехмерная форма белка. Вы также можете комбинировать несколько цепочек аминокислот, чтобы получить еще более крупные формы белка.
21 Это все, что нужно
Человеческий организм использует всего 21 аминокислоту для производства всех белков, необходимых для функционирования и роста.Поскольку аминокислоты могут быть расположены во многих различных комбинациях, ваше тело может производить тысячи различных видов белков из одной и той же 21 аминокислоты. Вы можете увидеть книги, в которых говорится, что аминокислот всего 20. Не волнуйтесь, это только потому, что 21-й был обнаружен совсем недавно, и еще не все книги дошли до него.
21 аминокислота. Нажмите на изображение, чтобы увидеть его в увеличенном виде.
Незаменимые аминокислоты
Есть девять аминокислот, которые ваше тело не может вырабатывать.Их называют незаменимыми аминокислотами, то есть они необходимы для жизни. Они содержатся в таких продуктах, как молоко, яйца и мясо, а также в самых разных растениях. Это одна из причин, почему вы не можете долго жить на диете, состоящей только из кукурузных чипсов. Незаменимые аминокислоты были фактически обнаружены в ходе эксперимента по тестированию чего-то очень похожего на «диету с кукурузными чипсами».
Ученые кормили крыс диетой, в которой содержался только кукурузный белок, и наблюдали за результатами. Они заметили, что крысы, соблюдающие эту диету, заболевают и в конечном итоге умирают.Однако когда больным крысам давали белок из молока, им становилось лучше. Это показало ученым, что что-то в молочном белке необходимо для здоровья крыс, что они не могут жить без него.
Откуда берутся аминокислоты?
К продуктам с высоким содержанием белка относятся мясо, рыба, яйца, орехи, шпинат, спаржа, бобы и брюссельская капуста.
Точно так же, как домик Lego, построенный из кубиков Lego, можно разобрать на части, а из кубиков построить что-то совершенно иное (например, действительно крутого тираннозавра), ваше тело может разобрать аминокислотные строительные блоки, из которых состоит белок и повторно использовать их для создания новых, совершенно других белков.Даже ваше тело знает, что переработка — это действительно круто!
Но откуда берутся эти строительные блоки аминокислот? Оказывается, ваши клетки могут производить большую часть необходимых им аминокислот из других молекул вашего тела. Однако девять из этих аминокислот он не может производить, поэтому вы должны получать их из пищи, которую вы едите. В противном случае это было бы похоже на то, что в наборе Лего не хватает девяти видов кирпичей, чтобы быть полным набором. Есть определенные вещи, которые невозможно построить без недостающих строительных блоков.
Аминокислоты в полноценном белке | Здоровое питание
Автор: Сира Дюбуа Обновлено 27 декабря 2018 г.
Белок является важным макроэлементом, наряду с углеводами и жирами.Белок обычно не используется вашим организмом в качестве источника энергии; вместо этого он метаболизируется в более мелкие единицы, которые используются в качестве «строительных блоков». Полноценный белок содержит все 22 аминокислоты, строительные блоки, которые ваше тело использует в различных комбинациях. Источники белка животного происхождения всегда полны, тогда как растительные источники обычно неполны, потому что в них отсутствуют определенные аминокислоты.
Метаболизм белка
Вскоре после того, как вы съели белок, ваша поджелудочная железа выделяет ферменты в тонкий кишечник, чтобы метаболизировать белок до гораздо более мелких аминокислот, которые помогают создавать различные структуры, такие как мышечные волокна, кожа и соединительная ткань.Некоторые аминокислоты используются непосредственно для создания тканей и биохимических соединений, в то время как другие перерабатываются в совершенно другие аминокислоты, прежде чем организм сможет их использовать. Аминокислоты, которые ваш организм не может производить, называются незаменимыми аминокислотами — вы должны получать их из своего рациона.
