CYSTEINE: CIRI, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The cysteine ( Cys, C ) adalah salah satu daripada 22 asid amino yang ditemui dalam alam semula jadi sebagai sebahagian daripada rantaian polipeptida yang membentuk protein makhluk hidup. Ini penting untuk kestabilan struktur protein tersier, kerana ia membantu pembentukan jambatan disulfida intramolekul.

Sama seperti asid amino lain seperti alanin, arginine, asparagine, glutamat dan glutamin, glisin, prolin, serin dan tirosin, manusia mampu mensintesis sistein, jadi ini tidak dianggap sebagai asid amino penting.

Struktur asid amino Cysteine ​​(Sumber: Hattrich melalui Wikimedia Commons)

Walaupun demikian, dan memandangkan fakta bahawa kadar sintesis tidak selalu memenuhi keperluan tubuh, sebilangan penulis menggambarkan sistein sebagai asid amino penting "bersyarat".

Asid amino ini dinamai sempena "cystine", komponen batu empedu yang dijumpai pada tahun 1810, yang namanya diciptakan pada tahun 1832 oleh A. Baudrimont dan F. Malaguti. Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1884, E. Baumann mendapati bahawa sistein adalah produk pengurangan sistin.

Setelah pekerjaan yang dilakukan oleh Bauman, pada tahun 1899, ditentukan bahawa sistein adalah penyusun utama protein yang membentuk tanduk dari berbagai haiwan, yang menunjukkan kemungkinan penggunaannya untuk sintesis polipeptida.

Sekarang diketahui bahawa sistein tubuh berasal dari makanan, kitar semula protein, dan sintesis endogen, yang berlaku terutamanya pada hepatosit.

ciri

Cysteine ​​mempunyai berat molekul 121,16 g / mol dan, bersama dengan leucine, isoleucine, valine, phenylalanine, tryptophan, methionine dan tyrosine, antara asid amino hidrofobik yang paling banyak.

Ia tergolong dalam kumpulan asid amino polar yang tidak terisi dan, seperti asid amino lain, dapat terdegradasi oleh hidrolisis alkali pada suhu tinggi.

Seperti triptofan, serin, glisin, dan threonin, sistein adalah prekursor metabolik untuk glukoneogenesis dan ketogenesis (pembentukan badan keton).

Asid amino ini wujud sebagai sebahagian daripada urutan protein peptida, tetapi juga boleh didapati bebas dalam plasma darah sebagai homogen (sistin, turunannya) atau disulfida campuran, yang terdiri daripada bentuk homosistein-sistein.

Perbezaan utama antara sistein bebas dan yang terdapat dalam struktur protein adalah yang pertama berada dalam keadaan redoks yang sangat teroksidasi, sementara yang terakhir biasanya agak berkurang.

Struktur

Seperti sisa asam amino yang dijelaskan hingga kini, sistein mempunyai atom karbon pusat, yang bersifat kiral dan dikenal sebagai α-karbon.

Empat spesies kimia yang berbeza melekat pada atom karbon ini:

- kumpulan amino (-NH3 +)

- kumpulan karboksil (-COO-)

- atom hidrogen dan

- pengganti (-R).

Kumpulan pengganti adalah kumpulan yang memberikan identiti bagi setiap asid amino dan sistein dicirikan dengan mengandungi atom sulfur sebagai sebahagian daripada kumpulan thiol atau sulfhydryl (-CH2-SH).

Kumpulan inilah yang membolehkannya mengambil bahagian dalam pembentukan jambatan disulfida intra- dan intermolekul. Oleh kerana ia adalah nukleofil, ia juga dapat mengambil bahagian dalam reaksi penggantian.

Sebenarnya, rantai sampingan sistein ini dapat diubah suai untuk membentuk dua sebatian yang dikenali sebagai "selenocysteine" dan "lanthionine." Yang pertama adalah asid amino yang juga mengambil bahagian dalam pembentukan protein dan yang kedua adalah derivatif asid amino bukan protein.

