цистеин. Реферат Особенности обмена серосодержащих аминокислот метионин и цистеин
 Скачать 37.69 Kb.
|
|
ФГАОУ ВПО «Северо-Восточного Федерального Университета имени М.К.Аммосова» Медицинский институт Реферат «Особенности обмена серосодержащих аминокислот: метионин и цистеин» Выполнила: Студентка 3-го курса МИ группы ФАРМ 301-1, Семенова Н.А. Проверила: доцент кафедры биохимии и Биотехнологии, к.б.н., Соловьева М.И. Якутск 2015 год ОглавлениеВведение 2 Особенности обмена метионина 3 Обмен цистеина 6 Метионин 8 Цистеин 11 Заключение 11 Использованная литература 12 ВведениеСера очень важна для организма человека. Три важнейшие функции серы в организме:
Сера ответственна за ионный обмен в клетке, который обеспечивает так называемый калиево-натриевый насос мембран клеток. Именно сера обеспечивает правильное функционирование этой системы, от которой зависит проницаемость клеточных мембран. Это нужно для того, чтобы необходимые питательные вещества доставлялись в клетку , а токсины и продукты жизнедеятельности выводились из нее.
Сера является компонентом инсулина, очень важного гормона, регулирующего усвоение глюкозы клетками для выработки энергии. Сера также нужна тиамину и биотину для поддержания нормального углеводного обмена.
Сера – неотъемлемая составляющая протеинов большинства тканей организма кровеносных сосудов, волос и ногтей, кожи и других органов. Сера образует гибкие дисульфидные связи внутри протеинов, обеспечивающие гибкость и подвижность тканей. Все клетки организма находятся в состоянии постоянной регенерации, для которой необходимо присутствие достаточного количества серы в нашем рационе, что обеспечит противостояние разрушению тканей свободными радикалами, а значит, будет способствовать омоложению. В состав белков человека входят 2 аминокислоты, содержащие серу, - метионин и цистеин. Эти аминокислоты метаболически тесно связаны между собой. Рассмотрим более подробно обмен серосодержащих аминокислот. Особенности обмена метионинаМетионин - незаменимая аминокислота. Она необходима для синтеза белков организма, участвует в реакциях дезаминирования, является источником атома серы для синтеза цистеина. Метионил-тРНК участвует в инициации процесса трансляции. Метильная группа метионина - мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий акцептор называют реакцией трансметилирования, имеющей важное метаболическое значение. Метальная группа в молекуле метионина прочно связана с атомом серы, поэтому непосредственным донором этого одноутлеродного фрагмента служит активная форма аминокислоты. Реакция активация метионина Активной формой метионина является S-аденозилметионин (SAM) - сульфониевая форма аминокислоты, образующаяся в результате присоединения метионина к молекуле аденозина. Аденозин образуется при гидролизе АТФ (см. схему 1). Эту реакцию катализирует фермент метионин аденозилтрансфераза, присутствующий во всех типах клеток. Структура (-S+-CH3) в SAM - нестабильная группировка, определяющая высокую активность метильной группы (отсюда термин "активный метионин"). Эта реакция уникальна для биологических систем, так как, по-видимому, является единственной известной реакцией, в результате которой освобождаются все три фосфатных остатка АТФ. Отщепление метильной группы от SAM и перенос её на соединение-акцептор катализируют ферменты метилтрансферазы. SAM в ходе реакции превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT) (схема 2). Примеры реакций трансметилирования Синтез фосфатидилхолина из фосфатидилэтиноламина Фосфатидилхолины (лецитины) - наиболее распространённая группа глицерофосфолипидов, участвующих в образовании мембран клеток и липопротеинов, в составе которых осуществляется транспорт липидов (см. схему 3). Синтез карнитина Карнитин - переносчик жирных кислот через мембрану митохондрий (см. схему 4). Синтез креатина Креатин необходим для образования в мышцах высокоэнергетического соединения - кре-атинфосфата. Синтез креатина идёт в 2 стадии с участием 3 аминокислот: аргинина, глицина и метионина. В почках образуется гуанидинацетат при действии глицинамидинотрансферазы (см. схему 5). Затем гуанидинацетат транспортируется в печень, где происходит реакция его метилирования (см. схему 6). Креатин с кровотоком переносится в мышцы и клетки мозга, где из него образуется высокоэнергетическое