Как предшественник других заменимых аминокислот, таких как цистеин и таурин , универсальных соединений, таких как SAM-e , и важного антиоксиданта глутатиона , метионин играет важную роль в метаболизме 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] Он кодируется кодоном AUG. Он был назван Сатору Одаке в 1925 году, как сокращение от его структурного описания 2-амино-4-( метилтио ) бутановая кислота. [6]
Биохимические данные
Метионин (сокращенно Met или M ; кодируется кодоном AUG) — это α- аминокислота , которая используется в биосинтезе белков . Она содержит карбоксильную группу ( которая находится в депротонированной форме −COO − в биологических условиях pH ), аминогруппу (которая находится в протонированной форме −NH+ 3образуется в биологических условиях pH), расположенный в α-положении по отношению к карбоксильной группе, и имеет боковую цепь S - метилтиоэфира , что позволяет отнести его к неполярным алифатическим аминокислотам.
Цистеин и метионин являются двумя серосодержащими протеиногенными аминокислотами . За исключением немногих исключений, когда метионин может действовать как окислительно-восстановительный сенсор (например, сульфоксид метионина [8] ), остатки метионина не играют каталитической роли. [9] Это контрастирует с остатками цистеина, где тиоловая группа играет каталитическую роль во многих белках. [ 9] Тиоэфир в метионине, однако, играет незначительную структурную роль из-за эффекта стабильности взаимодействий S/π между атомом серы боковой цепи и ароматическими аминокислотами в одной трети всех известных структур белков. [9] Это отсутствие сильной роли отражено в экспериментах, где небольшой эффект наблюдается в белках, где метионин заменен норлейцином , прямой углеводородной аминокислотой боковой цепи, в которой отсутствует тиоэфир. [10]
Было высказано предположение, что норлейцин присутствовал в ранних версиях генетического кода, но метионин проник в окончательную версию генетического кода из-за того, что он используется в кофакторе S -аденозилметионине (SAM-e). [11] Эта ситуация не уникальна и могла иметь место с орнитином и аргинином . [12]
Кодирование
Метионин — одна из двух аминокислот, кодируемых одним кодоном (AUG) в стандартном генетическом коде ( триптофан , кодируемый UGG, является другим). В отражении эволюционного происхождения его кодона, другие кодоны AUN кодируют изолейцин , который также является гидрофобной аминокислотой. В митохондриальном геноме нескольких организмов, включая метазоа и дрожжи , кодон AUA также кодирует метионин. В стандартном генетическом коде AUA кодирует изолейцин, а соответствующая тРНК ( ileX в Escherichia coli ) использует необычное основание лизидин (бактерии) или агматидин (археи) для дискриминации AUG. [13] [14]
S -Аденозилметионин — кофактор, образующийся из метионина.
Производное метионина S- аденозилметионин (SAM-e) является кофактором , который служит в основном донором метильной группы . SAM-e состоит из молекулы аденозила (через 5′ углерод), присоединенной к сере метионина, что делает его сульфониевым катионом (т. е. 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 у людей). 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 восстанавливается путем метилирования, либо восстанавливается путем удаления аденина и гомоцистеина, в результате чего соединение дигидроксипентандион спонтанно превращается в аутоиндуктор-2 , который выводится как продукт жизнедеятельности или сигнал кворума.
Биосинтез
Биосинтез метионина
Как незаменимая аминокислота, метионин не синтезируется de novo у людей и других животных, которые должны потреблять метионин или содержащие метионин белки. У растений и микроорганизмов биосинтез метионина относится к семейству аспартата , наряду с треонином и лизином (через диаминопимелат , но не через α-аминоадипат ). Основная часть образуется из аспарагиновой кислоты , в то время как сера может поступать из цистеина , метантиола или сероводорода . [9]
Во-первых, аспарагиновая кислота преобразуется через β-аспартилполуальдегид в гомосерин посредством двух стадий восстановления терминальной карбоксильной группы (гомосерин, следовательно, имеет γ-гидроксил, отсюда и гомо- серия). Промежуточный аспартатполуальдегид является точкой разветвления с лизиновым биосинтетическим путем, где он вместо этого конденсируется с пируватом. Гомосерин является точкой разветвления с треониновым путем, где вместо этого он изомеризуется после активации терминального гидроксила с фосфатом (также используется для биосинтеза метионина в растениях). [9]
Затем гомосерин активируется фосфатной, сукцинильной или ацетильной группой на гидроксиле.