Типы аминокислот
По мере того, как ваше тело развивается с детства до взрослой жизни, оно способно производить больше аминокислот. Например, 12 из 22 аминокислот считаются незаменимыми, когда вы маленький ребенок, потому что ваши биохимические способности несколько ограничены до раннего подросткового возраста.Эти 12 аминокислот — изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан, валин, цистеин, тирозин, гистидин и аргинин. Когда вы становитесь подростком, количество незаменимых аминокислот сокращается до восьми, потому что теперь ваше тело может синтезировать цистеин, тирозин, гистидин и аргинин. Остальные 14 аминокислот называются заменимыми аминокислотами.
Источники животного происхождения
Белок из животных источников, таких как говядина, свинина, баранина, птица, рыба, моллюски, молоко и сыр, содержит все 22 аминокислоты, необходимые человеку.Поскольку американцы потребляют много мяса и молочных продуктов, белковая недостаточность в Соединенных Штатах довольно редка, согласно «Руководству по полноценному питанию и питанию Американской диетической ассоциации». Строгие вегетарианцы и бездомные наиболее подвержены риску белкового дефицита, который проявляется задержка роста, слабое развитие мышц, тусклая кожа и волосы, необычная усталость и снижение иммунного ответа
Источники растительного происхождения
Большинство источников белка из растений неполноценны, как правило, не хватает одной или двух аминокислот.Однако есть несколько широко доступных источников, включая соевые бобы, лебеду и семена конопли. Вегетарианцы могут комбинировать различные неполные источники растительного белка, чтобы получить все незаменимые аминокислоты.
Серосодержащие аминокислоты: обзор | Журнал питания
РЕФЕРАТ
Метионин, цистеин, гомоцистеин и таурин — это 4 распространенные серосодержащие аминокислоты, но только первые 2 включены в белки.Сера принадлежит к той же группе в периодической таблице, что и кислород, но гораздо менее электроотрицательна. Это различие объясняет некоторые отличительные свойства серосодержащих аминокислот. Метионин — это аминокислота, инициирующая синтез практически всех эукариотических белков; N-формилметионин выполняет ту же функцию у прокариот. Внутри белков многие из остатков метионина скрыты в гидрофобном ядре, но некоторые из них подвержены окислительному повреждению.Цистеин, благодаря своей способности образовывать дисульфидные связи, играет решающую роль в структуре белка и в путях сворачивания белка. Метионин метаболизм начинается с его активации до S -аденозилметионина. Это кофактор необычайной универсальности, играющий роль в переносе метильной группы, переносе 5′-дезоксиаденозильной группы, синтезе полиамина, синтезе этилена в растениях и многих других. У животных основная масса S -аденозилметионина используется в реакциях метилирования. S -Аденозилгомоцистеин, который является продуктом этих метилтрансфераз, дает гомоцистеин. Гомоцистеин может реетилироваться в метионин или превращаться в цистеин путем транссульфурации. Метионин также может метаболизироваться путем трансаминирования. Этот путь, который имеет значение только при высоких концентрациях метионина, дает ряд токсичных конечных продуктов. Цистеин может превращаться в такие важные продукты, как глутатион и таурин. Таурин присутствует во многих тканях в более высоких концентрациях, чем любые другие аминокислоты.Это важное питательное вещество для кошек.
Метионин и цистеин можно рассматривать как основные серосодержащие аминокислоты, потому что они являются 2 из 20 канонических аминокислот, которые включены в белки. Однако гомоцистеин и таурин также играют важную физиологическую роль (рис. 1). Почему природа использует серу в своем арсенале аминокислот? Другие канонические аминокислоты состоят только из атомов углерода, водорода, кислорода и азота. Поскольку и сера, и кислород принадлежат к одной и той же группе (Группа 6) Периодической таблицы и, следовательно, способны образовывать аналогичные ковалентные связи, вопрос может быть поставлен заново: почему аналоги метионина и цистеина, в которых атом серы заменен кислородом, а не выполняет те же функции? Одно из важнейших различий между кислородом и серой — это более низкая электроотрицательность серы.Действительно, кислород является вторым по величине электроотрицательным элементом в периодической таблице. Это объясняет использование серы в метионине; замена серы кислородом приведет к гораздо менее гидрофобной аминокислоте. Цистеин легко образует дисульфидные связи из-за легкости, с которой он диссоциирует с образованием тиолат-аниона. С другой стороны, серин, который отличается от цистеина только замещением серы на кислород, не сразу образует диоксидные связи. Разница заключается в том, что тиолы являются намного более сильными кислотами, чем спирты, поэтому спиртовая группа в серине не диссоциирует при физиологическом pH.Замена серы на кислород в S -аденозилметионине дает настолько мощный метилирующий агент, что он беспорядочно метилирует клеточные нуклеофилы без необходимости в ферменте.
