Цистеин

 

МИНИСТЕРСТВО  ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение  образования

«Гомельский государственный  медицинский университет»

 

 

 

 

Кафедра ________биологической химии__________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

 

 

 

 

Цистеин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

студентка группы Л-203

 

 

 

 

Преподаватель

 

        Громыко М.В.  

 

 

 

Гомель   2008

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

 

1. Цистеин и механизмы  биосинтеза цистеина из метионина. 4

 

2. Биосинтез цистина 6

 

3. Таурин- конечный продукт  распада серосодержащих аминокислот. 7

 

4. Роль глутатиона. 8

 

5. Нарушение обмена  цистеина- цистиноз. 9

 

Заключение 10

 

Литература 11

 

Введение

Несмотря на то что  первая аминокислота- глицин- была выделена A. Бpaконно еще в 1820 г.. из кислотного гидролизата желатина; полный аминокислотный состав белков был расшифрован только к 30-м годам ХХв.. Большая заслуга в этом принадлежит работам Н.Н. Любавина, который в 1871 г установил, что под действием ферментов пищеварительных соков белки расщепляются на аминокислоты.

Были сделаны два важных вывода: 1) в состав белков входят аминокислоты; 2) методами гидролиза может бить изучен химический, в частности аминокислотный, состав белков.

ά-Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, у которых один водородный атом, у ά-углерода, замещен на аминогруппу (—NH₂ ), например:

Следует подчеркнуть, что все аминокислоты, входящие состав природных белков, являются ά-аминокислотами, хотя аминогруппа в свободных аминокарбоновых кислотах может находиться в β, γ-, δ-и ε-положениях.

Все встречающиеся в природе аминокислоты обладают общим свойством -амфотерностью (от греч. amphoteros-двусторонний), т.е. каждая аминокислота содержит как минимум одну кислотную и одну основную группы. Общий тип строения ά-аминокислот может быть представлен в следующем виде:

Как видно из общей  формулы, аминокислоты будут отличаться друг от друга химической природой радикала R, представляющего группу атомов в молекуле аминокислоты, связанную с ά-углеродным атомом и не участвующую в образовании пептидной связи при синтезе белка.

Классификация аминокислот разработана на основе химического строения радикалов, хотя были предложены и другие принципы. Различают ароматические и алифатические аминокислоты, а также аминокислоты, содержащие серу или гидроксильные группы. Часто классификация основана на природе заряда аминокислоты. Если радикал нейтральный (такие аминокислоты содержат только одну амино- и одну карбоксильную группы), то они называются нейтральными аминокислотами. Если аминокислота содержит избыток амино- или карбоксильных групп, то она называется соответственно основной или кислой аминокислотой.

Современная рациональная классификация аминокислот основана на полярности радикалов (R-групп), т. е. способности их к взаимодействию с водой при физиологических значениях рН (близких к рН 7,0). Различают 5 классов аминокислот, содержащих следующие радикалы: 1) неполярные (гидрофобные); 2) полярные (гидрофильные); 3) ароматические (большей частью неполярные): 4) отрицательно заряженные и 5) положительно заряженные.

 

1. Цистеин и механизмы биосинтеза цистеина из метионина.

Цистеин- L-β-меркаптоаланин, или L-ά- амино- β-меркаптопропионовая кислота; нейтральная алифатическая заменимая серосодержащая аминокислота. HS-CH₂- CH(NH₂)-COOH, входит в состав белков и природных пептидов. Сульфгидрильные группы остатков цистеина участвуют в формировании каталитического центра многих ферментов, например папаина. Цистеин является важным звеном механизма включения неорганической серы в состав органических веществ.

У многих плотоядных животных и у  человека отражающий слой за сетчаткой глаза содержит кристаллы цинк- цистеинового комплекса.

Цистеин присутствует в  клетках всех ауто- и гетеротрофных  организмов, во многих белках его относительное  содержание весьма значительно (например, в гемоглобине человека оно составляет 1 %). В сыворотке крови человека содержится в среднем 1,18 мг/100 мл цистеина (вместе с цистином).

 В организме человека и животных цистеин синтезируется в результате ряда метаболических превращений из активированной формы метионина- S- аденозилметионина через гомоцистеин, образующий в результате реакции конденсации с серином цистатионин, который расщепляется на цистеин и ά-кетомасляную кислоту.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.к. цистеин может  получиться из метионина, то цистеин  относиться к числу заменимых, а метионин- к числу незаменимых аминокислот. Однако установлено, что потребность животных в метионине может частично быть снижена за счет цистеина и цистина.

Это объясняется тем, что при наличии цистеина в составе белков пищи потребность в нем организма покрывается за счет притока его извне, и объем превращения метионина в цистеин уменьшается. Следовательно, наличие в пище цистеина сокращает расход метионина в организме.

У растений цистеин образуется из сульфидов и серина, а у микроорганизмов- из ацетилсерина, взаимодействующего с сероводородом.

