Будучи предшественником других незаменимых аминокислот, таких как цистеин и таурин , универсальных соединений, таких как SAM-e , и важного антиоксиданта глутатиона , метионин играет решающую роль в обмене веществ и здоровье многих видов, включая человека. Метионин также участвует в ангиогенезе и различных процессах, связанных с транскрипцией ДНК, эпигенетической экспрессией и регуляцией генов.
Метионин был впервые выделен в 1921 году Джоном Говардом Мюллером . [5 ] Кодируется кодоном AUG .
Биохимические детали
Метионин (сокращенно Met или M ; кодируется кодоном AUG) представляет собой α- аминокислоту , которая используется в биосинтезе белков . Он содержит карбоксильную группу (которая находится в депротонированной форме -COO - в условиях биологического pH ), аминогруппу (которая находится в протонированной форме -NH+ 3образуются в условиях биологического pH) , расположенные в α-положении по отношению к карбоксильной группе, и боковой цепи S - метилтиоэфира , что классифицирует ее как неполярную алифатическую аминокислоту.
В ядерных генах эукариот и архей метионин кодируется стартовым кодоном , что означает начало кодирующей области и является первой аминокислотой, образующейся в возникающем полипептиде во время трансляции мРНК . [6]
Протеиногенная аминокислота
Цистеин и метионин – две серосодержащие протеиногенные аминокислоты . За исключением немногих исключений, когда метионин может действовать как окислительно-восстановительный сенсор (например, сульфоксид метионина [7] ), остатки метионина не играют каталитической роли. [8] Это контрастирует с остатками цистеина, где тиоловая группа играет каталитическую роль во многих белках. [8] Тиоэфир в составе метионина, однако, играет незначительную структурную роль из-за эффекта стабильности S/π-взаимодействий между атомом серы боковой цепи и ароматическими аминокислотами в одной трети всех известных белковых структур. [8] Отсутствие сильной роли отражено в экспериментах, где небольшой эффект наблюдается в белках, где метионин заменен норлейцином , аминокислотой с прямой углеводородной боковой цепью, в которой отсутствует тиоэфир. [9]
Было высказано предположение, что норлейцин присутствовал в ранних версиях генетического кода, но метионин вторгся в окончательную версию генетического кода из-за того, что он используется в кофакторе S -аденозилметионине (SAM-e). [10] Эта ситуация не уникальна и могла произойти с орнитином и аргинином. [11]
Кодирование
Метионин — одна из двух аминокислот, кодируемых одним кодоном (AUG) в стандартном генетическом коде ( вторым является триптофан , кодируемый UGG). Учитывая эволюционное происхождение его кодона, другие кодоны AUN кодируют изолейцин , который также является гидрофобной аминокислотой. В митохондриальном геноме некоторых организмов, включая многоклеточных животных и дрожжей , кодон AUA также кодирует метионин. В стандартном генетическом коде коды AUA для изолейцина и соответствующей тРНК ( ileX в Escherichia coli ) используют необычное основание лизидин (бактерии) или агматидин (археи) для дискриминации AUG. [12] [13]
Метиониновый кодон AUG также является наиболее распространенным стартовым кодоном. «Стартовый» кодон представляет собой сообщение для рибосомы , которое сигнализирует об инициации трансляции белка с мРНК, когда кодон AUG находится в консенсусной последовательности Козака . Как следствие, метионин часто включается в N -концевую позицию белков у эукариот и архей во время трансляции, хотя он может быть удален путем посттрансляционной модификации . У бактерий в качестве исходной аминокислоты используется производное N -формилметионина .
Производные
S -аденозилметионин
S -аденозилметионин является кофактором, производным метионина.
