stringtranslate.com

Тирозин

L -тирозин или тирозин (символ Tyr или Y ) [2] или 4-гидроксифенилаланин — одна из 20 стандартных аминокислот , которые используются клетками для синтеза белков . Это условно незаменимая аминокислота с полярной боковой группой . Слово «тирозин» происходит от греческого tyrós , что означает сыр , поскольку он был впервые обнаружен в 1846 году немецким химиком Юстусом фон Либихом в белке казеине из сыра. [3] [4] Его называют тирозилом , когда упоминают как функциональную группу или боковую цепь. Хотя тирозин обычно классифицируют как гидрофобную аминокислоту, он более гидрофильный, чем фенилаланин . [5] Он кодируется кодонамиUAC и UAU в матричной РНК .

Однобуквенный символ Y был назначен тирозину, поскольку он был алфавитно наиболее близок к имеющимся буквам. Обратите внимание, что T был назначен структурно более простому треонину, U избегали из-за его сходства с V для валина, W был назначен триптофану, в то время как X был зарезервирован для неопределенных или нетипичных аминокислот. [6] Также была предложена мнемоническая t Y розин. [7]

Функции

Помимо того, что тирозин является протеиногенной аминокислотой , он играет особую роль благодаря своей фенольной функциональности. Его гидроксильная группа способна образовывать эфирную связь , в частности, с фосфатом. Фосфатные группы переносятся на остатки тирозина с помощью протеинкиназ . Это одна из посттрансляционных модификаций . Фосфорилированный тирозин встречается в белках, которые являются частью процессов передачи сигнала .

Подобная функциональность также представлена ​​в серине и треонине , чьи боковые цепи имеют гидроксильную группу, но являются спиртами . Фосфорилирование этих трех аминокислотных фрагментов (включая тирозин) создает отрицательный заряд на их концах, который больше, чем отрицательный заряд единственных отрицательно заряженных аспарагиновой и глутаминовой кислот. Фосфорилированные белки сохраняют эти же свойства, которые полезны для более надежных белок-белковых взаимодействий, посредством фосфотирозина, фосфосерина и фосфотреонина. [8]

Места связывания сигнального фосфопротеина могут быть разнообразны по своей химической структуре. [9]

Фосфорилирование гидроксильной группы может изменить активность целевого белка или может стать частью сигнального каскада через связывание с доменом SH2 . [10]

Остаток тирозина также играет важную роль в фотосинтезе . В хлоропластах ( фотосистема II ) он действует как донор электронов при восстановлении окисленного хлорофилла . В этом процессе он теряет атом водорода своей фенольной ОН-группы. Этот радикал впоследствии восстанавливается в фотосистеме II четырьмя основными марганцевыми кластерами . [11]

Диетические требования и источники

Диетическая норма потребления тирозина обычно оценивается вместе с фенилаланином . Она варьируется в зависимости от метода оценки, однако идеальной пропорцией этих двух аминокислот считается 60:40 (фенилаланин:тирозин), поскольку человеческий организм имеет такой состав. [12] Тирозин, который также может синтезироваться в организме из фенилаланина, содержится во многих высокобелковых пищевых продуктах, таких как мясо , рыба , сыр , творог , молоко , йогурт , арахис , миндаль , семена тыквы , семена кунжута , соевый белок и фасоль лима . [13] [14] Например, белок яйца содержит около 250 мг на яйцо, [15] в то время как говядина, баранина, свинина, тунец, лосось, курица и индейка содержат около 500–1000 мг на порцию в 3 унции (85 г). [15] [16]

Биосинтез

Растительный биосинтез тирозина из префената .

В растениях и большинстве микроорганизмов тирозин образуется через префенат , промежуточное вещество на шикиматном пути . Префенат окислительно декарбоксилируется с сохранением гидроксильной группы , образуя п- гидроксифенилпируват, который трансаминируется с использованием глутамата в качестве источника азота, образуя тирозин и α-кетоглутарат .