Kumpulan sistein thiol juga dicirikan oleh perkaitannya yang tinggi dengan ion perak dan merkuri (Ag + dan Hg2 +).

ciri-ciri

Fungsi utama sistein dalam organisma hidup ada kaitannya dengan penyertaannya dalam pembentukan protein. Secara khusus, sistein mengambil bahagian dalam pembentukan jambatan disulfida, yang penting untuk pembentukan struktur protein tersier.

Di samping itu, asid amino ini tidak hanya berguna untuk sintesis protein, tetapi juga mengambil bahagian dalam sintesis glutathione (GSH) dan memberikan sulfur yang dikurangkan untuk metionin, asid lipoik, tiamin, koenzim A (CoA), molybdopterin (kofaktor) dan sebatian penting lain dari segi biologi.

Dalam keadaan asid amino sulfur dalam jumlah yang berlebihan, sistein dan asid amino lain yang berkaitan dapat digunakan untuk pengeluaran sulfur piruvat dan anorganik. Pyruvate berjaya diarahkan ke arah glukoneogenik, berfungsi untuk pengeluaran glukosa.

Keratin, yang merupakan salah satu jenis protein struktur yang paling banyak terdapat di kerajaan haiwan, kaya dengan residu sistein. Contohnya, bulu domba mengandungi lebih daripada 4% sulfur dari asid amino ini.

Cysteine ​​juga mengambil bahagian dalam banyak reaksi pengurangan pengoksidaan, menjadikannya sebahagian daripada laman aktif beberapa enzim.

Dengan bertindak balas dengan glukosa, asid amino ini menghasilkan produk tindak balas yang memperkenalkan rasa dan aroma yang menarik untuk beberapa sediaan masakan.

Biosintesis

Biosintesis asid amino dalam tubuh manusia dan haiwan lain (mamalia dan bukan mamalia) berlaku dengan cara khusus tisu dan sel; ia adalah proses yang memerlukan tenaga dan biasanya dipisahkan antara organ yang berlainan.

Hati adalah salah satu organ utama yang terlibat dalam sintesis kebanyakan asid amino tidak penting, tanpa mengira spesies yang dipertimbangkan.

Dalam ini, bukan sahaja sistein disintesis, tetapi juga aspartat, asparagine, glutamat dan glutamin, glisin, serin, tirosin dan lain-lain dari pendahulunya asid amino tertentu.

Pada tahun 1935, Erwin Brand menetapkan bahawa sistein, pada mamalia, disintesis secara semula jadi dari metionin, yang berlaku secara eksklusif pada tisu hati.

Proses ini boleh berlaku melalui "transmetilasi" metionin, di mana kumpulan metil dipindahkan ke kolin dan kreatin. Walau bagaimanapun, sistein juga dapat terbentuk dari metionin berkat trans-sulfurisasi.

Kemudian ditunjukkan bahawa, selain metionin, beberapa sebatian sintetik seperti N-asetil cysteine, cysteamine dan cystamine, adalah pendahulu berguna untuk sintesis sistein.

Dalam kes N-asetil sistein, ia diambil oleh sel, di mana ia diubah menjadi sistein oleh enzim deasetilase di sitosol.

Mekanisme Sintesis

Mekanisme sintesis sistein yang paling terkenal dari metionin adalah trans-sulfurisasi. Ini berlaku terutamanya di hati, tetapi juga telah ditentukan pada usus dan pankreas.

Ini berlaku dari homosistein, sebatian yang berasal dari asid amino metionin; dan tindak balas pertama dalam jalur biosintetik ini adalah pemeluwapan yang dikatalisis oleh enzim cystathionine β-synthase (CBS).

Enzim ini melambangkan langkah "kompromi" dari jalur dan mengembunkan homosistein dengan residu serin, asid amino protein lain, yang menghasilkan cystathionine. Selepas itu, sebatian ini "dipotong" atau "dibelah" oleh enzim cystathionase, yang membawa kepada pembebasan sistein.

