stringtranslate.com

Аргинин

Аргинин — это аминокислота с формулой (H 2 N)(HN)CN(H)(CH 2 ) 3 CH(NH 2 )CO 2 H. Молекула имеет гуанидиновую группу, присоединенную к стандартному аминокислотному каркасу. При физиологическом pH карбоновая кислота депротонируется (−CO 2 − ), а амино- и гуанидиновая группы протонируются, что приводит к образованию катиона. В природе встречается только энантиомер l-аргинина (символ Arg или R ). [ 1 ] Остатки Arg являются обычными компонентами белков . Он кодируется кодонами CGU, CGC, CGA, CGG, AGA и AGG. [2] Гуанидиновая группа в аргинине является предшественником биосинтеза оксида азота . [3] Как и все аминокислоты, это белое водорастворимое твердое вещество.

Однобуквенный символ R был присвоен аргинину из-за его фонетического сходства. [4]

История

Аргинин был впервые выделен в 1886 году из желтых проростков люпина немецким химиком Эрнстом Шульце и его помощником Эрнстом Штайгером. [5] [6] Он назвал его от греческого árgyros (ἄργυρος), что означает «серебро», из-за серебристо-белого вида кристаллов нитрата аргинина. [7] В 1897 году Шульце и Эрнст Винтерштейн (1865–1949) определили структуру аргинина. [8] Шульце и Винтерштейн синтезировали аргинин из орнитина и цианамида в 1899 году, [9] но некоторые сомнения относительно структуры аргинина сохранялись [10] до синтеза Сёренсена в 1910 году. [11]

Источники

Производство

Традиционно его получают путем гидролиза различных дешевых источников белка, таких как желатин . [12] В коммерческих целях его получают путем ферментации. Таким образом, можно получить 25-35 г/литр, используя глюкозу в качестве источника углерода. [13]

Пищевые источники

Аргинин классифицируется как полунезаменимая или условно незаменимая аминокислота , в зависимости от стадии развития и состояния здоровья человека. [14] Недоношенные дети не способны синтезировать аргинин внутри себя, что делает аминокислоту питательно необходимой для них. [15] Большинству здоровых людей не требуется дополнительный прием аргинина, поскольку он является компонентом всех белковых продуктов [16] и может синтезироваться в организме из глутамина через цитруллин . [17] [18] Дополнительный диетический аргинин необходим для здоровых людей, временно находящихся в состоянии физиологического стресса, например, во время восстановления после ожогов, травм или сепсиса, [18] или если одно из основных мест биосинтеза аргинина, тонкий кишечник и почки , имеют сниженную функцию, поскольку тонкий кишечник выполняет первый этап процесса синтеза, а почки — второй. [3]

Аргинин является незаменимой аминокислотой для птиц, поскольку у них нет цикла мочевины . [19] Для некоторых плотоядных животных, например, кошек, собак [20] и хорьков, аргинин необходим, [3] поскольку после еды их высокоэффективный катаболизм белков производит большое количество аммиака , который необходимо переработать через цикл мочевины, и если аргинина недостаточно, результирующая токсичность аммиака может быть смертельной. [21] На практике это не проблема, поскольку мясо содержит достаточно аргинина, чтобы избежать этой ситуации. [21]

Животные источники аргинина включают мясо, молочные продукты и яйца, [22] [23] , а растительные источники включают семена всех типов, например, зерновые, бобы и орехи. [23]

Биосинтез

Аргинин синтезируется из цитруллина в цикле мочевины путем последовательного действия цитозольных ферментов аргининосукцинатсинтетазы и аргининосукцинатлиазы . Это энергетически затратный процесс, поскольку для каждой синтезированной молекулы аргининосукцината одна молекула аденозинтрифосфата (АТФ) гидролизуется до аденозинмонофосфата (АМФ), потребляя два эквивалента АТФ. [ необходима цитата ]

Пути, связывающие аргинин, глутамин и пролин, являются двунаправленными. Таким образом, чистое использование или производство этих аминокислот сильно зависит от типа клеток и стадии развития. [ необходима цитата ]

Биосинтез аргинина

Аргинин вырабатывается организмом следующим образом. Эпителиальные клетки тонкого кишечника вырабатывают цитруллин, в основном из глутамина и глутамата , который секретируется в кровоток, который переносит его в клетки проксимальных канальцев почек , которые извлекают цитруллин и преобразуют его в аргинин, который возвращается в кровь. Это означает, что нарушение функции тонкого кишечника или почек может снизить синтез аргинина и, таким образом, создать диетическую потребность в аргинине. Для такого человека аргинин станет «необходимым».