Млекопитающие синтезируют тирозин из незаменимой аминокислоты фенилаланина (Phe), которая поступает с пищей. Превращение Phe в Tyr катализируется ферментом фенилаланингидроксилазой , монооксигеназой. Этот фермент катализирует реакцию, вызывающую добавление гидроксильной группы к концу 6-углеродного ароматического кольца фенилаланина , в результате чего он становится тирозином.

Метаболизм

Превращение фенилаланина и тирозина в его биологически важные производные.

Фосфорилирование и сульфатирование

Некоторые из остатков тирозина могут быть помечены (по гидроксильной группе) фосфатной группой ( фосфорилированы ) протеинкиназами . В фосфорилированной форме тирозин называется фосфотирозином . Фосфорилирование тирозина считается одним из ключевых этапов в передаче сигнала и регуляции ферментативной активности. Фосфотирозин можно обнаружить с помощью специфических антител . Остатки тирозина также могут быть модифицированы путем добавления сульфатной группы, процесс, известный как сульфатирование тирозина . [17] Сульфирование тирозина катализируется тирозилпротеинсульфотрансферазой (TPST). Подобно антителам к фосфотирозину, упомянутым выше, недавно были описаны антитела, которые специфически обнаруживают сульфотирозин. [18]

Предшественник нейротрансмиттеров и гормонов

В дофаминергических клетках мозга тирозин преобразуется в L-ДОФА ферментом тирозингидроксилазой (ТГ). ТГ является ферментом , ограничивающим скорость, участвующим в синтезе нейромедиатора дофамина . Затем дофамин может быть преобразован в другие катехоламины , такие как норадреналин (норадреналин) и адреналин (адреналин).

Гормоны щитовидной железы трийодтиронин ( Т3 ) и тироксин (Т4 ) в коллоиде щитовидной железы также являются производными тирозина.


Предшественник других соединений

Было показано, что млечный сок Papaver somniferum , опийного мака, преобразует тирозин в алкалоид морфин , а биосинтетический путь был установлен от тирозина до морфина с использованием радиоактивно меченного углеродом-14 тирозина для отслеживания синтетического пути in vivo. [22] Тирозин-аммиаклиаза (TAL) является ферментом в пути биосинтеза природных фенолов. Он преобразует L-тирозин в p-кумаровую кислоту . Тирозин также является предшественником пигмента меланина . Тирозин (или его предшественник фенилаланин) необходим для синтеза структуры бензохинона, которая является частью кофермента Q10 . [23] [24]

Деградация

Распад тирозина на ацетоацетат и фумарат . Для пути распада необходимы две диоксигеназы. Конечные продукты затем могут войти в цикл лимонной кислоты .

[ необходима ссылка ]

Распад L-тирозина (син. пара -гидроксифенилаланин) начинается с α-кетоглутарат-зависимого трансаминирования через тирозинтрансаминазу до пара -гидроксифенилпирувата . Позиционное описание пара , сокращенно p , означает, что гидроксильная группа и боковая цепь на фенильном кольце находятся друг напротив друга (см. иллюстрацию ниже).

Следующий шаг окисления катализируется p -гидроксифенилпируватдиоксигеназой и отщеплением гомогентисата CO2 (2,5-дигидроксифенил-1-ацетата). [25] Для расщепления ароматического кольца гомогентисата требуется еще одна диоксигеназа, гомогентисат-1,2-диоксигеназа . Таким образом, посредством включения еще одной молекулы O2, создается малеилацетоацетат .

Фумарилацетоацетат образуется малеилацетоацетат цис - транс -изомеразой посредством вращения карбоксильной группы, созданной из гидроксильной группы путем окисления. Эта цис-транс -изомераза содержит глутатион в качестве кофермента . Фумарилацетоацетат в конечном итоге расщепляется ферментом фумарилацетоацетатгидролазой посредством присоединения молекулы воды.

При этом высвобождаются фумарат (также метаболит цикла лимонной кислоты) и ацетоацетат (3-кетобутироат). Ацетоацетат — это кетоновое тело , которое активируется сукцинил-КоА, а затем может быть преобразовано в ацетил-КоА , который в свою очередь может быть окислен циклом лимонной кислоты или использован для синтеза жирных кислот .