Производное метионина S -аденозилметионин (SAM-e) представляет собой кофактор , который служит главным образом донором метила . SAM-e состоит из молекулы аденозила (через 5'-углерод), присоединенной к сере метионина, что делает его катионом сульфония (т.е. имеет три заместителя и положительный заряд). Сера действует как мягкая кислота Льюиса (т.е. донор/электрофил), которая позволяет переносить S -метильную группу в кислородную, азотную или ароматическую систему, часто с помощью других кофакторов, таких как кобаламин (витамин B 12 в люди). Некоторые ферменты используют SAM-e для инициирования радикальной реакции; они называются радикальными ферментами SAM-e . В результате переноса метильной группы получается S -аденозилгомоцистеин. У бактерий он либо регенерируется путем метилирования, либо сохраняется путем удаления аденина и гомоцистеина, в результате чего соединение дигидроксипентандион спонтанно превращается в аутоиндуктор-2 , который выводится из организма в виде ненужного продукта или сигнала кворума.
Биосинтез
Биосинтез метионина
Как незаменимая аминокислота, метионин не синтезируется de novo у людей и других животных, которым приходится потреблять метионин или метионинсодержащие белки. В растениях и микроорганизмах биосинтез метионина принадлежит к семейству аспартатов наряду с треонином и лизином (через диаминопимелат , но не через α-аминоадипат ). Основная цепь образуется из аспарагиновой кислоты , тогда как сера может происходить из цистеина , метантиола или сероводорода . [8]
Сначала аспарагиновая кислота превращается через β-аспартилполуальдегид в гомосерин путем двух стадий восстановления концевой карбоксильной группы (поэтому гомосерин имеет γ-гидроксил, следовательно, гомосерин ) . Промежуточный аспартат-полуальдегид является точкой разветвления пути биосинтеза лизина, где он вместо этого конденсируется с пируватом. Гомосерин является точкой разветвления треонинового пути, где вместо этого он изомеризуется после активации концевого гидроксила фосфатом (также используемым для биосинтеза метионина в растениях). [8]
Затем гомосерин активируется фосфатной, сукцинильной или ацетильной группой гидроксила.
В растениях и, возможно, в некоторых бактериях используется [8] фосфат. Этот этап является общим с биосинтезом треонина. [8]
У большинства организмов ацетильная группа используется для активации гомосерина. У бактерий это может катализироваться ферментом, кодируемым metX или metA (не гомологами). [8]
У энтеробактерий и ограниченного числа других организмов используется сукцинат. Ферментом, катализирующим реакцию, является МетА, а специфичность к ацетил-КоА и сукцинил-КоА определяется одним остатком. [8] Физиологическая основа предпочтения ацетил-КоА или сукцинил-КоА неизвестна, но такие альтернативные пути присутствуют в некоторых других путях ( например , биосинтезе лизина и биосинтезе аргинина).
Активирующую гидроксильную группу затем заменяют цистеином, метантиолом или сероводородом. Реакция замещения технически представляет собой γ- отщепление с последующим вариантом присоединения по Михаэлю . Все задействованные ферменты являются гомологами и членами семейства PLP-зависимых ферментов метаболизма Cys/Met , которое является подмножеством PLP-зависимой складчатой клады I типа. Они используют кофактор PLP ( пиридоксальфосфат ), который действует путем стабилизации промежуточных карбанионов. [8]
Если он реагирует с цистеином, образуется цистатионин , который расщепляется с образованием гомоцистеина . Вовлеченные ферменты — это цистатионин-γ-синтаза (кодируемая metB у бактерий) и цистатионин-β-лиаза ( metC ). Цистатионин по-разному связывается в двух ферментах, позволяя протекать β- или γ-реакциям. [8]
Если он реагирует со свободным сероводородом, образуется гомоцистеин. Это катализируется O -ацетилгомосеринаминокарбоксипропилтрансферазой (ранее известной как O -ацетилгомосерин(тиол)-лиаза. У бактерий она кодируется metY или metZ . [8]
Если он реагирует с метантиолом, он непосредственно производит метионин. Метантиол является побочным продуктом катаболического пути некоторых соединений, поэтому этот путь встречается реже. [8]
Если образуется гомоцистеин, тиоловая группа метилируется, образуя метионин. Известны две метионинсинтазы ; один зависит от кобаламина (витамина B 12 ), а другой независим. [8]
Путь с использованием цистеина называется « путем транссульфурации », а путь с использованием сероводорода (или метантиола) называется «путем прямого сульфурилирования».
