stringtranslate.com

Метилглиоксаль

Метилглиоксаль ( MGO ) — органическое соединение с формулой CH3C ( O)CHO. Это восстановленное производное пировиноградной кислоты . Это реактивное соединение, которое участвует в биологии диабета . Метилглиоксаль производится в промышленных масштабах путем расщепления углеводов с использованием сверхэкспрессированной метилглиоксальсинтазы . [1]

Химическая структура

Газообразный метилглиоксаль имеет две карбонильные группы: альдегидную и кетонную . В присутствии воды он существует в виде гидратов и олигомеров . Образование этих гидратов свидетельствует о высокой реакционной способности MGO, что имеет отношение к его биологическому поведению. [2]

Биохимия

Биосинтез и биодеградация

В организмах метилглиоксаль образуется как побочный продукт нескольких метаболических путей . [3] Метилглиоксаль в основном возникает как побочный продукт гликолиза с участием глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата . Также считается, что он возникает в результате деградации ацетона и треонина . [4] Иллюстрируя бесчисленное множество путей к MGO, аристолохиевая кислота вызвала 12-кратное увеличение метилглиоксаля с 18 до 231 мкг/мг почечного белка у отравленных мышей. [5] Он может образовываться из 3-аминоацетона , который является промежуточным продуктом катаболизма треонина , а также в результате перекисного окисления липидов . Однако наиболее важным источником является гликолиз . Здесь метилглиоксаль возникает в результате неферментативного устранения фосфата из глицеральдегидфосфата и дигидроксиацетонфосфата (DHAP), двух промежуточных продуктов гликолиза. Это преобразование является основой потенциального биотехнологического пути к получению товарного химического продукта 1,2-пропандиола . [6]

Поскольку метилглиоксаль является высокоцитотоксичным , было разработано несколько механизмов детоксикации. Одним из них является система глиоксалаза . Метилглиоксаль детоксифицируется глутатионом . Глутатион реагирует с метилглиоксалем, образуя гемитиоацеталь , который превращается в S - D -лактоил-глутатион глиоксалазой I. [7] Этот тиоэфир гидролизуется до D - лактата глиоксалазой II . [8]

Биохимическая функция

Метилглиоксаль участвует в образовании конечных продуктов гликирования (AGE). [4] В этом процессе метилглиоксаль реагирует со свободными аминогруппами лизина и аргинина и с тиоловыми группами цистеина, образуя AGE. Гистоны также сильно подвержены модификации метилглиоксалем, и эти модификации повышены при раке молочной железы. [9] [10]

AGE, полученные в результате действия метилглиоксаля на аргинин. [11]

Повреждения ДНК вызываются реактивными карбонилами , в основном метилглиоксалем и глиоксалем , с частотой, схожей с частотой окислительных повреждений ДНК . [12] Такое повреждение, называемое гликированием ДНК , может вызывать мутации , разрывы ДНК и цитотоксичность . [12] У людей белок DJ-1 (также называемый PARK7 ) играет ключевую роль в восстановлении гликированных оснований ДНК.

Биомедицинские аспекты

Из-за повышенного уровня глюкозы в крови метилглиоксаль имеет более высокие концентрации у диабетиков и был связан с артериальным атерогенезом . Повреждение метилглиоксалем липопротеинов низкой плотности через гликирование вызывает четырехкратное увеличение атерогенеза у диабетиков. [13] Метилглиоксаль связывается непосредственно с нервными окончаниями и тем самым усиливает хроническую болезненность конечностей при диабетической невропатии . [14] [15]

Происшествие, другое

Метилглиоксаль является компонентом некоторых видов меда, включая мед манука ; он, по-видимому, обладает активностью против E. coli и S. aureus и может помочь предотвратить образование биопленок, образуемых P. aeruginosa . [16]