Молекулярный вес L- цистеина равен 121,16. Изоэлектрическая точка этой аминокислоты находиться при pH 5,02. Константа диссоциации COOH-, NH₂- и SH- групп равна 1.71, 8,33, 10,3 соответственно; L- цистеин, выделенный из биологических объектов, имеет кристаллическое строение, удельное вращение плоскости поляризованного света при 20⁰ – [ά]_D²⁰ – равно +6,3⁰ (концентрация цистеина 8г. в 100 н. соляной кислоты). Цистеин хорошо растворим в воде, аммиаке, уксусной кислоте, этаноле и не растворим в эфире, бензоле, ацетоне. Цистеин химически неустойчив, легко окисляется на воздухе, особенно в щелочной среде в присутствие металлов, превращаясь в сероводород, аммиак и пировиноградную кислоту.

 Для качественного определения цистеина исследуемую пробу обрабатывают фосфорно-вольфрамовой кислотой, (реактивом Фолина) или нитропруссидом натрия в слабощелочной среде, при наличие в пробе цистеина появляется красное окрашивание, а при взаимодействии с 1,2-нафтохинон-4-сульфонатом натрия – красно-коричневое (реакция Солливена). Для количественного определения цистеина исследуемы белок обрабатывают избытком надмуравьиной кислоты, при этом остатки цистеина и цистина окисляются до цистеиновой кислоты:HO₃S-CH₂-CH(NH₂)-COOH.

После полного гидролиза исследуемого белка цистеиновая кислота определяется хроматографически. Другой количественный метод определения цистеина заключается в восстановлении цистеина избытком меркаптоэтанола в 6М гуанидингидрохлориде, при этом образуются остатки цистеина, который в реакции с йодацетатом количественно превращаются в S-карбоксиметилцистеин, определяемый также хроматографически. Для определения содержания цистеина в исследуемом белке устанавливают количество свободных SH – групп с помощью реактива Эллмана- 5,5` - дитиобис(2-нитробензойной кислоты). Количество образовавшейся тионитробензойной кислоты, определяемой спектрофотометрически при pH 8,0 и длине волны 412 нм, соответствует количеству цистеина в исследуемой пробе.

 

2. Биосинтез цистина

Цистин — 3,3'-дитиобис-2-аминопропионовая кислота, серосодержащая заменимая аминокислота, входит в состав многих белков и пептидов. В полипептидную цепь цистин включается не неносредственно, а образуется в результате окисления содержащихся в ней остатков цистеина.

 

 

 

Порядок «замыкания» образующихся при этом дисульфидных связей определяется третичной структурой белка. Полагают, что эти связи стабилизируют пространственную конфигурацию белка, обеспечивая сохранение им физиологической активности.

В небольших количествах цистин , содержится во всех клетках ауто- и гетеротрофных организмов, особенно много цистина в кератинах. В плазме крови человека содержание цистина составляет 0,8—3 .мг на 100 мл.

Молекулярный вес цистна равен 240,3. Константа диссоциации да СООН- и NН₂-групп 1,7 и 7.48 соответственно, изоэлектрическая точка находится при рН 5.0. Цистин существует в виде L-и D-изомеров, DL-форм и мезоформ. Выделенный из биол. объектов L-цистин представляет собой бесцветные кристаллы; удельное вращение плоскости поляризованного света при 25° — [ά]²⁵_D= —213° (концентрация 1 г L-цистина в 100 мл 1 н. соляной кислоты). Кристаллы D-цистина представляю; собой бесцветные пластинки. [ά]²⁵_D= +221° t⁰ пл. 247—249⁰. растворимость D-цистина такая же как и у L-цистина.

При температуре 258—261⁰ цистин разлагается. Он плохо растворим в воде, растворим в минеральных кислотахи водных растворах щелочей, нерастворим в этаноле, эфире и бензоле. При восстановлении цистина, переходит в цистеин, при нагревании превращается в цистамин. Цистин обладает слабым поглощением при 240 нм за счет своей -S —S-связи.

Методы определения цистина основаны на его восстановлении в цистеин, в виде к-рого он может быть идентифицирован с помощью реакции Салливена или реакции с нитропруссидом натрия. Если известно суммарное содержание цистина и цистеина, определено количество SH-гругпп цистеина, то можно рассчитать содержание цистина.

Биологическое значение цистина тождественно значению цистеина, т. к. установлена их метаболическая равноценности. Цистин и цистеин- аминокислоты, содержащие в своих молекулах серу, являются источниками серной кислоты у животных. Цистин и цистеин легко превращаются друг в друга.

 

 

 

Свободны цистин в клетках имеется либо и незначительных количествах, либо он вообще отсутствует. Суточная экскреция цистина у человека составляет 75-125 мг.на 1 г креатенина в сутки, причем часть цистина выводится в виде таурина.  
3. Таурин- конечный продукт распада серосодержащих аминокислот.

Распад серосодержащих аминокислот происходит окислительным путем при превращении SH- группы в остаток сульфата. Сложный и еще не во всех подробностях выясненный обмен серы ведет различными путями в конце концов к двум конечным продуктам – сульфату и таурину.

