ЦИСТЕИН: КАРАКТЕРИСТИКЕ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ, БИОСИНТЕЗА - БИОЛОГИЈА - 2025

Цистеин ( Цис, Ц ) је један од 22 аминокиселине налазе у природи као део ланаца полипептида који чине протеине живих бића. То је од суштинске важности за стабилност терцијарних структура протеина, јер помаже формирању интрамолекуларних дисулфидних мостова.

Баш као што је случај и са другим аминокиселинама као што су аланин, аргинин, аспарагин, глутамат и глутамин, глицин, пролин, серин и тирозин, људи су способни да синтетишу цистеин, тако да то није сматра се есенцијалном аминокиселином.

Структура аминокиселине Цистеин (Извор: Хаттрицх виа Викимедиа Цоммонс)

Упркос томе, и с обзиром на чињеницу да брзине синтезе не задовољавају увек телесне потребе, неки аутори описују цистеин као "условно" есенцијалну аминокиселину.

Ова аминокиселина је добила име по „цистину“, компоненти жучних каменаца откривених 1810. године, чије су име сковали 1832. А. Баудримонт и Ф. Малагути. Неколико година касније, 1884., Е. Бауманн је открио да је цистеин производ редукције цистина.

Након рада који је спровео Бауман, 1899. године утврђено је да је цистеин главни састојак протеина који чине рогови разних животиња, што је сугерисало његову могућу употребу за синтезу полипептида.

Сада је познато да телесни цистеин долази из хране, рециклирања протеина и ендогене синтезе, која се јавља углавном у хепатоцитима.

карактеристике

Цистеин има молекулску масу од 121,16 г / мол и, уз леуцин, изолеуцин, валин, фенилаланин, триптофан, метионин и тирозин, спада међу највише хидрофобних аминокиселина.

Спада у групу неиспуњених поларних аминокиселина и, попут осталих аминокиселина, може се разградити алкалном хидролизом при високим температурама.

Попут триптофана, серина, глицина и треонина, цистеин је метаболички прекурсор за глуконеогенезу и кетогенезу (формирање кетонских тела).

Ова аминокиселина постоји као део пептидне секвенце протеина, али се такође може наћи у крвној плазми као хомогени (цистин, дериват) или мешани дисулфиди, састављени од облика хомоцистеин-цистеин.

Главна разлика између слободног цистеина и онога који се налази у структури протеина је у томе што је први у високо оксидованом редокс стању, док је други обично прилично смањен.

Структура

Као и код осталих до данас описаних аминокиселина, и цистеин има централни атом угљеника, који је хирални и познат је као α-угљеник.

Четири различите хемијске врсте су везане за овај атом угљеника:

- амино група (-НХ3 +)

- карбоксилна група (-ЦОО-)

- атом водоника и

- супституент (-Р).

Супституент група је она која даје идентитет свакој аминокиселини, а цистеин се карактерише садржавањем атома сумпора као дела тиолне или сулфхидрилне групе (-ЦХ2-СХ).

Управо та група му омогућава да учествује у формирању интра- и интермолекуларних дисулфидних мостова. Пошто је нуклеофил, може учествовати и у реакцијама супституције.

У ствари, овај бочни ланац цистеина може се модификовати тако да формира два једињења позната као "селеноцистеин" и "латионин." Прва је аминокиселина која такође учествује у стварању протеина, а друга је непротеински дериват аминокиселина.

Тиолну групу цистеина карактерише и њен високи афинитет ка јонима сребра и живе (Аг + и Хг2 +).

Карактеристике

Главне функције цистеина у живим организмима имају везе са његовим учешћем у стварању протеина. Наиме, цистеин учествује у успостављању дисулфидних мостова, који су неопходни за формирање терцијарне протеинске структуре.

Поред тога, ова аминокиселина није корисна само за синтезу протеина, већ такође учествује у синтези глутатион-а (ГСХ) и обезбеђује редуковани сумпор за метионин, липоичну киселину, тиамин, коензим А (ЦоА), молибдоптерин (кофактор) и друга биолошки важна једињења.

У условима прекомерних количина сумпорних аминокиселина, цистеин и друге сродне аминокиселине могу се користити за производњу пирувата и неорганског сумпора. Пируват успева да се преусмери на пут глуконеогених, који служи за производњу глукозе.