соединение - креатинфосфат. (см. схему 7). Эта реакция легко обратима и катализируется ферментом креатинкиназой. Фермент локализован в цитозоле и митохондриях клеток, обладает органоспецифичностью. В норме активность его в крови очень мала. Обнаружено три изоферментные формы креатинкиназы. Креатинфосфат играет важную роль в обеспечении энергией работающей мышцы в начальный период. В результате неферментативного дефосфорилирования, главным образом в мышцах, креатинфосфат превращается в креатинин, выводимый с мочой. Суточное выделение кре-атинина у каждого индивидуума постоянно и пропорционально общей мышечной массе (см. схему 8). Определение содержания креатина и креати-нина в крови и моче используется для характеристики интенсивности работы мышц в спортивной медицине и при некоторых патологических состояниях. Определение активности фермента креатинкиназы и его изоферментных форм в крови используется в медицине для диагностики таких заболеваний, как инфаркт миокарда, миопатии, мышечные дистрофии и др. Реакции трансметилирования используются также для:
Регенерация метионина Реакции метилирования играют важную роль в организме и протекают очень интенсивно. Это вызывает большой расход метионина, так как он является незаменимой аминокислотой (в клетках метионин синтезироваться не может). В связи с этим большое значение приобретает возможность регенерации метионина с участием заменимых аминокислот (Сер, Гли). В результате отщепления метильной группы SAM превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT), который при действии гидролазы расщепляется на аденозин и гомоцистеин (схема 9). Гомоцистеин может снова превращаться в ме тионин под действием гомоцистеинметилтранс феразы. Донором метильной группы в этом случае служит N5-метил-Н4-фолат (схема 10). Промежуточным переносчиком метильной группы в этой реакции служит производное витамина В12 - метилкобаламин, выполняющий роль кофермента. Метионин - незаменимая аминокислота, однако может регенерироваться из гомоцистеина. Следовательно, незаменим именно гомоцистеин, но единственным его источником в организме служит метионин. В пище гомоцистеина крайне мало, поэтому потребности человека в метиони-не и гомоцистеине обеспечиваются только мети-онином пиши. Общая схема метаболизма метионина, связанная с обменом одноуглеродных фрагментов, представлена на схеме 11. Первичным донором одноуглеродныхкфраг-ментов является серии. Образовавшийся N5,N10-метилен-Н4-фолат восстанавливается до N5-метил-Н4-фолата, передающего метильную группу на кобаламин (витамин В12). Метилкобаламин непосредственно участвует в регенерации метионина. Гомоцистеин может использоваться также для синтеза цистеина. Обмен цистеинаВторая серосодержащая аминокислота - цистеин. Она условно заменима, так как для её синтеза необходим атом серы, источником которого служит незаменимая аминокислота метионин. Для синтеза цистеина необходимы 2 аминокислоты: Серин - источник углеродного скелета; Метионин - первичный источник атома S (см. схему 12). Синтез цистеина из гомоцистеина происходит в 2 стадии под действием пиридоксальзависимых ферментов цистатионинсинтазы и цис-татионинлиазы (см. схему 13). При нарушении использования гомоцистеина в организме из него образуется гомоцистин (схема 14) Гомоцистин может накапливаться в крови и тканях" выделяться с мочой, вызывая гомоцистинурию. Возможной причиной является наследственное нарушение обмена гомоцистеина либо гиповитаминоз фолиевой кислоты, а также витаминов В12 и В6. Патогенез Гомоцистеин, растворенный в плазме, провоцирует свободнорадикальное окисление липидов в липопротеинах крови и тем самым их задержку в крови, ускоряет агрегацию тромбоцитов, вызывает повреждение эндотелия сосудов. Сопутствующие заболевания Гомоцистеинемия считается фактором риска и обнаруживается в 30% случаев атеросклероза, тромбозов, ишемической болезни сердца. Она выявляется при болезни Альцгеймера, нарушениях беременности – невынашивание, мертворождения. Основы лечения При дефекте цистатионин-синтазы применяется лечение витамином В6 в дозе 250-500 мг/день. При дефекте метилен-тетрагидрофолат-редуктазы уровень гомоцистеина может быть снижен благодаря употреблению фолиевой кислоты по 5 мг/день. Витамин В12 также оказывает положительное влияние. Одновременно назначается диета со