Сульфат может выделяться без изменений с мочой или в активированной форме служить для образования эфиров сульфата.

Второй конечный продукт  обмена серы- таурин- появляется в моче только в следах. Большая часть таурина соединяется с желчными кислотами  и выделяется с желчью. В кишечнике таурофолевая кислота затем частично снова всасывается, частично расщепляется кишечными бактериями, а таурин распадается на H₂S и другие серосодержащие конечные продукты и выделяется с калом. В среднем выделение серы, входящей в состав таурина, в испражнении составляет 25-45% всего выделяемого количества. Окисление SH группы цистеина происходит ступенчато.

 

При этом сначала возникает  цистеинсульфиновая кислота, в которой сера находится в качестве сульфита, и затем цистеиновая кислота, которая путец декарбо-ксилирования переходит в таурин. Цистеннсульфиновая кислота вместе с тем может быть окислительно дезаминирована и поставляет путем последующего расщепления сульфат и пируват. Другая возможность распада цистеина заключается в непосредственной отщеплении сероводорода посредством дисульфгидраз печени, причем снова возникает пируват. Сероводород также окисляется в печени в сульфат.

Распад цистина ведет  через ряд промежуточных продуктов  к таурину.

 

4. Роль глутатиона.

Цистеин является составной  частью трипептида глутатиона, сокращенно обозначаемого Г—SH, что подчеркивает функциональную значимость его тиогруппы и возможность образования дисульфидной связи окисленного глутатиона ( Г-S-S-Г).

 Известно, что многие ферменты содержат в активном центре SH-rpyппы, абсолютно необходимые для каталитической реакции. При их окислении ферменты теряют свою активность. Предполагают, что одной из главных функций глутатиона является сохранение этих ферментов в активной восстановленной форме. Окисленный глутатион может восстанавливаться под действием глутатионредуктазы, используя НАДФН. Кроме того гулутатион может оказывать ингибирующее действие на некоторые белки. В частности, известная реакция инактивации инсулина под действием глутатионинсулинтрансгидрогеназы, в которой SH - глутатион является донором водородных  атомов, разрывающих дисульфидные связи между двумя полипетидными цепями молекулы инсулина. Установлена также коферментная функция глутатиова, « частности для глиоксилазы I. Глутатион участвует в транспорте аминокислот через клеточную мембрану.

 

 

 

Восстановленный глутатион  может неферментативно восстанавливать  цистин в цистеин.

 

5. Нарушение обмена цистеина- цистиноз.

Цистиноз (cystinosis;.: Абдергальдена болезнь, либо Абдергальдена- Фанкони синдром, цистиновый диабет) — наследственная болезнь, связанная с нарушением обмена цистина. характеризующаяся его накоплением в клетках различных органов и тканей и проявляющаяся стойкими нарушениями функций почек, задержкой физического развития, рахитоподобными изменениями скелета.

Впервые описан в 1003 г. Э. Абдергальденом. Частота заболевания в популяции около 1:600000. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Сущность ферментного  дефекта при цистинозе пока не установлена, однако доказано, что кристаллы свободного цистина располагаются в лизосомном аппарате клеток. Это дает основание предполагать, что главной причиной болезни являются наследственные нарушения мембранного транспорта цистина в лизосомах.

При гистологическом исследовании в ткани печени, селезенки, лимфатических узлов, костного мозга, .мышц, нервной системы обнаруживают кристаллы цистина чаще прямоугольной, иногда гексагональной формы, напоминающие пчелиные соты. Нередко в органах находят пенистые клетки. В почках обнаруживают признаки интерстициального нефрита, дистрофические изменения канальцевого эпителия, сморщенные почечные клубочки. В цитоплазме эпителиальных клеток роговицы глаза, гистиоцитов, кератоцитов отмечаются включения кристаллов цистина, окруженных мембраной.

Клиническая картина цистиноза характеризуется задержкой роста и физического развития, проявляющейся во втором полугодия жизни. Ранними признаками являются полиурия и полидипсия ,котырые у грудных детей могут остаться незамеченными. В связи с поражением почек наблюдается периодически развивающееся обезвоживание организма, которое сопровождается повышением температуры тела. У ребенка ухудшается аппетит, возникает рвота, наблюдаются постоянные запоры. Поражение глаз проявляется конъюнктивитом, сходящимся косоглазием, к концу первого года жизни у ребенка отмечается низкий рост. Рахитоподобные изменения костей. (О- или Х-образные искривления ног). нередко — общая гипотрофия, увеличение печени и селезений, развивается выраженная светобоязнь, снижается острота зрения, прогрессирует почечная недостаточность. Наряду с тяжелыми (полными) формами болезни описаны бессимптомные доброкачественные варианты цистиноза, когда кристаллы цистина в роговице пли лейкоцитах обнаруживаются случайно у клинически здоровых детей. Существуют также неполные формы, проявляющиеся о более старшем возрасте и отличающиеся умеренно выраженной симптоматикой.