Cistein
Cistein (skr. Cys ili C) je semi-esencijska proteinogena aminokiselina sa hemijskom formulom HO2CCH(NH2)CH2SH. Kod čovjeka se, u izvjesnoj mjeri, može i (bio)sintetizirati.[1] Ugradnju cisteina u proteinski lanac kodiraju tripletni kodoni UGU i UGC. Tiolski bočni lanac često sudjeluje u enzimskim reakcijama, služeći kao nukleofil.[2][3] Tiol je podložan oksidaciji nakon čega nastaje disulfidni derivat cistin, koji ima važnu strukturnu ulogu u mnogim proteinima. Kada se koristi kao dodatak hrani, ima međunarodni kod E920.
| L-Cistein
 | |
|---|---|
 | |
| Općenito | |
| Hemijski spoj | L-Cistein
|
| Molekularna formula | HO2CCH(NH2)CH2SH |
| CAS registarski broj | 52-90-4 |
| Kratki opis | beli kristali ili prah |
| Osobine1 | |
| Molarna masa | 60,07 g/mol |
| Agregatno stanje | čvrsto |
| Gustoća | 1,32 g/cm3 |
| Tačka topljenja | 132,7-135 °C |
| Rastvorljivost | rastvorljiv |
| 1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima. | |
Prehrambeni izvori
urediIako je klasificiran kao semiesencijalna aminokiselina, u rijetkim slučajevima, cistein može biti esencijalan za djecu, starije osobe i bolesnike sa specifičnim metaboličkim poremećajima ili kod onih sa sindromom malapsorpcije. U normalnim fiziološkim uvjetima, ljudsko tijelo obično može da sintetizira cistein, ako je dostupna dovoljna količina metionina. U gastrointestinalnom traktu i krvnoj plazmi, podložan je katabolizi. Za razliku od reaktivnog cisteina, njegova izvedenica cistin neizmenjen prolazi kroz GI trakt i krvnu plazmu, a pri ulasku u ćelije brzo se reducira u dva molekula cisteina.
Cistein se nalazi u većini visokoproteinskih izvora hrane. Neki od njih su:
- životinjski izvori: meso (uključujući i svinjetinu i perad), jaja, mliječni proizvodi;
- biljni izvori: crvene paprike, češnjak, luk, brokula, prokula, zob, granola, pšenične klice, isklijala leća.
Kao i druge aminokiseline, cistein ima amfoterna svojstva.
Industrijski izvori
urediL-Cistein se industrijski dobijao putem hidrolizom dlaka i keratina. Glavni suvremeni industrijski način proizvodnje počiva na fermentaciji uz upotrebu mutirane E. coli, a Wacker Chemie je uveo proceduru proizvodnje iz substituiranih tiazolina.[4] Po toj tehnologiji, L-cistein se proizvodi hidrolizom racemiske 2-amino-Δ2-thiazolin-4-karboksilne kiseline koristeći Pseudomonas thiazolinophilum.[5]
Biosinteza
uredi
Kod životinja, biosinteza počinje aminokiselinom serinom. Sumpor potiče iz metionina, koji konvertira u homocistein preko intermediara S-adenozil metionina. Zatim cistationin beta-sintetaza kombinira homocistein i serin u formu asimetričnog tioetra cistationina. Enzim cistationin gama-lijaza konvertuje cistationin u cistein i alfa-keto butirat. U biljkama i bakterijama, biosinteza cisteina isto počinje od serina, koji se konvertuje u O-acetil serin enzimom serin transacetilaza. Enzim O-acetilserin (tiol)-lijaza, iz raspoloživih sulfidnnih izvora, konvertira taj ester u cistein, pri čemu se oslobađa acetat.
Biološke funkcije
urediTiol grupa cisteina ima nukleofilna svojstva, pa lahko oksidira. Reaktivnost se pojačava kad je tiol joniziran. Konstanta disocijacije kiseline (pKa) cisteinskih ostataka u proteinima je blizu neutralnosti, tako da su u ćeliji česti u reaktivnom tiolatnom obliku .[6] Visoka reaktivnost tiol grupe, cisteinu omogućavaju brojne biološke funkcije.
Prekursor antioksidanta glutationa
urediKao posledica podložnosti tiola redoks reakcijama, cistein ima i antioksidantne osobenosti. Naprimjer, one se ispoljavajuna u slučaju tripeptida glutationa, koji je prisutan u ljudskom tijelu, kao i u nizu drugih organizama. Sistemska dostupnost oralnog glutationa (GSH) je neznatna, zbog čega se mora sintetizirati iz konstitutivnih aminokiselina: cisteina, glicina, i glutaminske kiseline. Ove aminokiseline su lahko dostupne iz uobičajene hrane, ali raspoloživost cisteina može biti ograničavajući faktor.
Disulfidne veze
urediDisulfidne veze imaju značajnu ulogu u savijanju i stabilnosti nekih proteina, pogotovu izlučenih u ekstracelularni medij.[7] Budući da većina ćelijskih kompartmana ima reducirajuće okruženje, disulfidne veze u citosolu su općenito nestabilne.
Disulfidne veze u proteinima se formiraju oksidacijom tiol grupe cisteinskih ostataka. Druga aminokiselina koja sadrži sumpor - metionin - ne može stvarati disulfidne veze. Agresivniji oksidanti konvertiraju cistein u korespondirajuću sulfinsku i sulfonsku kiselinu. Cisteinski ostaci imaju značajnu ulogu u umrežavanju proteina, što povećava čvrstoću molekula i doprinosi stvaranju proteolitičke otpornosti. Unutar ćelije, disulfidni mostovi među cisteinskim ostatacima u polipeptidima podržavaju proteinsku sekundarnu strukturu. Insulin je primjer proteina sa cistinskim umrežavanjem, gdje su dva nezavisna peptidna lanca povezana parom disulfidnih veza.