Флоретиновая кислота также является метаболитом тирозина в моче у крыс. [26]

Орто- и мета-тирозин

Ферментативное окисление тирозина фенилаланингидроксилазой (вверху) и неферментативное окисление гидроксильными свободными радикалами (в середине и внизу).

Известны три структурных изомера L-тирозина. Помимо распространенной аминокислоты L-тирозина, которая является пара-изомером ( пара -тирозин, п -тирозин или 4-гидроксифенилаланин), существуют два дополнительных региоизомера, а именно мета -тирозин (также известный как 3-гидроксифенилаланин , L -м -тирозин и м -тирозин) и орто -тирозин ( о -тирозин или 2-гидроксифенилаланин), которые встречаются в природе. Изомеры м- тирозин и о -тирозин, которые встречаются редко, возникают в результате неферментативного свободнорадикального гидроксилирования фенилаланина в условиях окислительного стресса . [27] [28]

Медицинское применение

Тирозин является предшественником нейротрансмиттеров и повышает уровень нейротрансмиттеров в плазме (особенно дофамина и норадреналина) [29] , но оказывает незначительное влияние на настроение у нормальных людей. [30] [31] [32]

Систематический обзор 2015 года показал, что «нагрузка тирозином резко противодействует ухудшению рабочей памяти и обработки информации, вызванному сложными ситуативными условиями, такими как экстремальные погодные условия или когнитивная нагрузка », и поэтому «тирозин может принести пользу здоровым людям, подвергающимся сложным ситуативным условиям» [33] .