Синтез аргинина из цитруллина также происходит на низком уровне во многих других клетках, и клеточная способность к синтезу аргинина может быть заметно увеличена при обстоятельствах, которые увеличивают выработку индуцируемой синтазы оксида азота (NOS) . Это позволяет цитруллину, побочному продукту катализируемого NOS производства оксида азота, перерабатываться в аргинин по пути, известному как путь цитруллина в оксид азота (цитруллин-NO) или аргинин-цитруллин. Это демонстрируется тем фактом, что во многих типах клеток синтез оксида азота может поддерживаться в некоторой степени цитруллином, а не только аргинином. Однако эта переработка не является количественной, поскольку цитруллин накапливается в клетках, продуцирующих оксид азота, вместе с нитратом и нитритом , стабильными конечными продуктами распада оксида азота. [24]

Функция

Аргинин играет важную роль в делении клеток , заживлении ран , удалении аммиака из организма, иммунной функции [25] и высвобождении гормонов. [14] [26] [27] Он является предшественником синтеза оксида азота (NO), [28] что делает его важным в регуляции артериального давления . [29] [30] Аргинин необходим для функционирования Т-клеток в организме и может привести к их дерегуляции, если он истощен. [31] [32]

Белки

Боковая цепь аргинина является амфипатической , поскольку при физиологическом pH она содержит положительно заряженную гуанидиновую группу, которая является высокополярной, на конце гидрофобной алифатической углеводородной цепи. Поскольку глобулярные белки имеют гидрофобные внутренности и гидрофильные поверхности, [33] аргинин обычно находится на внешней стороне белка, где гидрофильная головная группа может взаимодействовать с полярной средой, например, принимая участие в образовании водородных связей и солевых мостиков. [34] По этой причине он часто находится на границе между двумя белками. [35] Алифатическая часть боковой цепи иногда остается под поверхностью белка. [34]

Остатки аргинина в белках могут быть деиминированы ферментами PAD с образованием цитруллина в процессе посттрансляционной модификации , называемом цитруллинированием . Это важно для развития плода, является частью нормального иммунного процесса, а также контроля экспрессии генов, но также имеет значение при аутоиммунных заболеваниях . [36] Другая посттрансляционная модификация аргинина включает метилирование белковыми метилтрансферазами . [37]

Предшественник

Аргинин является непосредственным предшественником оксида азота, важной сигнальной молекулы, которая может действовать как вторичный посредник , а также как межклеточный посредник, регулирующий вазодилатацию, а также играющий роль в реакции иммунной системы на инфекцию. [ необходима цитата ]

Аргинин также является предшественником мочевины , орнитина и агматина ; необходим для синтеза креатина ; а также может использоваться для синтеза полиаминов (в основном через орнитин и в меньшей степени через агматин, цитруллин и глутамат). Присутствие асимметричного диметиларгинина (АДМА), близкого родственника, ингибирует реакцию оксида азота; поэтому АДМА считается маркером сосудистых заболеваний , так же как L -аргинин считается признаком здорового эндотелия . [38]

Структура

Делокализация заряда в гуанидиновой группе L -аргинина

Боковая цепь аминокислоты аргинина состоит из 3-углеродной алифатической прямой цепи, дистальный конец которой закрыт гуанидиновой группой, имеющей p K a 13,8 [39] , и поэтому всегда протонированной и положительно заряженной при физиологическом pH. Из-за сопряжения между двойной связью и неподеленными парами азота положительный заряд делокализован, что позволяет образовывать множественные водородные связи .