РИСУНОК 1
Структуры серосодержащих аминокислот.
РИСУНОК 1
Структуры серосодержащих аминокислот.
Метионин и цистеин в белках.
Хотя и метионин, и цистеин играют решающую роль в метаболизме клеток, мы предполагаем, что в целом 20 канонических аминокислот были выбраны исходя из ролей, которые они играют в белках, а не их роли в метаболизме.Поэтому важно рассмотреть роль, которую эти аминокислоты играют в белках. Метионин — одна из самых гидрофобных аминокислот. Это означает, что большинство остатков метионина в глобулярных белках находится во внутреннем гидрофобном ядре; В мембранных доменах белка часто обнаруживается, что метионин взаимодействует с липидным бислоем. В некоторых белках часть остатков метионина в некоторой степени обнажена на поверхности. Они подвержены окислению до остатков сульфоксида метионина.Левин и др. (1) рассматривают эти остатки метионина как эндогенные антиоксиданты в белках. В глутаминсинтетазе E. coli они, как правило, располагаются вокруг активного сайта и могут защищать доступ к этому сайту для активных форм кислорода. Окисление этих остатков метионина мало влияет на каталитическую активность фермента. Эти остатки могут быть восстановлены до метионина с помощью фермента метионинсульфоксидредуктазы (2). Таким образом, происходит окислительно-восстановительный цикл, в котором окисляются незащищенные остатки метионина (например,{{+}} {+} \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O}. \ end {eqnarray *}
Считается, что нарушение активности метионинсульфоксидредуктазы и последующее накопление остатков сульфоксида метионина связаны с возрастными заболеваниями, нейродегенерацией и сокращением продолжительности жизни (2).
Метионин — это аминокислота, инициирующая синтез эукариотических белков; N -формилметионин выполняет ту же функцию у прокариот. Поскольку большинство этих остатков метионина впоследствии удаляется, очевидно, что их роль заключается в инициации трансляции, а не в структуре белка.У эукариот инициация трансляции включает ассоциацию тРНК инициатора (met-tRNA i met ) с eIF-2 и рибосомной субъединицей 40S вместе с молекулой мРНК. Drabkin и Rajbhandary (3) предполагают, что гидрофобная природа метионина является ключом к связыванию инициаторной тРНК с eIF-2. Используя соответствующие двойные мутации (в кодоне и антикодоне), они смогли показать, что гидрофобный валин можно использовать для инициации в клетках млекопитающих, но что полярный глутамин очень беден.
Цистеин играет важную роль в структуре белка в силу своей способности образовывать межцепочечные и внутрицепочечные дисульфидные связи с другими остатками цистеина. Большинство дисульфидных связей обнаружено в белках, предназначенных для экспорта или проживания на плазматической мембране. Эти дисульфидные связи могут образовываться неферментативно; протеин-дисульфид-изомераза, белок эндоплазматического ретикулума, может перетасовывать любые несовпадающие дисульфиды, чтобы гарантировать правильную укладку белка (4).
S -Аденозилметионин.
S -Аденозилметионин (SAM) 4 является ключевым промежуточным звеном в метаболизме метионина. Открытый в 1953 г. Кантони (5) как «активный метионин», необходимый для метилирования гуанидиоацетата до креатина, теперь очевидно, что SAM является коферментом удивительной универсальности (рис. 2). Помимо своей роли донора метила, SAM служит источником метиленовых групп (для синтеза циклопропилжирных кислот), аминогрупп (при синтезе биотина), аминоизопропильных групп (при синтезе полиаминов, а также синтез этилена, используемого растениями для ускорения созревания растений) и 5′-дезоксиаденозильных радикалов.SAM также служит источником атомов серы в синтезе биотина и липоевой кислоты (6). Однако у млекопитающих основная масса SAM используется в метилтрансферазных реакциях. Ключ к полезности SAM в качестве донора метила заключается в ионе сульфония и в электрофильной природе атомов углерода, которые примыкают к атому серы. Суть этих метилтрансферазных реакций состоит в том, что положительно заряженный сульфоний делает соседнюю метильную группу бедной электронами, что облегчает ее атаку на богатые электронами акцепторы (нуклеофилы).