Промышленный синтез

L-тирозин используется в фармацевтических препаратах , диетических добавках и пищевых добавках . Ранее для производства L-тирозина использовались два метода. Первый включает в себя извлечение желаемой аминокислоты из гидролизатов белка с использованием химического подхода. Второй использует ферментативный синтез из фенолов, пирувата и аммиака с использованием тирозинфеноллиазы . [34] Достижения в области генной инженерии и появление промышленной ферментации переместили синтез L-тирозина на использование сконструированных штаммов E. coli . [35] [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Frey MN, Koetzle TF, Lehmann MS, Hamilton WC (1973). "Точное нейтронное дифракционное определение структуры белковых и нуклеиновых кислотных компонентов. X. Сравнение кристаллической и молекулярной структур L-тирозина и гидрохлорида L-тирозина". J. Chem. Phys. 58 (6): 2547–2556. Bibcode :1973JChPh..58.2547F. doi :10.1063/1.1679537.
  2. ^ "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 .
  3. ^ "Тирозин". Электронная энциклопедия Колумбии, 6-е изд . Infoplease.com — Columbia University Press. 2007. Получено 20 апреля 2008 г.
  4. ^ Harper D (2001). "Тирозин". Онлайн-словарь этимологии . Получено 20 апреля 2008 г.
  5. ^ "Аминокислоты - Тирозин". www.biology.arizona.edu . Получено 2018-01-31 .
  6. ^ "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 .
  7. ^ Saffran M (апрель 1998 г.). «Названия аминокислот и салонные игры: от тривиальных названий до однобуквенного кода, названия аминокислот напрягают память студентов. Возможна ли более рациональная номенклатура?». Биохимическое образование . 26 (2): 116–118. doi :10.1016/S0307-4412(97)00167-2.
  8. ^ Хантер Т (2012-09-19). «Почему природа выбрала фосфат для модификации белков». Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 367 (1602): 2513–2516. doi :10.1098/rstb.2012.0013. ISSN  0962-8436. PMC 3415839. PMID 22889903  . 
  9. ^ Lu ZC, Jiang F, Wu YD (2021-12-11). «Прогнозирование участков связывания фосфата в белок-белковых взаимодействиях, зависящих от фосфорилирования». Биоинформатика . 37 (24): 4712–4718. doi :10.1093/bioinformatics/btab525. ISSN  1367-4811. PMID  34270697.
  10. ^ Liu BA, Nash PD (2012-09-19). "Эволюция доменов SH2 и сигнальных сетей фосфотирозина". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 367 (1602): 2556–2573. doi :10.1098/rstb.2012.0107. ISSN  0962-8436. PMC 3415846 . PMID  22889907. 
  11. ^ Barry BA (январь 2015 г.). «Динамика реакции и перенос электронов, связанный с протоном: исследования переноса заряда на основе тирозина в природных и биомиметических системах». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1847 (1): 46–54. doi :10.1016/j.bbabio.2014.09.003. ISSN  0006-3002. PMID  25260243.
  12. ^ Pencharz PB, Hsu JW, Ball RO (июнь 2007 г.). «Потребность в ароматических аминокислотах у здоровых людей». Журнал питания . 137 (6 Suppl 1): 1576S–1578S, обсуждение 1597S-1598S. doi : 10.1093/jn/137.6.1576S . PMID  17513429.
  13. ^ Инструмент ранжирования питательных веществ. MyFoodData.com. https://tools.myfooddata.com/nutrition-ranking-tool/tyrosine/all/highest
  14. ^ "Тирозин". Медицинский центр Мэрилендского университета . Архивировано из оригинала 2013-06-04 . Получено 2011-03-17 .
  15. ^ ab Топ-10 продуктов с самым высоким содержанием тирозина
  16. ^ Инструмент для ранжирования питательных веществ. MyFoodData.com. https://tools.myfooddata.com https://tools.myfooddata.com/nutrition-ranking-tool/tyrosine/meats/highest/ounces/common/no
  17. ^ Hoffhines AJ, Damoc E, Bridges KG, Leary JA, Moore KL (декабрь 2006 г.). «Обнаружение и очистка тирозин-сульфатированных белков с использованием нового анти-сульфотирозинового моноклонального антитела». Журнал биологической химии . 281 (49): 37877–87. doi : 10.1074/jbc.M609398200 . PMC 1764208. PMID  17046811 . 
  18. ^ Kanan Y, Hamilton RA, Sherry DM, Al-Ubaidi MR (декабрь 2012 г.). «В центре внимания молекулы: сульфотирозин». Experimental Eye Research . 105 : 85–6. doi :10.1016/j.exer.2012.02.014. PMC 3629733. PMID  22406006 . 
  19. ^ Бродли К.Дж. (март 2010 г.). «Сосудистые эффекты следовых аминов и амфетаминов». Фармакология и терапия . 125 (3): 363–375. doi :10.1016/j.pharmthera.2009.11.005. PMID  19948186.