В растениях и, возможно, в некоторых бактериях [9] используется фосфат. Этот этап совпадает с биосинтезом треонина. [9]
В большинстве организмов ацетильная группа используется для активации гомосерина. Это может быть катализировано в бактериях ферментом, кодируемым metX или metA (не гомологи). [9]
У энтеробактерий и ограниченного числа других организмов используется сукцинат. Фермент, катализирующий реакцию, — MetA, а специфичность для ацетил-КоА и сукцинил-КоА определяется одним остатком. [9] Физиологическая основа предпочтения ацетил-КоА или сукцинил-КоА неизвестна, но такие альтернативные пути присутствуют в некоторых других путях ( например , биосинтез лизина и биосинтез аргинина).
Затем гидроксильная активирующая группа заменяется цистеином, метантиолом или сероводородом. Реакция замены технически представляет собой γ- элиминацию с последующим вариантом присоединения Михаэля . Все задействованные ферменты являются гомологами и членами семейства ферментов PLP-зависимого метаболизма Cys/Met , которое является подмножеством клады PLP-зависимого типа I. Они используют кофактор PLP ( пиридоксальфосфат ), который функционирует путем стабилизации промежуточных продуктов карбаниона. [9]
Если он реагирует с цистеином, он производит цистатионин , который расщепляется с образованием гомоцистеина . Ферменты, участвующие в этом процессе, — это цистатионин-γ-синтаза (кодируется metB у бактерий) и цистатионин-β-лиаза ( metC ). Цистатионин по-разному связывается в двух ферментах, позволяя происходить реакциям β или γ. [9]
Если он реагирует со свободным сероводородом, он производит гомоцистеин. Это катализируется O -ацетилгомосеринаминокарбоксипропилтрансферазой (ранее известной как O -ацетилгомосерин(тиол)-лиаза. Он кодируется либо metY , либо metZ у бактерий. [9]
Если он реагирует с метантиолом, он производит метионин напрямую. Метантиол является побочным продуктом катаболического пути некоторых соединений, поэтому этот путь встречается реже. [9]
Если вырабатывается гомоцистеин, тиоловая группа метилируется, давая метионин. Известны две метионинсинтазы ; одна зависит от кобаламина (витамина B 12 ), а другая независима. [9]
Путь с использованием цистеина называется « путем транссульфурирования », тогда как путь с использованием сероводорода (или метантиола) называется «путем прямого сульфурирования».
Цистеин производится аналогичным образом, а именно, он может быть получен из активированного серина и либо из гомоцистеина («обратный путь транссульфурирования»), либо из сероводорода («прямой путь сульфурирования»); активированный серин обычно представляет собой O -ацетилсерин (через CysK или CysM в E. coli ), но в Aeropyrum pernix и некоторых других археях используется O -фосфосерин. [15] CysK и CysM являются гомологами, но принадлежат к кладе PLP-складки типа III.
Путь транссульфурирования
Ферменты, участвующие в пути транссульфурирования E. coli биосинтеза метионина:
Гомоцистеин также может быть реметилирован с использованием глицинбетаина ( N , N , N -триметилглицин, TMG) в метионин с помощью фермента бетаин-гомоцистеинметилтрансферазы (EC2.1.1.5, BHMT). BHMT составляет до 1,5% всех растворимых белков печени, и последние данные свидетельствуют о том, что он может оказывать большее влияние на гомеостаз метионина и гомоцистеина, чем метионинсинтаза.
Обратный путь транссульфурирования: преобразование в цистеин
(7) Фермент α-кетокислотдегидрогеназа преобразует α-кетобутират в пропионил-КоА , который метаболизируется в сукцинил-КоА в трехэтапном процессе (см. пропионил-КоА для получения информации о пути).
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 . [16] Рацемический метионин также может быть синтезирован из диэтилфталимидомалонат натрия путем алкилирования хлорэтилметилсульфидом (ClCH 2 CH 2 SCH 3 ) с последующим гидролизом и декарбоксилированием. Также см. Метанол. [17]
Питание человека
Существуют неубедительные клинические данные о добавках метионина. [18] Диетическое ограничение метионина может привести к заболеваниям костей. [18]
Добавки метионина могут принести пользу тем, кто страдает от отравления медью . [19]
Совет по пищевым продуктам и питанию Института медицины США установил рекомендуемые нормы потребления (RDA) незаменимых аминокислот в 2002 году. Для метионина в сочетании с цистеином для взрослых в возрасте 19 лет и старше — 19 мг/кг массы тела в день. [22]
Это составляет около 1,33 грамма в день для человека весом 70 кг.