РИСУНОК 2
Метаболическая универсальность S-аденозилметионина.
РИСУНОК 2
Метаболическая универсальность S-аденозилметионина.
SAM может отдавать свою метильную группу широкому кругу акцепторов, включая аминокислотные остатки в белках, ДНК, РНК, небольшие молекулы и даже металлу, метилированию арсенита (7,8). В настоящее время у млекопитающих идентифицировано около 60 метилтрансфераз. Однако число почти наверняка намного больше.Биоинформатический анализ ряда геномов, включая геном человека, проведенный Katz et al. (9) предположили, что SAM-зависимые метилтрансферазы класса 1 составляют 0,6–1,6% открытых рамок считывания в этих геномах. Это может указывать на около 300 метилтрансфераз класса 1 у человека в дополнение к меньшему количеству ферментов классов 2 и 3. У людей, по-видимому, основными пользователями SAM являются гуанидиноацетат N -метилтрансфераза (отвечающая за синтез креатина) и фосфатидилэтаноламин N -метилтрансфераза (синтез фосфатидилхолина) (10).Кроме того, при высоком потреблении метионина происходит значительный поток через глицин N -метилтрансферазу (GNMT) (11). Важным свойством всех известных SAM-зависимых метилтрансфераз является то, что они ингибируются их продуктом, S -аденозилгомоцистеином (SAH).
Метионин метаболизм.
Метионин метаболизм начинается с его активации до SAM (рис. 3) метионин аденозилтрансферазой (MAT). Реакция необычна тем, что все 3 фосфата удаляются из АТФ, что указывает на «высокоэнергетическую» природу этого иона сульфония.Затем SAM отдает свою метильную группу акцептору, чтобы произвести SAH. SAH гидролизуется до гомоцистеина и аденозина гидролазой SAH. Эта последовательность реакций называется трансметилированием и повсеместно присутствует в клетках. Гомоцистеин может быть метилирован обратно в метионин повсеместно распространенной метионинсинтазой (MS), а также в печени и почках некоторых видов бетаин: гомоцистеинметилтрансферазой (BHMT). MS использует 5-метил-THF в качестве донора метила, тогда как BHMT использует бетаин, который вырабатывается во время окисления холина, а также поступает с пищей (10).И MS, и BHMT влияют на реметилирование , и комбинацию трансметилирования и реметилирование составляют метиониновый цикл , , который встречается в большинстве, если не во всех, клетках.
РИСУНОК 3
Основные пути метаболизма серосодержащих аминокислот.
РИСУНОК 3
Основные пути метаболизма серосодержащих аминокислот.
Метиониновый цикл не приводит к катаболизму метионина.Это вызвано путем транссульфурации , который превращает гомоцистеин в цистеин за счет комбинированного действия цистатионин-β-синтазы (CBS) и цистатионин-γ-лиазы (CGL). Путь транссульфурации имеет очень ограниченное распространение в тканях; он ограничен печенью, почками, кишечником и поджелудочной железой. Превращение метионина в цистеин — необратимый процесс, который объясняет хорошо известный принцип питания, согласно которому цистеин не является диетической незаменимой аминокислотой при условии наличия адекватного метионина, но метионин является диетической незаменимой аминокислотой, независимо от наличия цистеина.Этот путь катаболизма метионина предполагает парадокс: ограничен ли катаболизм метионина необходимостью реакций метилирования? Если бы это было так, метионин в диете, богатой метионином, мог бы превышать потребность в метилировании, так что полный катаболизм не мог бы произойти через этот путь. GNMT метилирует глицин в саркозин, который, в свою очередь, может метаболизироваться саркозиндегидрогеназой для регенерации глицина и окисления метильной группы до 5,10-метилен-ТГФ.