Кератини, који су једна од најзаступљенијих врста структурних протеина у животињском царству, богати су остацима цистеина. На пример, овчја вуна садржи више од 4% сумпора из ове аминокиселине.

Цистеин такође учествује у многим реакцијама редукције оксидације, чинећи га активним местом неких ензима.

Реагирајући са глукозом, ова аминокиселина ствара продукте реакције који у неке кулинарске приправке уносе атрактивне окусе и ароме.

Биосинтеза

Биосинтеза аминокиселина у људском телу и код других животиња (сисара и не-сисара) одвија се на ткивни и ћелијски начин; то је процес који захтева енергију и обично се одваја између различитих органа.

Јетра је један од главних органа који су укључени у синтезу већине небитних аминокиселина, без обзира на разматране врсте.

При томе се не синтетизује само цистеин, већ и аспартат, аспарагин, глутамат и глутамин, глицин, серин, тирозин и други из њихових специфичних прекурсора аминокиселина.

Ервин Бранд је 1935. утврдио да се цистеин, код сисара, природно синтетише из метионина који се јавља искључиво у јетреном ткиву.

Овај процес се може догодити "трансметилацијом" метионина, при чему се метил групе пребацују у холин и креатин. Међутим, цистеин се такође може створити из метионина захваљујући транс-сулфуризацији.

Касније се показало да су, поред метионина, нека синтетичка једињења попут Н-ацетил цистеина, цистеамина и цистамина корисни прекурсори за синтезу цистеина.

У случају Н-ацетил цистеина, они га преузимају ћелије, где се претвара у цистеин помоћу ензима деацетилазе у цитосолу.

Механизам синтезе

Најпознатији механизам синтезе цистеина из метионина је транс-сулфуризација. То се догађа углавном у јетри, али је такође одређено у цревима и панкреасу.

Ово се добија од хомоцистеина, једињења добијеног из аминокиселине метионина; а прва реакција на овом биосинтетском путу је кондензација коју катализује ензим цистатионин β-синтаза (ЦБС).

Овај ензим представља "компромисни" корак пута и кондензује хомоцистеин са остатком серина, другом аминокиселином протеина, која ствара цистатионин. Након тога, ово једињење се "сече" или "цепа" ензимом цистатионаза, што доводи до ослобађања цистеина.

Регулација ЦБС ензимске активности посредује доступношћу метионина и редокс стања ћелије у којој се догађа тај процес.

Путем синтезе цистеина ћелије могу да се носе са вишком метионина, пошто је његова конверзија у цистеин неповратан процес.

Синтеза цистеина у биљкама и микроорганизмима

У тим организмима цистеин се синтетише углавном из неорганског сумпора, који је најбројнији извор употребљивог сумпора у аеробној биосфери.

Ово се узима, улази у ћелије, а затим се редукује до сумпора (С2-), који се уграђује у цистеин на сличан начин као што се догађа са амонијаком у синтези глутамата или глутамина.

Метаболизам и деградација

Катаболизам цистеина јавља се углавном у ћелијама јетре (хепатоцити), мада се може појавити и у осталим типовима ћелија као што су неурони, ендотелне ћелије и ћелије глатких мишића васкулатуре тела.

Одређени недостаци катаболизма цистеина производе наследну болест познату као „цистинурија“, коју карактерише присуство цистичних каменаца у бубрезима, мокраћном бешику и уретеру.

Цистин је аминокиселина добијена из цистеина, а камење настаје спајањем ових двају молекула преко њихових атома сумпора.

Део метаболизма цистеина резултира стварањем сцијентосулфинске киселине, из које се формира таурин, непротеинска аминокиселина. Реакција је катализована ензимом цистеин диоксигеназом.

Поред тога, цистеин може да се оксидује формалдехидом да би се добио Н-формил цистеин, чија накнадна обрада може довести до стварања "меркаптурата" (продукта кондензације цистеина са ароматским једињењима).

Код животиња се користи и цистеин, као и глутамат и глутамин, за синтезу коензима А, глутатиона (ГСХ), пирувата, сулфата и водоник сулфида.

Једна од метода претворбе цистеина у пируват догађа се у два корака: први укључује уклањање атома сумпора, а други реакцију трансаминације.

Бубрези су одговорни за излучивање сулфата и сулфита који потичу из метаболизма сумпорних једињења попут цистеина, док плућа излучују сумпор диоксид и хидроген сулфид.