Korektnu formaciju disulfidnih veza katalizira protein disulfid izomeraza. Ćelija prenosi dehidro askorbinsku kiselinu u endoplazmatski retikulum, što uvjetuje oksidaciju sredine. U takvim uvjetima, cisteini su uglavnom oksidirani do cistina koji nemaju nukleofilna svojstva.
Prekursor klastera gvožđe-sumpor
urediU metabolizmu ljudskog organizma, cistein je značajan izvor sulfida. Sulfid je, u gvožđe-sumpor klasteru i u nitrogenazi, ekstrahiran iz cisteina, koji se istovremeno konvertira u alanin.
Vezanje za metalne jone
urediOsim proteina sa gvožđe-sumpornim motivom, mnogi drugi metalni kofaktori u enzimima su vezani za tiolat substituent cisteinil ostatake. Primjeri takvih konstrukta su cink u cinkovom prstu i alkohol dehidrogenazi, bakar u plavim bakarnim proteinima, te nikl u [NiFe]-hidrogenazi.[8] Tiolna grupa ima jak afinitet prema teškim metalima, tako da se cisteinski proteini, kao što je metalotionein, čvrsto vežu za metale kao što su živa, olovo i kadmij.
Post-translacijske modifikacije
urediOsim oksidacije u cistin, cistein učestvuje i u mnogim post-translacijskim modifikacijama. Nukleofilna tiol grupa mu omogućava da konjuguje sa drugim grupama, npr., u prenilaciji. Ubikvitin ligaze transferiraju ubikvitin na njihove zavisne proteine i kaspaze, učestvujući u proteolizi u apoptotičnom krugu. Inteini često funkcioniraju pomoću katalitičkog cisteina. Uloge su obično ograničene na dio intracelularne sredine, gdje je okruženje reducirajuće, a cistein nije oksidiran u cistin.
Primjena
urediCistein, osobito L-enantiomer, je prekursor u prehrambenoj, farmaceutskoj, i kozmetičkoj industriji. Jedna od najobimnijih upotreba je u proizvodnji začina. Reakcija cisteina sa šećerima, naprimjer, u Maillard reakciji daje okus mesa.L-cistein se koristi kao pomoćno sredstvo za pečenje hrane.
U kozmetici, cistein se koristi u oblikovanju "trajnih frizura", uglavnom u Aziji. U ovoj oblasti, cistein raskida disulfidne veze u keratinu kose.
Cistein je veoma popularan u eksperimentima usmjerenog obilježavanja, kojima se ispituje biomolekulska struktura i dinamika. Na cistein se selektivno pričvršćuju maleimidi, preko kovalentnog Michael dodavanja. U položajem usmjerenog spinsko obeležavanja za EPR ili para-magnetnom relaksacijom poboljšan NMR, također široko koristi cistein.
Reference
uredi- ^ http://www.microbiologytext.com/index.php?module=Book&func=displayarticle&art_id=66 Arhivirano 4. 10. 2015. na Wayback Machine.
- ^ Bajrović K., Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
- ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
- ^ Martens J., Offermanns H., Scherberich P. (1981): Facile synthesis of racemic cysteine. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 20 (8): 668 | doi = 10.1002/anie.198106681.
- ^ Drauz K., Grayson I., Kleemann A., Krimmer H-P., Leuchtenberger W., Weckbecker C. (2007): "Amino acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a02_057.pub2.
- ^ Bulaj G. Kortemme T., Goldenberg D. P. (1998): Ionization-reactivity relationships for cysteine thiols in polypeptides. Biochemistry, 37 (25): 8965–8972.| pmid = 9636038 | doi = 10.1021/bi973101r.
- ^ http://people.umass.edu/bioch623/623/Second.Section/2.kaiser.NatureRev.02.pdf.
- ^ Stephen J., Lippard S. J., Berg J. M. (1994): Principles of bioinorganic chemistry. University Science Books. Mill Valley, CA, ISBN 0-935702-73-3.
Također pogledajte
urediVanjski linkovi
uredi- Cysteine MS Spectrum
- International Kidney Stone Institute Arhivirano 13. 5. 2019. na Wayback Machine
- http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/cystein en.html Arhivirano 10. 11. 2016. na Wayback Machine
- Nagano N, Ota M, Nishikawa K (septembar 1999). "Strong hydrophobic nature of cysteine residues in proteins". FEBS Lett. 458 (1): 69–71. doi:10.1016/S0014-5793(99)01122-9. PMID 10518936.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- Interaction of alcohol and smoking in the pathogenesis of upper digestive tract cancers - possible chemoprevention with cysteine
- Cystine Kidney Stones
- Kosher View of L-Cysteine
Također pogledajte
urediVanjski linkovi
uredi- Cysteine MS Spectrum
- International Kidney Stone Institute Arhivirano 13. 5. 2019. na Wayback Machine
- http://www.chemie.fu-berlin.de/chemistry/bio/aminoacid/cystein en.html Arhivirano 10. 11. 2016. na Wayback Machine
- Nagano N, Ota M, Nishikawa K (septembar 1999). "Strong hydrophobic nature of cysteine residues in proteins". FEBS Lett. 458 (1): 69–71. doi:10.1016/S0014-5793(99)01122-9. PMID 10518936.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- Interaction of alcohol and smoking in the pathogenesis of upper digestive tract cancers - possible chemoprevention with cysteine
- Cystine Kidney Stones
- Kosher View of L-Cysteine