Peraturan aktiviti enzimatik CBS dimediasi oleh ketersediaan metionin dan oleh keadaan redoks sel di mana proses ini berlaku.

Melalui jalan sintesis sistein, sel dapat mengatasi kelebihan metionin, kerana penukarannya menjadi sistein adalah proses yang tidak dapat dipulihkan.

Sintesis sistein pada tumbuhan dan mikroorganisma

Dalam organisma ini, sistein disintesis terutamanya dari sulfur anorganik, yang merupakan sumber sulfur yang paling banyak digunakan di biosfera aerobik.

Ini diambil, memasuki sel dan kemudian dikurangkan menjadi sulfur (S2-), yang dimasukkan ke dalam sistein dengan cara yang serupa dengan apa yang berlaku dengan amonia dalam sintesis glutamat atau glutamin.

Metabolisme dan penurunan

Katabolisme sistein berlaku terutamanya pada sel hati (hepatosit), walaupun ia juga boleh berlaku pada jenis sel lain seperti neuron, sel endotel, dan sel otot polos pembuluh darah badan.

Kecacatan tertentu dalam katabolisme sistein menghasilkan penyakit yang diwarisi yang dikenali sebagai "cystinuria", yang dicirikan oleh adanya batu cystine di ginjal, pundi kencing, dan ureter.

Cystine adalah asid amino yang berasal dari sistein dan batu terbentuk oleh penyatuan dua molekul ini melalui atom sulfurnya.

Sebahagian daripada metabolisme sistein menghasilkan pembentukan asid saintosulfinat, dari mana taurin, asid amino bukan protein, terbentuk. Reaksi dikatalisis oleh enzim sistein dioksigenase.

Selain itu, sistein dapat dioksidakan oleh formaldehid untuk menghasilkan N-formil sistein, pemprosesan selanjutnya yang boleh menyebabkan pembentukan "merkapturat" (produk pemeluwapan sistein dengan sebatian aromatik).

Pada haiwan, sistein juga digunakan, serta glutamat dan glutamin, untuk sintesis koenzim A, glutathione (GSH), piruvat, sulfat dan hidrogen sulfida.

Salah satu kaedah untuk penukaran sistein menjadi piruvat berlaku dalam dua langkah: yang pertama melibatkan penyingkiran atom sulfur dan yang kedua adalah reaksi transaminasi.

Ginjal bertanggungjawab untuk perkumuhan sulfat dan sulfit yang berasal dari metabolisme sebatian sulfur seperti sistein, sementara paru-paru menghembuskan sulfur dioksida dan hidrogen sulfida.

Glutathione

Glutathione, molekul yang terdiri dari tiga residu asid amino (glisin, glutamat, dan sistein) adalah molekul yang terdapat pada tumbuhan, haiwan, dan bakteria.

Ia mempunyai sifat khas yang menjadikannya penyangga redoks yang sangat baik, kerana melindungi sel dari pelbagai jenis tekanan oksidatif.

Makanan yang kaya dengan sistein

Cysteine ​​dijumpai secara semula jadi dalam makanan yang mengandung sulfur seperti kuning telur (kuning), paprika merah, bawang putih, bawang, brokoli, kembang kol, kangkung dan kubis Brussels, selada air, dan sayur sawi.

Ia juga terdapat terutamanya dalam makanan yang kaya dengan protein seperti daging, kekacang dan produk tenusu, antaranya adalah:

- Daging lembu, daging babi, ayam dan ikan

- Oat dan lentil

- Biji bunga matahari

- Yogurt dan keju

Kebaikan pengambilan sistein

Dianggap bahawa pengambilannya mencegah keguguran rambut dan merangsang pertumbuhannya. Dalam industri makanan banyak digunakan sebagai penambah adunan roti dan juga untuk "menghasilkan semula" rasa seperti daging.