Исследовать

Гормон роста

Внутривенно вводимый аргинин используется в тестах на стимуляцию гормона роста [40] , поскольку он стимулирует секрецию гормона роста . [41] Обзор клинических испытаний пришел к выводу, что пероральный аргинин увеличивает уровень гормона роста, но снижает секрецию гормона роста, что обычно связано с физическими упражнениями. [42] Однако более позднее исследование показало, что хотя пероральный аргинин и увеличил уровень L -аргинина в плазме, он не вызвал увеличения гормона роста. [43]

Вирус простого герпеса (герпес на губах)

Исследования, проведенные в 1964 году в отношении потребностей вируса простого герпеса в аминокислотах в клетках человека, показали, что «...отсутствие аргинина или гистидина , а также, возможно, присутствие лизина , будут существенно мешать синтезу вируса», но пришли к выводу, что «готовых объяснений для любого из этих наблюдений не существует». [44]

Дальнейшие обзоры приходят к выводу, что «эффективность лизина при герпесе на губах может заключаться больше в профилактике, чем в лечении». и что «использование лизина для уменьшения тяжести или продолжительности вспышек» не поддерживается, хотя необходимы дальнейшие исследования. [45] Исследование 2017 года приходит к выводу, что «врачи могли бы рассмотреть возможность консультирования пациентов о том, что существует теоретическая роль добавления лизина в профилактике язв простого герпеса, но исследовательских данных недостаточно, чтобы это подтвердить. Пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями или заболеваниями желчного пузыря следует предупредить и предупредить о теоретических рисках». [46]

Повышенное артериальное давление

Метаанализ показал, что L -аргинин снижает артериальное давление с объединенными оценками 5,4 мм рт. ст. для систолического артериального давления и 2,7 мм рт. ст. для диастолического артериального давления. [47]

Добавление L -аргинина снижает диастолическое артериальное давление и продлевает беременность у женщин с гестационной гипертензией , включая женщин с высоким артериальным давлением как частью преэклампсии . Это не снижает систолическое артериальное давление и не улучшает вес при рождении . [48]

Шизофрения

Как жидкостная хроматография, так и жидкостная хроматография/масс-спектрометрия показали, что мозговая ткань умерших людей с шизофренией демонстрирует измененный метаболизм аргинина. Анализы также подтвердили значительное снижение уровня γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), но увеличение концентрации агматина и соотношения глутамат/ГАМК в случаях шизофрении. Регрессионный анализ показал положительные корреляции между активностью аргиназы и возрастом начала заболевания, а также между уровнем L-орнитина и продолжительностью заболевания. Более того, кластерный анализ показал, что L-аргинин и его основные метаболиты L-цитруллин, L-орнитин и агматин образовали отдельные группы, которые были изменены в группе шизофрении. Несмотря на это, биологическая основа шизофрении до сих пор плохо изучена, ряд факторов, таких как гиперфункция дофамина, гипофункция глутаматергии, дефицит ГАМКергической системы, дисфункция холинергической системы, уязвимость к стрессу и нарушение нейроразвития, были связаны с этиологией и/или патофизиологией заболевания. [49]

феномен Рейно

Было показано, что пероральный прием L-аргинина приводит к обратному развитию некроза пальцев при синдроме Рейно [50]