Пищевые источники
Высокий уровень метионина можно обнаружить в яйцах, мясе и рыбе; семенах кунжута, бразильских орехах и некоторых других семенах растений; и зерновых культурах. Большинство фруктов и овощей содержат очень мало метионина. Большинство бобовых , хотя и богаты белком, содержат мало метионина. Белки без достаточного количества метионина не считаются полноценными белками . [23] По этой причине рацемический метионин иногда добавляют в качестве ингредиента в корма для домашних животных . [24]
Здоровье
Потеря метионина связана с поседением волос у пожилых людей. Его недостаток приводит к накоплению перекиси водорода в волосяных фолликулах , снижению эффективности тирозиназы и постепенной потере цвета волос. [25] Метионин повышает внутриклеточную концентрацию глутатиона , тем самым способствуя антиоксидантно-опосредованной защите клеток и окислительно-восстановительной регуляции. Он также защищает клетки от потери черных клеток, вызванной дофамином, путем связывания окислительных метаболитов. [26]
DL -метионин иногда дают собакам в качестве добавки; он помогает снизить вероятность образования камней в почках у собак. Известно также, что метионин увеличивает выделение хинидина с мочой, подкисляя мочу. Аминогликозидные антибиотики, используемые для лечения инфекций мочевыводящих путей, лучше всего работают в щелочных условиях, а подкисление мочи из-за использования метионина может снизить его эффективность. Если собака находится на диете, которая подкисляет мочу, метионин не следует использовать. [28]
Метионин разрешен в качестве добавки к органическому корму для птицы в соответствии с сертифицированной органической программой США. [29]
Метионин можно использовать в качестве нетоксичного пестицида против гигантских гусениц- парусников, которые являются серьезными вредителями апельсиновых культур. [30]
^ Доусон Р. М., Эллиотт Д. К., Эллиотт У. Х., Джонс К. М. (1959). Данные для биохимических исследований . Оксфорд: Clarendon Press.
^ Weast, Robert C., ред. (1981). CRC Handbook of Chemistry and Physics (62-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. стр. C-374. ISBN0-8493-0462-8..
^ "Номенклатура и символика аминокислот и пептидов". Совместная комиссия по биохимической номенклатуре ИЮПАК-МСБ. 1983. Архивировано из оригинала 9 октября 2008 г. Получено 5 марта 2018 г.
^ "Метионин". Oxford University Press. Архивировано из оригинала 27 января 2018 г.
^ Паппенхаймер AM (1987). «Биографические мемуары Джона Говарда Мюллера» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия наук.
^ Одаке, Сатору (1925). «О наличии серосодержащей аминокислоты в дрожжах». Бюллетень сельскохозяйственного химического общества Японии . 1 (8): 87–89. doi :10.1271/bbb1924.1.87. ISSN 1881-1272.
^ Guedes RL, Prosdocimi F, Fernandes GR, Moura LK, Ribeiro HA, Ortega JM (декабрь 2011 г.). «Биосинтез аминокислот и пути ассимиляции азота: большая геномная делеция в ходе эволюции эукариот». BMC Genomics . 12 (Suppl 4): S2. doi : 10.1186/1471-2164-12-S4-S2 . PMC 3287585 . PMID 22369087.
^ Bigelow DJ, Squier TC (январь 2005 г.). «Окислительно-восстановительная модуляция клеточной сигнализации и метаболизма посредством обратимого окисления сенсоров метионина в кальций-регуляторных белках». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Белки и протеомика (Представленная рукопись). 1703 (2): 121–134. doi :10.1016/j.bbapap.2004.09.012. PMID 15680220.
^ Cirino PC, Tang Y, Takahashi K, Tirrell DA, Arnold FH (сентябрь 2003 г.). «Глобальное включение норлейцина вместо метионина в домен гема цитохрома P450 BM-3 увеличивает активность пероксигеназы». Биотехнология и биоинженерия . 83 (6): 729–734. doi :10.1002/bit.10718. PMID 12889037. S2CID 11380413.
^ Альварес-Карреньо С, Бесерра А, Ласкано А (октябрь 2013 г.). «Норвалин и норлейцин могли быть более распространенными белковыми компонентами на ранних стадиях эволюции клеток». Происхождение жизни и эволюция биосферы . 43 (4–5): 363–375. Bibcode :2013OLEB...43..363A. doi :10.1007/s11084-013-9344-3. PMID 24013929. S2CID 17224537.