Penulis lain telah melaporkan bahawa pengambilan makanan tambahan atau makanan yang kaya dengan sistein mengurangkan kecederaan biokimia yang disebabkan oleh pengambilan makanan berlebihan yang dicemari unsur logam, kerana ia mengambil bahagian dalam reaksi "chelation".

Beberapa makanan tambahan yang berkaitan dengan sistein digunakan oleh manusia sebagai antioksidan, yang dianggap bermanfaat dari sudut penuaan "melambatkan".

N-asetil cysteine ​​(pendahulu dalam sintesis sistein), misalnya, diambil sebagai makanan tambahan, kerana ini mengakibatkan peningkatan biosintesis glutathione (GSH).

Penyakit yang berkaitan

Terdapat beberapa penerbitan ilmiah yang menghubungkan tahap tinggi sistein plasma dengan obesiti dan patologi lain yang berkaitan seperti penyakit kardiovaskular dan sindrom metabolik lain.

Cystinuria, seperti yang disebutkan di atas, adalah patologi yang berkaitan dengan kehadiran batu cystine, turunan dari sistein, disebabkan oleh kecacatan genetik dalam penyerapan semula ginjal asid amino dibasik seperti sistin.

Gangguan kekurangan

Kekurangan sistein berkaitan dengan tekanan oksidatif, kerana ini adalah salah satu pendahulu utama untuk sintesis glutathione. Oleh itu, kekurangan asid amino ini boleh menyebabkan penuaan pramatang dan semua flat yang dimaksudkan.

Suplementasi Cysteine ​​telah ditunjukkan untuk meningkatkan fungsi otot rangka, mengurangkan nisbah antara jisim badan lemak dan bukan lemak, menurunkan tahap sitokin keradangan plasma, meningkatkan fungsi sistem imun, dll.

Pada pertengahan 1990-an, beberapa kajian menunjukkan bahawa Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) dapat menjadi akibat dari kekurangan sistein yang disebabkan oleh virus.

Tuntutan ini disokong oleh fakta bahawa pesakit HIV-positif yang diperiksa mempunyai tahap sistin plasma dan sistein yang rendah, di samping kepekatan glutathione intraselular yang rendah.

Rujukan

1. Dröge, W. (1993). Kekurangan Cysteine ​​dan Glutathione pada Pesakit AIDS: Alasan untuk Rawatan dengan N-Acetyl-Cysteine. Farmakologi, 46, 61-65.
2. Dröge, W. (2005). Tekanan oksidatif dan penuaan: Adakah penuaan adalah sindrom kekurangan sistein? Transaksi Falsafah Masyarakat Diraja B: Sains Biologi, 360 (1464), 2355–2372.
3. Elshorbagy, AK, Smith, AD, Kozich, V., & Refsum, H. (2011). Cysteine ​​dan kegemukan. Obesiti, 20 (3), 1–9.
4. Kredich, N. (2013). Biosintesis sistein. EcoSal Plus, 1–30.
5. McPherson, RA, & Hardy, G. (2011). Manfaat klinikal dan pemakanan suplemen protein yang diperkaya sistein. Pendapat Semasa dalam Pemakanan Klinikal dan Penjagaan Metabolik, 14, 562–568.
6. Mokhtari, V., Afsharian, P., Shahhoseini, M., Kalantar, SM, & Moini, A. (2017). Kajian mengenai pelbagai kegunaan N-asetil cysteine. Cell Journal, 19 (1), 11–17.
7. Piste, P. (2013). Antioksidan master-Cysteine. Jurnal Antarabangsa Sains Farmasi, Kimia dan Biologi, 3 (1), 143–149.
8. Quig, D. (1998). Metabolisme dan ketoksikan logam. Kajian Perubatan Alternatif, 3 (4), 262-270.
9. Wu, G. (2013). Asid amino. Biokimia dan Pemakanan. Boca Raton, FL: Taylor & Francis Group.