Глутатион

Глутатион, молекул састављен од три аминокиселинска остатка (глицин, глутамат и цистеин) је молекул који је присутан у биљкама, животињама и бактеријама.

Има посебна својства која га чине одличним редокс пуфером јер штити ћелије од различитих врста оксидативног стреса.

Храна богата цистеином

Цистеин се природно налази у намирницама које садрже сумпор, као што су (жути) жуманце, црвена паприка, бели лук, лук, броколи, карфиол, кељ и бриселски клице, воденица и сенф зелено.

Такође је присутан углавном у храни богатој протеинима, попут меса, махунарки и млечних производа, међу којима су:

- говедина, свињетина, пилетина и риба

- Зоб и лећа

- Сунцокрет

- Јогурт и сир

Предности уноса цистеина

Сматра се да његов унос спречава губитак косе и подстиче њен раст. У прехрамбеној индустрији нашироко се користи као средство за побољшање теста за хлеб и такође за „репродукцију“ укуса попут меса.

Други аутори су известили да унос додатака прехрани или хране богате цистеином смањује биохемијске повреде изазване прекомерном конзумирањем хране контаминиране металним елементима, јер учествује у „хелационим“ реакцијама.

Неке додатке исхрани који се односе на цистеин човек користи као антиоксиданте, што се сматра корисним са становишта "успоравања" старења.

Н-ацетил цистеин (прекурсор у синтези цистеина), на пример, узима се као додатак исхрани, јер то резултира повећањем биосинтезе глутатиона (ГСХ).

Сродне болести

Постоје неке научне публикације које повезују високи ниво цистеина у плазми са гојазношћу и другим сродним патологијама као што су кардиоваскуларне болести и други метаболички синдроми.

Цистинурија, као што је већ поменуто, је патологија која је повезана са присуством цистичних каменаца, деривата цистеина, услед генетског оштећења бубрежне реапсорпције двобазних аминокиселина, као што је цистин.

Поремећаји недостатка

Мањак цистеина повезан је са оксидативним стресом, јер је то један од главних прекурсора за синтезу глутатиона. Због тога, недостатак ове аминокиселине може довести до прераног старења и свих станова које то значи.

Доказано је да суплементација цистеином побољшава функције скелетних мишића, смањује однос масне и масне телесне масе, смањује ниво запаљенских цитокина у плазми, побољшава функције имуног система, итд.

Средином 1990-их, неке студије сугерисале би да синдром стеченог имуног дефицита (АИДС) може бити последица недостатка цистеина изазваног вирусом.

Ове су тврдње поткријепљене чињеницом да су прегледани ХИВ-позитивни пацијенти имали ниски ниво цистина у плазми и цистеина, поред ниских унутарћелијских концентрација глутатиона.

Референце

1. Дроге, В. (1993). Недостатак цистеина и глутатион у болесника са АИДС-ом: образложење за лечење Н-ацетил-цистеином. Фармакологија, 46, 61-65.
2. Дроге, В. (2005). Оксидативни стрес и старење: Да ли је старење синдром недостатка цистеина? Филозофске трансакције Краљевског друштва Б: Биолошке науке, 360 (1464), 2355–2372.
3. Елсхорбаги, АК, Смитх, АД, Козицх, В. и Рефсум, Х. (2011). Цистеин и гојазност. Гојазност, 20 (3), 1–9.
4. Кредицх, Н. (2013). Биосинтеза цистеина. ЕцоСал Плус, 1–30.
5. МцПхерсон, РА, и Харди, Г. (2011). Клиничке и нутритивне предности додатака протеина обогаћених цистеином. Тренутно мишљење о клиничкој исхрани и метаболичкој нези, 14, 562–568.
6. Мокхтари, В., Афхариан, П., Схаххосеини, М., Калантар, СМ, & Моини, А. (2017). Преглед различитих употреба Н-ацетил цистеина. Целл Јоурнал, 19 (1), 11–17.
7. Писте, П. (2013). Антиоксидант који савлада цистеин. Међународни часопис за фармацеутске, хемијске и биолошке науке, 3 (1), 143–149.
8. Куиг, Д. (1998). Метаболизам цистеина и токсичност метала. Преглед алтернативне медицине, 3 (4), 262–270.
9. Ву, Г. (2013). Амино киселине. Биохемија и исхрана. Боца Ратон, ФЛ: Таилор & Францис Гроуп.