Цистеин производится аналогичным образом, а именно, он может быть получен из активированного серина и либо из гомоцистеина («путь обратного транссульфурилирования»), либо из сероводорода («путь прямого сульфурилирования»); активированный серин обычно представляет собой O -ацетилсерин (через CysK или CysM в E. coli ), но у Aeropyrum pernix и некоторых других архей используется O -фосфосерин. [14] CysK и CysM являются гомологами, но принадлежат к кладе PLP складки типа III.
Путь транссульфурилирования
Ферменты, участвующие в пути транссульфурилирования E. coli биосинтеза метионина:
Гомоцистеин также можно реметилировать с помощью бетаин-глицина ( N , N , N -триметилглицин, TMG) в метионин с помощью фермента бетаин-гомоцистеин метилтрансферазы (EC2.1.1.5, BHMT). BHMT составляет до 1,5% всего растворимого белка печени, и недавние данные свидетельствуют о том, что он может оказывать большее влияние на гомеостаз метионина и гомоцистеина, чем метионинсинтаза.
Путь обратного транссульфурилирования: превращение в цистеин
(7) Фермент дегидрогеназа α-кетокислот превращает α-кетобутират в пропионил-КоА , который метаболизируется до сукцинил-КоА в трехэтапном процессе (пути см. в разделе «Пропионил-КоА »).
Синтез этилена
Эта аминокислота также используется растениями для синтеза этилена . Этот процесс известен как цикл Ян или цикл метионина.
Промышленный синтез объединяет акролеин , метантиол и цианид, что дает гидантоин . [15] Рацемический метионин также можно синтезировать из диэтилфталимидомалоната натрия путем алкилирования хлорэтилметилсульфидом (ClCH 2 CH 2 SCH 3 ) с последующим гидролизом и декарбоксилированием. Также см. Метанол. [16]
Питание человека
Добавки метионина приносят пользу тем, кто страдает от отравления медью. [17]
Совет по продовольствию и питанию Медицинского института США установил рекомендуемые диетические нормы (RDA) незаменимых аминокислот в 2002 году. Для метионина в сочетании с цистеином для взрослых 19 лет и старше — 19 мг/кг массы тела в день. [20]
Это соответствует примерно 1,33 грамма в день для человека весом 70 килограммов.
Диетические источники
Высокий уровень метионина можно найти в яйцах, мясе и рыбе; семена кунжута, бразильские орехи и семена некоторых других растений; и зерновые культуры. Большинство фруктов и овощей содержат очень мало. Большинство бобовых , хотя и богаты белком, содержат мало метионина. Белки без достаточного количества метионина не считаются полноценными белками . [21] По этой причине рацемический метионин иногда добавляют в качестве ингредиента в корма для домашних животных . [22]
Здоровье
Потеря метионина связана со старческим поседением волос. Его недостаток приводит к накоплению перекиси водорода в волосяных фолликулах , снижению эффективности тирозиназы и постепенной потере цвета волос. [23] Метионин повышает внутриклеточную концентрацию глутатиона , тем самым способствуя антиоксидантной защите клеток и окислительно-восстановительной регуляции. Он также защищает клетки от потери черных клеток, вызванной дофамином , путем связывания окислительных метаболитов. [24]
DL -метионин иногда дают собакам в качестве добавки; Это помогает снизить вероятность образования камней в почках у собак. Также известно, что метионин увеличивает выведение хинидина с мочой за счет подкисления мочи. Аминогликозидные антибиотики, используемые для лечения инфекций мочевыводящих путей, лучше всего действуют в щелочных условиях, а закисление мочи из-за использования метионина может снизить их эффективность. Если собака находится на диете, вызывающей подкисление мочи, метионин использовать не следует. [26]
Метионин разрешен в качестве добавки к органическим кормам для птицы в рамках сертифицированной органической программы США. [27]
Метионин можно использовать в качестве нетоксичного пестицида против гигантских гусениц- парусников, которые являются серьезным вредителем апельсиновых культур. [28]
^ Доусон Р.М., Эллиотт, округ Колумбия, Эллиотт У.Х., Джонс К.М. (1959). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Кларендон Пресс.