сниженным содержанием метионина, что достигается специальным подбором продуктов, бедных этой аминокислотой. Из других биохимических нарушений можно отметить цистатионинурию, также часто возникающую при недостаточности витаминов группы В. Биологические функции цистеина разнообразны и очень важны для организма. Так, цистеин, входящий в состав белков, играет необычайно важную роль в их фолдинге, поскольку тиогруппы цис способны образовывать прочную дисульфидную связь. При этом 2 остатка цистеина формируют молекулу цистина (см. схему 15). Окислительная реакция протекает либо с участием кофермента NAD+ под действием фермента цистеинредуктазы, либо неферментативно. Дисульфидные связи стабилизируют пространственную структуру полипептидной цепи или связывают между собой 2 цепи (например, А- и В-цепи гормона инсулина). Очень многие белки и ферменты в активном центре содержат SH-группы, участвующие в катализе. При их окислении ферментативная активность падает. Восстановление SH-групп часто происходит с использованием глутатиона - атипичного трипептида, содержащего γ-глутаминовую кислоту, цистеин и глицин (см. схему 16). Глутатион способен существовать в 2 формах - восстановленной (Г-SH) и окисленной (Г-S-S-F) и служит активным антиоксидантом в организме человека. Как известно, некоторые ферменты содержат в активном центре SH-группы, абсолютно необходимые для каталитической реакции. При их окислении ферменты теряют свою активность. Предполагается, что одной из главных функций глутатиона является сохранение этих ферментов в активной восстановленной форме. Окисленный глутатион может вновь восстанавливаться под действием глутатионредуктазы, используя НАДФН2 и служить донатором водорода. С другой стороны, глутатион может оказывать ингибирующее действие на некоторые белки: в частности, известна реакция инактивации инсулина под действием глутатионинсулинтрансдегидрогеназы, в которой SH-глутатион является донатором водородных атомов, разрывающих дисульфидные связи между двумя полипептидными цепями молекулы инсулина. Показана коферментная функция глутатиона для дегидрогеназы фосфоглицериновой кислоты и глиоксалазы. Ещё одним важным путём использования цис-теина можно считать синтез таурина в животных тканях, который происходит путём декарбоксилирования производных цистеина - цистеиновой и цистеинсульфиновой кислот (схема 17). Таурин необходим для синтеза парных жёлч ных кислот в печени. Кроме того, он очень важен в клетках как антиоксидант и используется для снижения ПОЛ и связывания гипохлоританиона (в форме хлораминового комплекса). Цистеин также служит предшественником тиоэтаноламинового фрагмента HS-KoA (кофермента А). Поскольку в процессе катаболизма сера метионина в тканях в основном переходит в серу цистеина и взаимопревращение цистина в цистеин легко осуществляется, проблема окисления серы всех аминокислот практически сводится к окислению цистеина. Главным путем оказался окислительный, включающий окисление цистеина в цистеинсульфиновую кислоту, трансаминирование последней с α-кетоглутаратом и образование пирувата и сульфита по схеме (см. схему 18). Сульфит, который получается в реакции, превращается в сульфат и выводится с мочой, либо превращается в эфиро-серные кислоты, которые также экскретируются почками. Цистеин - практически единственный источник сульфатов мочи. Пути использования цистеина представлены на схеме (см. схему 19). МетионинОсобая роль этой аминокислоты в обмене веществ связана с тем, что она содержит подвижную метильную группу (-СНз), которая может передаваться на другие соединения. Способностью метионина отдавать метильную группу обусловлен его липотропный эффект (удаление из печени избытка жира). Отдавая подвижную метильную группу, метионин способствует синтезу холина, с недостаточным образованием которого связаны нарушение синтеза фосфолипидов из жиров и отложение в печени нейтрального жира. Липотропным свойством обладает также белок казеин (и содержащий его творог), который имеет в составе значительное количество метионина. Метионин участвует в синтезе адреналина, креатина и других биологически важных соединений; активирует действие гормонов, витаминов (В 12 , аскорбиновой и фолиевой кислот), ферментов. Как известно, основными регуляторами метаболизма в человеческом организме являются ферменты, что