Безопасность и возможные лекарственные взаимодействия

L-аргинин признан безопасным (статус GRAS) при приеме до 20 граммов в день. [51] L-аргинин содержится во многих продуктах питания, таких как рыба, птица и молочные продукты, и используется в качестве пищевой добавки. [52] Он может взаимодействовать с различными рецептурными препаратами и травяными добавками. [52]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". Совместная комиссия по биохимической номенклатуре IUPAC-IUB. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 года . Получено 5 марта 2018 года .
  2. ^ Совместная комиссия IUPAC-IUBMB по биохимической номенклатуре. "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". Рекомендации по органической и биохимической номенклатуре, символам и терминологии и т. д . Архивировано из оригинала 29 мая 2007 г. Получено 2007-05-17 .
  3. ^ abc Ignarro LJ (2000-09-13). Оксид азота: биология и патобиология. Academic Press. стр. 189. ISBN 978-0-08-052503-7.
  4. ^ "IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature A One-Letter Notation for Amino Acid Sequences". Журнал биологической химии . 243 (13): 3557–3559. 10 июля 1968 г. doi : 10.1016/S0021-9258(19)34176-6 .
  5. ^ Апель Ф (июль 2015 г.). «Биография фон Эрнста Шульце» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 ноября 2015 года . Проверено 6 ноября 2017 г.
  6. ^ Шульце Э, Штайгер Э (1887). «Ueber das Arginin» [Об аргинине]. Zeitschrift für Physiologische Chemie . 11 (1–2): 43–65.
  7. ^ "БИОЭТИМОЛОГИЯ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ В БИОМЕДИЦИНСКИХ ТЕРМИНАХ: аргинин (Arg R)" . Получено 25 июля 2019 г.
  8. ^ Шульце Э, Винтерштейн Э (сентябрь 1897 г.). «Ueber ein Spaltungs-product des Arginins» [О продукте расщепления аргинина]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 30 (3): 2879–2882. дои : 10.1002/cber.18970300389.Структура аргинина представлена ​​на стр. 2882.
  9. ^ Шульце Э., Винтерштейн Э (октябрь 1899 г.). «Ueber die Constitution des Arginins» [О составе аргинина]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 32 (3): 3191–3194. дои : 10.1002/cber.18990320385.
  10. ^ Коэн Дж. Б. (1919). Органическая химия для продвинутых студентов, часть 3 (2-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Longmans, Green & Co. стр. 140.
  11. ^ Зёлренсен СП (январь 1910 г.). «Über die Synthese des dl-Arginins (α-амино-δ-гуанидо-н-валерьянка) и изомерен α-гуанидо-δ-амино-н-валерьянка» [О синтезе рацемического аргинина (α-амино-δ- гуанидо -н -валериановая кислота) и изомерной α-гуанидо-δ-амино- н -валериановой кислоты]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (на немецком языке). 43 (1): 643–651. дои : 10.1002/cber.191004301109.
  12. ^ Брэнд Э, Сандберг М (1932). «Д-аргинина гидрохлорид». Орг. Синтез . 12 :4. дои :10.15227/orgsyn.012.0004.
  13. ^ Drauz K, Grayson I, Kleemann A, et al. (2006). "Аминокислоты". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a02_057.pub2. ISBN 978-3527306732.
  14. ^ ab Tapiero H, Mathé G, Couvreur P, Tew KD (ноябрь 2002 г.). «L-Аргинин». (обзор). Биомедицина и фармакотерапия . 56 (9): 439–445. дои : 10.1016/s0753-3322(02)00284-6. ПМИД  12481980.
  15. ^ Wu G, Jaeger LA, Bazer FW, Rhoads JM (август 2004 г.). «Дефицит аргинина у недоношенных детей: биохимические механизмы и пищевые последствия». (обзор). The Journal of Nutritional Biochemistry . 15 (8): 442–51. doi : 10.1016/j.jnutbio.2003.11.010 . PMID  15302078.
  16. ^ "Лекарства и добавки Аргинин". Клиника Майо . Получено 15 января 2015 г.