^ Уэст, Роберт С., изд. (1981). Справочник CRC по химии и физике (62-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. С-374. ISBN0-8493-0462-8..
^ «Номенклатура и символика аминокислот и пептидов». Совместная комиссия IUPAC-IUB по биохимической номенклатуре. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Проверено 5 марта 2018 г.
^ «Метионин». Издательство Оксфордского университета. Архивировано из оригинала 27 января 2018 года.
^ Паппенхаймер AM (1987). «Биографические мемуары Джона Говарда Мюллера» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук.
^ Гуедес Р.Л., Просдочими Ф., Фернандес Г.Р., Моура Л.К., Рибейру Х.А., Ортега Х.М. (декабрь 2011 г.). «Биосинтез аминокислот и пути ассимиляции азота: большая геномная делеция во время эволюции эукариот». БМК Геномика . 12 (Приложение 4): S2. дои : 10.1186/1471-2164-12-S4-S2 . ПМК 3287585 . ПМИД 22369087.
^ Бигелоу DJ, Squier TC (январь 2005 г.). «Окислительно-восстановительная модуляция клеточной передачи сигналов и метаболизма посредством обратимого окисления метиониновых сенсоров в белках, регулирующих кальций». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика (Представленная рукопись). 1703 (2): 121–134. дои : 10.1016/j.bbapap.2004.09.012. ПМИД 15680220.
^ abcdefghijklmn Член парламента Ферлы, Патрик ВМ (август 2014 г.). «Бактериальный биосинтез метионина». Микробиология . 160 (Часть 8): 1571–1584. дои : 10.1099/mic.0.077826-0 . ПМИД 24939187.
^ Чирино ПК, Тан Ю, Такахаши К, Тиррелл Д.А., Арнольд Ф.Х. (сентябрь 2003 г.). «Глобальное включение норлейцина вместо метионина в гемовый домен цитохрома P450 BM-3 увеличивает активность пероксигеназы». Биотехнология и биоинженерия . 83 (6): 729–734. дои : 10.1002/бит.10718. PMID 12889037. S2CID 11380413.
^ Альварес-Карреньо С, Бесерра А, Ласкано А (октябрь 2013 г.). «Норвалин и норлейцин, возможно, были более распространенными белковыми компонентами на ранних стадиях клеточной эволюции». Происхождение жизни и эволюция биосферы . 43 (4–5): 363–375. Бибкод : 2013OLEB...43..363A. дои : 10.1007/s11084-013-9344-3. PMID 24013929. S2CID 17224537.
^ Jukes TH (август 1973 г.). «Аргинин как эволюционный нарушитель синтеза белка». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 53 (3): 709–714. дои : 10.1016/0006-291x(73)90151-4. ПМИД 4731949.
^ Икеучи Ю, Кимура С, Нумата Т, Накамура Д, Ёкогава Т, Огата Т, Вада Т, Сузуки Т, Сузуки Т (апрель 2010 г.). «Агматин-конъюгированный цитидин в антикодоне тРНК необходим для декодирования AUA у архей». Химическая биология природы . 6 (4): 277–282. дои : 10.1038/nchembio.323. ПМИД 20139989.
^ Мурамацу Т., Нисикава К., Немото Ф., Кучино Ю., Нисимура С., Миядзава Т., Ёкояма С. (ноябрь 1988 г.). «Кодоновые и аминокислотные особенности транспортной РНК преобразуются посредством одной посттранскрипционной модификации». Природа . 336 (6195): 179–181. Бибкод : 1988Natur.336..179M. дои : 10.1038/336179a0. PMID 3054566. S2CID 4371485.
^ Мино К., Исикава К. (сентябрь 2003 г.). «Новая реакция сульфгидрилирования O-фосфо-L-серина, катализируемая O-ацетилсеринсульфгидрилазой из Aeropyrum pernix K1». Письма ФЭБС . 551 (1–3): 133–138. дои : 10.1016/S0014-5793(03)00913-X . PMID 12965218. S2CID 28360765.