Применение сложной методологии индикаторов стабильных изотопов к метаболизму метионина у людей дало оценки трансметилирования, реметилирования и транссульфурации.Такие исследования выявляют важные моменты регулирования. Например, щадящий эффект цистеина на потребности в метионине проявляется в увеличении доли реметилированного пула гомоцистеина и уменьшении доли, которая подвергается транссульфурации (12). У молодых людей, принимающих диету, содержащую 1–1,5 г белка · кг −1 · d −1 , около 43% пула гомоцистеина было реметилировано, а 57% метаболизировалось посредством пути транссульфурации (трансметилирование = 9.7, трансульфурация = 5,4, реметилирование = 4,4 мкм моль · кг -1 · ч -1 ) (13).
Метионин метаболизм представляет собой замечательный пример роли витаминов в химии клетки. MS использует метилкобаламин в качестве простетической группы, одного из двух ферментов млекопитающих, которые, как известно, нуждаются в витамине B-12. Метильная группа, используемая MS, поступает из пула с 1 углеродом фолиевой кислоты. Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR), которая восстанавливает 5,10-метилен-THF до 5-метил-THF, содержит FAD в качестве простетической группы.Оба фермента пути транссульфурации (CBS и CGL) содержат пиридоксальфосфат. Поэтому неудивительно, что дефицит каждого из этих витаминов (витамина B-12, фолиевой кислоты, рибофлавина и пиридоксина) связан с повышенным уровнем гомоцистеина в плазме. Окислительное декарбоксилирование α-кетобутирата, продуцируемого CGL, осуществляется пируватдегидрогеназой, поэтому ниацин (НАД), тиамин (тиаминпирофосфат) и пантотеновая кислота (кофермент А) также могут рассматриваться как необходимые для метаболизма метионина.
Для метаболизма метионина необходимы не только витамины, но и метаболизм метионина играет решающую роль в усвоении фолиевой кислоты клетками. MS выполняет 2 основные функции. Помимо своей роли в сохранении метионина, MS превращает 5-метил-THF в THF, тем самым делая его доступным для поддержки синтеза ДНК и других функций. Поскольку 5-метил-ТГФ является доминирующей циркулирующей формой, которая попадает в клетки, МС необходим для клеточной ассимиляции фолиевой кислоты. Нарушение активности рассеянного склероза (например,g., вызванный дефицитом кобаламина) приводит к накоплению коферментов фолиевой кислоты в виде 5-метил-ТГФ, так называемой метильной ловушки (14). Эта гипотеза объясняет тот факт, что дефицит витамина B-12 вызывает функциональную недостаточность клеточного фолата.
Комбинированные пути трансметилирования и транссульфурации ответственны за катаболизм большей части метионина. Однако есть также свидетельства существования SAM-независимого катаболического пути, который начинается с реакции трансаминирования (15).При нормальных обстоятельствах это очень незначительный путь, но он становится более значительным при очень высоких концентрациях метионина. Поскольку он производит сильные токсины, такие как метантиол, он считается ответственным за токсичность метионина. Идентификация инициирующей трансаминазы неясна; глутаминтрансаминаза может действовать на метионин, но считается, что это маловероятно в физиологических условиях (15). Ввиду вероятности того, что этот путь играет роль в токсичности метионина, требуется дополнительная работа над его компонентами, распределением в тканях и физиологической функцией.
Регуляция метаболизма метионина.
Основные средства, с помощью которых регулируется метаболизм метионина, — это 1 ) аллостерическая регуляция SAM и 2 ) регуляция экспрессии ключевых ферментов. В печени SAM оказывает мощное воздействие на множество локусов. Специфический для печени MAT имеет высокий уровень K m для метионина и, следовательно, хорошо приспособлен для удаления избытка метионина из пищи. Он демонстрирует необычное свойство активации обратной связи; он активируется его продуктом, SAM (16).Это свойство было включено в компьютерную модель метаболизма метионина в печени, и очевидно, что оно делает утилизацию метионина чрезвычайно чувствительной к концентрации метионина (17). SAM также является аллостерическим активатором CBS и аллостерическим ингибитором MTHFR (18). Следовательно, повышенный уровень SAM способствует транссульфурации (окислению метионина) и ингибирует реметилирование (сохранение метионина). Активность многих ферментов, участвующих в катаболизме метионина (MAT 1, GNMT, CBS), увеличивается при приеме пищи с высоким содержанием белка (18).