  17. ^ Скиппер А. (1998). Справочник диетолога по энтеральному и парентеральному питанию. Jones & Bartlett Learning. стр. 76. ISBN 978-0-8342-0920-6.
  18. ^ ab Borlase BC (1994). Энтеральное питание. Джонс и Бартлетт Обучение. п. 48. ИСБН 978-0-412-98471-6.
  19. ^ Freedland RA, Briggs S (2012-12-06). Биохимический подход к питанию. Springer Science & Business Media. стр. 45. ISBN 9789400957329.
  20. ^ Потребности собак в питательных веществах. National Academies Press. 1985. стр. 65. ISBN 978-0-309-03496-8.
  21. ^ ab Wortinger A, Burns K (2015-06-11). Питание и ведение болезней для ветеринарных техников и медсестер. John Wiley & Sons. стр. 232. ISBN 978-1-118-81108-5.
  22. ^ Спано MA, Краскалл LJ, Томас DT (2017-08-30). Питание для спорта, упражнений и здоровья. Кинетика человека. стр. 240. ISBN 978-1-4504-1487-6.
  23. ^ ab Watson RR, Zibadi S (2012-11-28). Биоактивные пищевые факторы и растительные экстракты в дерматологии. Springer Science & Business Media. стр. 75. ISBN 978-1-62703-167-7.
  24. ^ Morris SM (октябрь 2004 г.). «Ферменты метаболизма аргинина». (обзор). The Journal of Nutrition . 134 (10 Suppl): 2743S–2747S, обсуждение 2765S–2767S. doi : 10.1093/jn/134.10.2743S . PMID  15465778.
  25. ^ Mauro C, Frezza C (2015-07-13). Метаболические проблемы иммунных клеток в здоровье и болезни. Frontiers Media SA. стр. 17. ISBN 9782889196227.
  26. ^ Stechmiller JK, Childress B, Cowan L (февраль 2005 г.). «Добавки аргинина и заживление ран». (обзор). Nutrition in Clinical Practice . 20 (1): 52–61. doi :10.1177/011542650502000152. PMID  16207646.
  27. ^ Witte MB, Barbul A (2003). «Физиология аргинина и ее значение для заживления ран». (обзор). Восстановление ран и регенерация . 11 (6): 419–23. doi :10.1046/j.1524-475X.2003.11605.x. PMID  14617280. S2CID  21239136.
  28. ^ Andrew PJ, Mayer B (август 1999). «Ферментативная функция синтазы оксида азота». (обзор). Cardiovascular Research . 43 (3): 521–31. doi : 10.1016/S0008-6363(99)00115-7 . PMID  10690324.
  29. ^ Gokce N (октябрь 2004 г.). «L-аргинин и гипертония». Журнал питания . 134 (10 Suppl): 2807S–2811S, обсуждение 2818S–2819S. doi : 10.1093/jn/134.10.2807S . PMID  15465790.
  30. ^ Кибе Р., Курихара С., Сакаи Й. и др. (2014). «Повышение уровня полиаминов в просвете толстой кишки, продуцируемых кишечной микробиотой, задерживает старение у мышей». Scientific Reports . 4 (4548): 4548. Bibcode :2014NatSR...4E4548K. doi : 10.1038/srep04548 . PMC 4070089 . PMID  24686447. 
  31. ^ Баннерджи, Кастури; Чаттопадхай, Агнибха; Баннерджи, Сатарупа (2022-07-01). «Понимание связи стволовых клеток в развитии плода и канцерогенезе во время беременности». Достижения в области биологии рака — метастазы . 4 : 100042. doi : 10.1016/j.adcanc.2022.100042 . ISSN  2667-3940. S2CID  248485831.
  32. ^ Родригес, Пауло К.; Куисено, Дэвид Г.; Очоа, Аугусто К. (2006-10-05). «доступность L-аргинина регулирует прогрессирование клеточного цикла Т-лимфоцитов». Кровь . 109 (4): 1568–1573. doi :10.1182/blood-2006-06-031856. ISSN  0006-4971. PMC 1794048 . PMID  17023580. 
  33. ^ Mathews CK, Van Holde KE, Ahern KG (2000). Биохимия (3-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Benjamin Cummings. С. 180. ISBN 978-0805330663. OCLC  42290721.
  34. ^ ab Barnes MR (2007-04-16). Биоинформатика для генетиков: Учебник по биоинформатике для анализа генетических данных. John Wiley & Sons. стр. 326. ISBN 9780470026199.
  35. ^ Kleanthous C (2000). Распознавание белок-белок. Oxford University Press. стр. 13. ISBN 9780199637607.