^ Карлхайнц Драуц; Ян Грейсон; Аксель Клеманн; Ханс-Петер Криммер; Вольфганг Лейхтенбергер; Кристоф Векбекер (2006). Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN978-3527306732.
^ Баргер Г., Вайхзельбаум Т.Э. (1934). «дл-метионин». Органические синтезы . 14:58 .; Коллективный том , том. 2, с. 384
^ «Метионин». ВебМД .
^ Кавуото П., Фенек М.Ф. (2012). «Обзор зависимости от метионина и роли ограничения метионина в контроле роста рака и продлении жизни». Обзоры лечения рака . 38 (6): 726–736. дои : 10.1016/j.ctrv.2012.01.004. ПМИД 22342103.
^ Cellarier E, Durando X, Vasson MP, Farges MC, Demiden A, Maurizis JC, Madelmont JC, Chollet P (2003). «Метиониновая зависимость и лечение рака». Обзоры лечения рака . 29 (6): 489–499. дои : 10.1016/S0305-7372(03)00118-X. ПМИД 14585259.
^ Институт медицины (2002). «Белки и аминокислоты». Диетическая норма потребления энергии, углеводов, клетчатки, жиров, жирных кислот, холестерина, белков и аминокислот . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство национальных академий. стр. 589–768. дои : 10.17226/10490. ISBN978-0-309-08525-0.
^ Финкельштейн JD (май 1990 г.). «Метаболизм метионина у млекопитающих». Журнал пищевой биохимии . 1 (5): 228–237. дои : 10.1016/0955-2863(90)90070-2. PMID 15539209. S2CID 32264340.
^ Палика Л (1996). Руководство для потребителя по кормам для собак: что содержится в кормах для собак, почему они там и как выбрать лучший корм для вашей собаки . Нью-Йорк: Книжный дом Хауэлла. ISBN978-0-87605-467-3.
^ Вуд Дж.М., Декер Х., Хартманн Х., Чаван Б., Рокос Х., Спенсер Дж.Д. и др. (июль 2009 г.). «Старческое поседение волос: окислительный стресс, опосредованный H2O2, влияет на цвет волос человека, притупляя восстановление сульфоксида метионина». Журнал ФАСЭБ . 23 (7): 2065–75. arXiv : 0706.4406 . дои : 10.1096/fj.08-125435. hdl : 10454/6241. PMID 19237503. S2CID 16069417.
^ Пиннен Ф. и др. (2009). «Копрепараты, связывающие L -дофа и серосодержащие антиоксиданты: новые фармакологические средства против болезни Паркинсона». Журнал медицинской химии . 52 (2): 559–63. дои : 10.1021/jm801266x. ПМИД 19093882.
^ Refsum H, Ueland PM, Nygård O, Vollset SE (1998). «Гомоцистеин и сердечно-сосудистые заболевания». Ежегодный обзор медицины . 49 (1): 31–62. doi :10.1146/annurev.med.49.1.31. ПМИД 9509248.
^ Гримшоу, Джейн (25 июля 2011 г.) Использование метионина для собак и побочные эффекты. critters360.com
^ «Правила и положения». Федеральный реестр . 76 (49): 13501–13504. 14 марта 2011 г.
^ Льюис Д.С., Куда Дж.П., Стивенс Б.Р. (декабрь 2011 г.). «Новый биорациональный пестицид: эффективность метионина против Heraclides (Papilio) cresphontes, суррогата инвазивного Princeps (Papilio) demoleus (Lepidoptera: Papilionidae)». Журнал экономической энтомологии . 104 (6): 1986–1990. дои : 10.1603/ec11132 . PMID 22299361. S2CID 45255198.
Внешние ссылки
Рудра М.Н., Чоудхури Л.М. (30 сентября 1950 г.). «Содержание метионина в злаках и бобовых». Природа . 166 (568): 568. Бибкод : 1950Natur.166..568R. дои : 10.1038/166568a0 . PMID 14780151. S2CID 3026278.