Помимо своей функции в катаболизме метионина, путь транссульфурации также обеспечивает цистеин для синтеза глутатиона. Доступность цистеина часто ограничивает синтез глутатиона, и оказывается, что в ряде клеток (например, гепатоцитах) по крайней мере половина необходимого цистеина обеспечивается транссульфурацией, даже в присутствии физиологических концентраций цистеина (19). Транссульфурация чувствительна к балансу прооксидантов и антиоксидантов; пероксиды увеличивают поток транссульфурации, тогда как антиоксиданты уменьшают его (20).Считается, что окислительно-восстановительная регуляция пути транссульфурации происходит на уровне CBS, который содержит гем, который может служить сенсором окислительной среды (21).
Таурин.
Таурин замечателен как своей высокой концентрацией в тканях животных, так и разнообразием функций, которые ему приписывают. Таурин — самая распространенная свободная аминокислота в тканях животных. Таблица 1 показывает, что, хотя таурин составляет только 3% пула свободных аминокислот в плазме, он составляет 25%, 50%, 53% и 19% соответственно этого пула в печени, почках, мышцах и головной мозг.Величина пула внутриклеточного таурина заслуживает комментария. Например, скелетные мышцы содержат 15,6 мкМ моль таурина на грамм ткани, что составляет внутриклеточную концентрацию около 25 мМ. Предполагается, что помимо своей роли в синтезе таурохолата соли желчных кислот, таурин, помимо прочего, действует как антиоксидант, внутриклеточный осмолит, стабилизатор мембраны и нейротрансмиттер. Это важное питательное вещество для кошек; у котят, рожденных от матерей, получавших диету с дефицитом таурина, наблюдается дегенерация сетчатки (24).Таурин содержится в материнском молоке, может быть условно незаменим для детей грудного возраста и обычно добавляется в большинство детских смесей. Недавние исследования начали обнаруживать действие таурина на сетчатку. Похоже, что таурин, воздействуя на рецептор глицина, способствует образованию палочковых фоторецепторных клеток из клеток-предшественников сетчатки (25).
ТАБЛИЦА 1
Концентрации таурина в тканях крысы (22,23)
| Плазма | 0.36 мкм моль / мл | (2,8%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Печень | 4,28 мкм моль / г | (24,6%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Почка | 8,72 мкм моль / г | 50,1%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мышца | 15,60 μ моль / г | (52,7%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мозг | 5,09 μ моль / г | (19,1%) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Плазма | 0.36 мкм моль / мл | (2,8%) | |||||||||||||
| Печень | 4,28 мкм моль / г | (24,6%) | |||||||||||||
| Почка | 8,72 мкм моль / г | 50,1%) | |||||||||||||
| Мышцы | 15,60 μ моль / г | (52,7%) | |||||||||||||
| Мозг | 5,09 μ моль / г | (19,1%) |
| Плазма | 0.36 мкм моль / мл | (2,8%) | |||||||||||||
| Печень | 4,28 мкм моль / г | (24,6%) | |||||||||||||
| Почка | 8,72 мкм моль / г | 50,1%) | |||||||||||||
| Мышца | 15,60 μ моль / г | (52,7%) | |||||||||||||
| Мозг | 5,09 μ моль / г | (19,1%) | |||||||||||||
| Плазма | 0.36 мкм моль / мл | (2,8%) |
| Печень | 4,28 мкм моль / г | (24,6%) |
| Почка | 8,72 мкм моль / г | 50,1%) |
| Мышцы | 15,60 μ моль / г | (52,7%) |
| Мозг | 5,09 μ моль / г | (19,1%) |