  20. ^ Линдеманн Л., Хёнер М. К. (май 2005 г.). «Возрождение следовых аминов, вдохновленное новым семейством GPCR». Тенденции в фармакологических науках . 26 (5): 274–281. doi :10.1016/j.tips.2005.03.007. PMID  15860375.
  21. ^ Wang X, Li J, Dong G, Yue J (февраль 2014). «Эндогенные субстраты CYP2D мозга». European Journal of Pharmacology . 724 : 211–218. doi :10.1016/j.ejphar.2013.12.025. PMID  24374199.
  22. ^ Battersby AR, Binks R, Harper BJ (1962-01-01). "692. Биосинтез алкалоидов. Часть II. Биосинтез морфина". Журнал химического общества : 3534–3544. doi :10.1039/JR9620003534. ISSN  0368-1769.
  23. ^ Бентингер М., Текле М., Даллнер Г. (май 2010 г.). «Коэнзим Q — биосинтез и функции». Biochemical and Biophysical Research Communications . 396 (1): 74–9. doi :10.1016/j.bbrc.2010.02.147. PMID  20494114.
  24. ^ Акоста М.Дж., Васкес Фонсека Л., Десбатс М.А., Серкуа С., Зордан Р., Тревиссон Э. и др. (2016). «Биосинтез коэнзима Q в здоровье и болезни». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1857 (8): 1079–1085. дои : 10.1016/j.bbabio.2016.03.036 . ПМИД  27060254.
  25. ↑ Зеа-Рей А.В., Крус-Камино Х., Васкес-Канту Д.Л., Гутьеррес-Гарсия В.М., Сантос-Гусман Х., Канту-Рейна С. (27 ноября 2017 г.). «Заболеваемость транзиторной неонатальной тирозинемией среди населения Мексики». Журнал врожденных ошибок метаболизма и скрининга . 5 : 232640981774423. doi : 10.1177/2326409817744230 .
  26. ^ Booth AN, Masri MS, Robbins DJ, Emerson OH, Jones FT, DeEds F (1960). «Метаболиты тирозина в мочевой фенольной кислоте». Журнал биологической химии . 235 (9): 2649–2652. doi : 10.1016/S0021-9258(19)76930-0 .
  27. ^ Мольнар Г.А., Вагнер З., Марко Л., Ко Сеги Т., Мохас М., Кочис Б. и др. (ноябрь 2005 г.). «Экскреция орто-тирозина с мочой при сахарном диабете и почечной недостаточности: данные о выработке гидроксильных радикалов». Почки Интернешнл . 68 (5): 2281–7. дои : 10.1111/j.1523-1755.2005.00687.x . ПМИД  16221230.
  28. ^ Molnár GA, Nemes V, Biró Z, Ludány A, Wagner Z, Wittmann I (декабрь 2005 г.). «Накопление гидроксильных свободных радикальных маркеров мета-, орто-тирозина и ДОФА в катарактальных хрусталиках сопровождается более низким содержанием белка и фенилаланина в водорастворимой фазе». Free Radical Research . 39 (12): 1359–66. doi :10.1080/10715760500307107. PMID  16298866. S2CID  31154432.
  29. ^ Rasmussen DD, Ishizuka B, Quigley ME, Yen SS (октябрь 1983 г.). «Влияние приема тирозина и триптофана на концентрацию катехоламинов и 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты в плазме». Журнал клинической эндокринологии и метаболизма . 57 (4): 760–3. doi :10.1210/jcem-57-4-760. PMID  6885965.
  30. ^ Leathwood PD, Pollet P (1982). «Изменения настроения, вызванные диетой, у нормальных популяций». Журнал психиатрических исследований . 17 (2): 147–54. doi :10.1016/0022-3956(82)90016-4. PMID  6764931.
  31. ^ Deijen JB, Orlebeke JF (1994). «Влияние тирозина на когнитивные функции и артериальное давление при стрессе». Brain Research Bulletin . 33 (3): 319–23. doi :10.1016/0361-9230(94)90200-3. PMID  8293316. S2CID  33823121.
  32. ^ Lieberman HR, Corkin S, Spring BJ, Wurtman RJ, Growdon JH (август 1985). «Влияние предшественников диетических нейротрансмиттеров на поведение человека». Американский журнал клинического питания . 42 (2): 366–70. doi :10.1093/ajcn/42.2.366. PMID  4025206.
  33. ^ Юнг SE, ​​Хасе A, Энн Хет Рот M (2015). «Поведенческие и когнитивные эффекты потребления тирозина у здоровых взрослых людей». Фармакология, биохимия и поведение . 133 : 1–6. doi : 10.1016/j.pbb.2015.03.008. PMID  25797188. S2CID  30331663.
  34. ^ ab Lütke-Eversloh T, Santos CN, Stephanopoulos G (декабрь 2007 г.). «Перспективы биотехнологического производства L-тирозина и его применения». Прикладная микробиология и биотехнология . 77 (4): 751–62. doi :10.1007/s00253-007-1243-y. PMID  17968539. S2CID  23088822.
  35. ^ Чавес-Бехар М., Баез-Виверос Дж., Мартинес А., Боливар Ф., Госсет Г. (2012). «Биотехнологическое производство L-тирозина и производных соединений». Process Biochemistry . 47 (7): 1017–1026. doi :10.1016/j.procbio.2012.04.005.

Внешние ссылки