Исследования показывают, что метилглиоксаль, содержащийся в меде, не вызывает повышенного образования конечных продуктов гликирования (AGE) у здоровых людей. [17] [18]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лихтенталер, Фридер В. (2010). «Углеводы как органическое сырье». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.n05_n07. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ Лёффлер, Кирстен В.; Келер, Чарльз А.; Пол, Николь М.; Де Хаан, Дэвид О. (2006). «Образование олигомеров при испарении водных растворов глиоксаля и метилглиоксаля». Environmental Science & Technology . 40 (20): 6318–23. Bibcode : 2006EnST...40.6318L. doi : 10.1021/es060810w. PMID  17120559.
  3. ^ Inoue Y, Kimura A (1995). «Метилглиоксаль и регуляция его метаболизма в микроорганизмах». Adv. Microb. Physiol . Advances in Microbial Physiology. 37 : 177–227. doi :10.1016/S0065-2911(08)60146-0. ISBN 978-0-12-027737-7. PMID  8540421.
  4. ^ ab Bellier, Justine; Nokin, Marie-Julie; Lardé, Eva; Karoyan, Philippe; Peulen, Olivier; Castronovo, Vincent; Bellahcène, Akeila (2019). «Метилглиоксаль, мощный индуктор AGE, связывает диабет и рак». Diabetes Research and Clinical Practice . 148 : 200–211. doi : 10.1016/j.diabres.2019.01.002. PMID  30664892. S2CID  58631777.
  5. ^ Li, YC; Tsai, SH; Chen, SM; Chang, YM; Huang, TC; Huang, YP; Chang, CT; Lee, JA (2012). «Накопление метилглиоксаля и Nε-(карбоксиметил)лизина, вызванное аристолохиевой кислотой: важный и новый путь в патогенном механизме нефропатии, вызванной аристолохиевой кислотой». Biochem Biophys Res Commun . 423 (4): 832–7. doi :10.1016/j.bbrc.2012.06.049. PMID  22713464.
  6. ^ Салливан, Карл Дж.; Куэнц, Аня; Ворлоп, Клаус-Дитер (2018). «Пропандиолы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a22_163.pub2. ISBN 978-3527306732.
  7. ^ Thornalley PJ (2003). «Глиоксалаза I — структура, функция и критическая роль в ферментативной защите от гликирования». Biochem. Soc. Trans . 31 (Pt 6): 1343–8. doi :10.1042/BST0311343. PMID  14641060.
  8. ^ Вандер Ягт DL (1993). «Глиоксалаза II: молекулярные характеристики, кинетика и механизм». Biochem. Soc. Trans . 21 (2): 522–7. doi :10.1042/bst0210522. PMID  8359524.
  9. ^ Galligan JJ, Wepy JA, Streeter MD, Kingsley PJ, Mitchener MM, Wauchope OR, Beavers WN, Rose KL, Wang T, Spiegel DA, Marnett LJ (сентябрь 2018 г.). «Methylglyoxal-derived posttranslational arginine modifications are often a histone marks» (посттрансляционные модификации аргинина, полученные из метилглиоксаля, являются распространенными метками гистонов). Proc Natl Acad Sci USA . 115 (37): 9228–33. Bibcode : 2018PNAS..115.9228G. doi : 10.1073/pnas.1802901115 . PMC 6140490. PMID  30150385 . 
  10. ^ Zheng Q, Omans ND, Leicher R, Osunsade A, Agustinus AS, Finkin-Groner E, D'Ambrosio H, Liu B, Chandarlapaty S, Liu S, David Y (март 2019 г.). "Обратимое гликирование гистонов связано с изменениями в архитектуре хроматина, связанными с заболеваниями". Nat Commun . 10 (1): 1289. Bibcode : 2019NatCo..10.1289Z. doi : 10.1038/s41467-019-09192-z. PMC 6426841. PMID  30894531 . 
  11. ^ Оя, Томоко; Хаттори, Нобутака; Мизуно, Ёсикуни; Мията, Сатоши; Маэда, Сакан; Осава, Тошихико; Учида, Кодзи (1999). «Метилглиоксаль-Модификация белка». Журнал биологической химии . 274 (26): 18492–502. дои : 10.1074/jbc.274.26.18492 . ПМИД  10373458.
  12. ^ ab Richarme G, Liu C, Mihoub M, Abdallah J, Leger T, Joly N, Liebart JC, Jurkunas UV, Nadal M, Bouloc P, Dairou J, Lamouri A. Восстановление гликирования гуанина с помощью DJ-1/Park7 и его бактериальных гомологов. Science. 2017 14 июля;357(6347):208-211. doi: 10.1126/science.aag1095. Epub 2017 8 июня. PMID 28596309
  13. ^ Раббани Н.; Годфри, Л.; Сюэ, М.; Шахин, Ф.; Джеффрион, М.; Милн, Р.; Торналли, П.Дж. (26 мая 2011 г.). «Гликирование ЛПНП метилглиоксалем увеличивает артериальную атерогенность. Возможный фактор, способствующий повышению риска сердечно-сосудистых заболеваний при диабете». Диабет . 60 (7): 1973–80. doi :10.2337/db11-0085. PMC 3121424. PMID  21617182 . 
  14. ^ Спектр: Диабетическая невропатия: Метилглиоксаль verstärkt den Schmerz: DAZ.online. Deutsche-apotheker-zeitung.de (21 мая 2012 г.). Проверено 11 июня 2012 г.
  15. ^ Бирхаус, Ангелика; Флеминг, Томас; Стоянов, Стоян; Леффлер, Андреас; Бабеш, Александру; Неаксу, Кристиан; Зауэр, Сюзанна К; Эберхардт, Мирьям; и др. (2012). «Модификация Nav1.8 метилглиоксалем способствует активации ноцицептивных нейронов и вызывает гипералгезию при диабетической нейропатии». Nature Medicine . 18 (6): 926–33. doi :10.1038/nm.2750. PMID  22581285. S2CID  205389296.
  16. ^ Israili, ZH (2014). «Антимикробные свойства меда». American Journal of Therapeutics . 21 (4): 304–23. doi :10.1097/MJT.0b013e318293b09b. PMID  23782759.
  17. ^ Wallace A, Eady S, Miles M, Martin H, McLachlan A, Rodier M, Willis J, Scott R, Sutherland J (апрель 2010 г.). «Демонстрация безопасности меда манука UMF® 20+ в клинических испытаниях на людях с участием здоровых людей». Br J Nutr . 103 (7): 1023–8. doi : 10.1017/S0007114509992777 . PMID  20064284.
  18. ^ Degen J, Vogel M, Richter D, Hellwig M, Henle T (октябрь 2013 г.). «Метаболический транзит диетического метилглиоксаля». J Agric Food Chem . 61 (43): 10253–60. doi :10.1021/jf304946p. PMID  23451712.