  36. ^ Гриффитс и Анвин 2016, стр. 275.
  37. ^ Гриффитс и Анвин 2016, стр. 176.
  38. ^ Гамбарделла Дж., Хондкар В., Морелли М.Б., Ван X, Сантулли Дж., Тримарко V (август 2020 г.). «Аргинин и эндотелиальная функция». Биомедицины . 8 (8): 277. doi : 10.3390/biomedicines8080277 . ПМК 7460461 . ПМИД  32781796. 
  39. ^ Fitch CA, Platzer G, Okon M и др. (май 2015 г.). «Аргинин: пересмотр значения pKa». Protein Science . 24 (5): 752–61. doi :10.1002/pro.2647. PMC 4420524 . PMID  25808204. 
  40. ^ Энциклопедия MedlinePlus : Тест на стимуляцию гормона роста
  41. ^ Alba-Roth J, Müller OA, Schopohl J, von Werder K (декабрь 1988 г.). «Аргинин стимулирует секрецию гормона роста, подавляя секрецию эндогенного соматостатина». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 67 (6): 1186–9. doi :10.1210/jcem-67-6-1186. PMID  2903866. S2CID  7488757.
  42. ^ Kanaley JA (январь 2008 г.). «Гормон роста, аргинин и упражнения». Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care . 11 (1): 50–4. doi :10.1097/MCO.0b013e3282f2b0ad. PMID  18090659. S2CID  22842434.
  43. ^ Forbes SC, Bell GJ (июнь 2011 г.). «Острые эффекты низкой и высокой дозы перорального приема L-аргинина у молодых активных мужчин в состоянии покоя». Прикладная физиология, питание и метаболизм . 36 (3): 405–11. doi :10.1139/h11-035. PMID  21574873.
  44. ^ Танкерсли РВ (март 1964). «Потребность в аминокислотах вируса простого герпеса в клетках человека». Журнал бактериологии . 87 (3): 609–613. doi : 10.1128/jb.87.3.609-613.1964 . PMC 277062. PMID  14127578 . 
  45. ^ Tomblin FA, Lucas KH (февраль 2001 г.). «Лизин для лечения герпеса на губах». American Journal of Health-System Pharmacy . 58 (4): 298–300, 304. doi : 10.1093/ajhp/58.4.298 . PMID  11225166.
  46. ^ Mailoo VJ, Rampes S (июнь 2017 г.). «Лизин для профилактики простого герпеса: обзор доказательств». Integrative Medicine . 16 (3): 42–46. PMC 6419779. PMID  30881246 . 
  47. ^ Dong JY, Qin LQ, Zhang Z и др. (декабрь 2011 г.). «Влияние перорального приема L-аргинина на артериальное давление: метаанализ рандомизированных двойных слепых плацебо-контролируемых исследований». обзор. American Heart Journal . 162 (6): 959–65. doi :10.1016/j.ahj.2011.09.012. PMID  22137067.
  48. ^ Gui S, Jia J, Niu X и ​​др. (март 2014 г.). «Добавки аргинина для улучшения материнских и неонатальных исходов при гипертензивном расстройстве беременности: систематический обзор». (обзор). Журнал ренин-ангиотензин-альдостероновой системы . 15 (1): 88–96. doi : 10.1177/1470320313475910 . PMID  23435582.
  49. ^ Liu P, Jing Y, Collie ND и др. (август 2016 г.). «Измененный метаболизм аргинина в мозге при шизофрении». Трансляционная психиатрия . 6 (8): e871. doi : 10.1038/tp.2016.144 . PMC 5022089. PMID  27529679 . 
  50. ^ Ремболд, Кристофер М.; Айерс, Карлос Р. (февраль 2003 г.). «Пероральный прием L-аргинина может обратить вспять некроз пальцев при феномене Рейно». Молекулярная и клеточная биохимия . 244 (1–2): 139–141. doi :10.1023/A:1022422932108. ISSN  0300-8177. PMID  12701823. S2CID  30249281.
  51. ^ Shao A, Hathcock JN (апрель 2008 г.). «Оценка риска для аминокислот таурина, L-глутамина и L-аргинина». Regulatory Toxicology and Pharmacology . 50 (3): 376–99. doi :10.1016/j.yrtph.2008.01.004. PMID  18325648.
  52. ^ ab "L-Arginine". MedlinePlus, Национальные институты здравоохранения США. 13 октября 2021 г. Получено 27 мая 2021 г.

Источники

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Аргинин .