^ Jukes TH (август 1973). «Аргинин как эволюционный нарушитель синтеза белка». Biochemical and Biophysical Research Communications . 53 (3): 709–714. doi :10.1016/0006-291x(73)90151-4. PMID 4731949.
^ Ikeuchi Y, Kimura S, Numata T, Nakamura D, Yokogawa T, Ogata T, Wada T, Suzuki T, Suzuki T (апрель 2010 г.). «Агматин-конъюгированный цитидин в антикодоне тРНК необходим для декодирования AUA у архей». Nature Chemical Biology . 6 (4): 277–282. doi :10.1038/nchembio.323. PMID 20139989.
^ Muramatsu T, Nishikawa K, Nemoto F, Kuchino Y, Nishimura S, Miyazawa T, Yokoyama S (ноябрь 1988 г.). «Кодоновая и аминокислотная специфичность транспортной РНК преобразуются посредством одной посттранскрипционной модификации». Nature . 336 (6195): 179–181. Bibcode :1988Natur.336..179M. doi :10.1038/336179a0. PMID 3054566. S2CID 4371485.
^ Мино К, Ишикава К (сентябрь 2003 г.). «Новая реакция сульфгидрилирования O-фосфо-L-серина, катализируемая сульфгидрилазой O-ацетилсерина из Aeropyrum pernix K1». FEBS Letters . 551 (1–3): 133–138. doi : 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.
^ Barger G, Weichselbaum TE (1934). "dl-Метионин". Органические синтезы . 14 : 58; Собрание томов , т. 2, стр. 384.
^ ab Navik U, Sheth VG, Khurana A, Jawalekar SS, Allawadhi P, Gaddam RR, Bhatti JS, Tikoo K. (2021). «Метионин как обоюдоострый меч в здоровье и болезни: Текущая перспектива и будущие проблемы». Ageing Res Rev. 72 : 101500. doi : 10.1016/j.arr.2021.101500. PMID 34700006.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ "Метионин". WebMD .
^ Cavuoto P, Fenech MF (2012). «Обзор зависимости от метионина и роли ограничения метионина в контроле роста рака и продлении жизни». Cancer Treatment Reviews . 38 (6): 726–736. doi :10.1016/j.ctrv.2012.01.004. PMID 22342103.
^ Cellarier E, Durando X, Vasson MP, Farges MC, Demiden A, Maurizis JC, Madelmont JC, Chollet P (2003). «Зависимость от метионина и лечение рака». Обзоры лечения рака . 29 (6): 489–499. doi :10.1016/S0305-7372(03)00118-X. PMID 14585259.
^ Институт медицины (2002). "Белки и аминокислоты". Диетические рекомендации по потреблению энергии, углеводов, клетчатки, жиров, жирных кислот, холестерина, белков и аминокислот . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. стр. 589–768. doi :10.17226/10490. ISBN978-0-309-08525-0.
^ Finkelstein JD (май 1990). «Метаболизм метионина у млекопитающих». Журнал пищевой биохимии . 1 (5): 228–237. doi :10.1016/0955-2863(90)90070-2. PMID 15539209. S2CID 32264340.
^ Палика Л. (1996). Руководство потребителя по выбору корма для собак: что входит в состав корма для собак, почему он там есть и как выбрать лучший корм для вашей собаки . Нью-Йорк: Howell Book House. ISBN978-0-87605-467-3.
^ Wood JM, Decker H, Hartmann H, Chavan B, Rokos H, Spencer JD и др. (июль 2009 г.). «Старческое поседение волос: окислительный стресс, вызванный H2O2, влияет на цвет волос человека, притупляя восстановление сульфоксида метионина». FASEB Journal . 23 (7): 2065–75. arXiv : 0706.4406 . doi : 10.1096/fj.08-125435 . hdl : 10454/6241. PMID 19237503. S2CID 16069417.
^ Pinnen F, et al. (2009). «Codrugs linking L -dopa and Serbian containoxidants: new pharmacological tools against Parkinson's disease». Journal of Medicinal Chemistry . 52 (2): 559–63. doi :10.1021/jm801266x. PMID 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.) Метионин для собак: применение 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. doi : 10.1603/ec11132 . PMID 22299361. S2CID 45255198.
Внешние ссылки
Rudra MN, Chowdhury LM (30 сентября 1950 г.). "Содержание метионина в злаках и бобовых". Nature . 166 (568): 568. Bibcode :1950Natur.166..568R. doi : 10.1038/166568a0 . PMID 14780151. S2CID 3026278.