доказывает важность метионина, входящего в их состав. Если нарушается метаболизм, то организм человека «теряет равновесие», что неотвратимо приводит кразного рода расстройствам и заболеваниям. Путем метилирования (отдачи -CH3-группы) метионин обезвреживает токсичные продукты. Применяют метионин для лечения и предупреждения заболеваний и токсических поражений печени (цирроз, поражения мышьяковистыми препаратами, хлороформом, бензолом и другими веществами), а также при хроническом алкоголизме, сахарном диабете и др. Эффект более выражен при жировой инфильтрации клеток печени. При вирусном гепатите применять метионин не рекомендуется. Метионин назначают для лечения дистрофии, возникающей в результате белковой недостаточности у детей и взрослых после дизентерии и других хронических инфекционных заболеваний. Метионин способствует снижению содержания холестерина в крови, уменьшению отложения жира в печени и улучшению функции печени, может оказывать умеренное антидепрессивное действие (по-видимому, за счёт влияния на биосинтез адреналина). Также нельзя забывать, что метионин лежит в основе образования вещества креатина, необходимого для тех, кто желает увеличить мышечную массу, а также держать своё тело в отличной форме! Метионин требуется при следующих состояниях и заболеваниях: • Синдром хронической усталости • Болезнь Альцгеймера • Рассеянный склероз • Ревматоидный артрит • Желчекаменная болезнь • Гепатиты • Предменструальный синдром • Фиброзно-кистозная мастопатия • Алкоголизм • Ожирение • Фибромиалгия • Болезнь Паркинсона • Атеросклероз • Диабет • Остеоартрит • Цирроз • Раннее старение кожи • Ухудшение состояния волос • Ломкость и расслоение ногтей Как можно заметить, список нарушений при дефиците метионина огромен. Это доказывает его крайнюю необходимость для человеческого организма. Метионин также применяют в комплексной терапии токсикоза беременности.Он также необходим для синтеза нуклеиновых кислот, коллагена и многих других белков. Его полезно потреблять женщинам, принимающим оральные гормональные контрацептивы. Основные натуральные источники Больше всего встречается в говяжьем и курином мясе, в говяжей печени и треске, достаточно много содержится в твороге, куриных яйцах; крупах (по убыванию) рисовой, пшенной, овсяной, гречневой, перловой, пшеничной, манной; в горохе, макаронах и уже меньше в молоке/кефире и хлебе. Также присутствует в бананах, бобах, фасоли, чечевице и сое. Способ применения и дозы Назначают внутрь 3 - 4 раза в день. Разовая доза для взрослых 0,5 - 1,5 г, для детей до 1 года - 0,1 г, до 2 лет - 0,2 г, от 3 до 4 лет - 0,25 г, от 5 до 6 лет - 0,3 г, от 7 лет и старше - по 0,5 г. Принимают за полчаса до еды. Курс лечения продолжается 10 - 30 дней. Препарат можно назначать также курсами по 10 дней с 10-дневными перерывами. При рвоте метионин отменяют. ЦистеинЦистеин способствует пищеварению, участвуя в процессах переаминирования. Способствует обезвреживанию некоторых токсических веществ и защищает организм от повреждающего действия радиации. Один из самых мощных антиоксидантов, при этом его антиоксидантное действие усиливается при одновременном приеме витамина С и селена. Цистеин является предшественником глутатиона – вещества, оказывающего защитное действие на клетки печени и головного мозга от повреждения алкоголем, некоторыми лекарственными препаратами и токсическими веществами, содержащимися в сигаретном дыме. Содержание в продуктах питания Сырая свинина, сырое куриное филе, сырое филе лосося, куриное яйцо, коровье молоко, семечки подсолнечника, грецкие орехи, мука пшеницы, кукурузная мука, неочищенный рис,соя сухая, горох и т.д. Применение Дополнительный прием цистеина необходим при ревматоидном артрите, заболеваниях артерий, раке. Он ускоряет выздоровление после операций, ожогов, связывает тяжелые металлы и растворимое железо. Эта аминокислота также ускоряет сжигание жиров и образование мышечной ткани. При цистинурии, редком генетическом состоянии, приводящем к образованию цистиновых камней, принимать цистеин нельзя. Сахарный диабет также является противопоказанием для назначения цистеина. ЗаключениеТаким образом, серосодержащие аминокислоты оказывают поддержку в борьбе с последствиями радиации и при отравлении тяжелыми металлами. Играют важную роль в организме. Использованная литература
|