Стійкість до окислення сірчаних амінокислот метіоніну та цистеїну

1 Ключова лабораторія агро-екологічних процесів у субтропічному регіоні, Інститут субтропічного сільського господарства Китайської академії наук, Національна інженерна лабораторія контролю забруднення та утилізації відходів у тваринництві та птахівництві, Чанша, Хунань 410125, Китай

амінокислот

2 Університет Китайської академії наук, Пекін, 10049, Китай

Анотація

Амінокислоти сірки - це різновид амінокислот, які містять сульфгідрил, і вони відіграють вирішальну роль у структурі білка, метаболізмі, імунітеті та окисленні. Наш огляд демонструє ефект стійкості до окислення метіоніну та цистеїну, двох найбільш репрезентативних амінокислот сірки, та їх метаболітів. Метіонін та цистеїн надзвичайно чутливі майже до всіх форм активних форм кисню, що робить їх антиоксидантними. Більше того, метіонін та цистеїн є попередниками S-аденозилметионіну, сірководню, таурину та глутатіону. Повідомляється, що ці продукти полегшують оксидантний стрес, викликаний різними окислювачами, і захищають тканини від пошкоджень. Однак дефіцит і надлишок метіоніну та цистеїну в раціоні впливають на нормальний ріст тварин; таким чином, важливим є нове дослідження щодо визначення достатнього рівня споживання метіоніну та цистеїну.

1. Вступ

Амінокислоти сірки (SAA) - це різновид амінокислот, які містять сульфгідрил. Серед SAA метіонін та цистеїн вважаються основними SAA. Метіонін є незамінною амінокислотою у ссавців, оскільки він не може бути синтезований у кількості, достатній для підтримки нормального росту ссавців. Тим не менше, цистеїн є напівнеобхідною амінокислотою у ссавців, оскільки цистеїн може вироблятися шляхом транссульфування від деградації L-метіоніну. Таким чином, вважається, що вміст метіоніну та цистеїну відповідає потребі SAA у раціоні ссавців. Збільшення доказів показує, що SAA відіграють вирішальну роль у структурі білка, метаболізмі, імунітеті та окисленні [1–4]. Вони виконують важливі функції завдяки своїм метаболітам, таким як S-аденозилметионін (SAM), поліаміни, таурин та глутатіон (GSH) (рис. 1).

Окисно-відновний гомеостаз є передумовою підтримання гомеостатичної рівноваги організму, і він сильно залежить від балансу прооксидантної та антиоксидантної системи [5, 6]. Реактивні форми кисню (АФК) є головним фактором утворення окислювальних пошкоджень, оскільки АФК може легко окислювати біомолекули (включаючи ліпіди, білки та ДНК), тим самим погіршуючи антиоксидантну систему та викликаючи окислювальний стрес [7, 8]. Тому антиоксидація SAA привертає інтерес людей поступово, і дослідники провели багато досліджень щодо цього [9, 10]. Велика кількість досліджень повідомляє, що SAA мають пом'якшувальну дію на різні моделі оксидантного стресу, такі як діабет [11, 12], ВІЛ-інфекція [13] та старіння [14]. Таким чином, наш огляд реорганізує та висвітлює антиоксидаційний ефект двох основних SAA (метіоніну та цистеїну).

2. Метіонін

У структурі білка всі амінокислотні залишки схильні до окислення диверсифікованими формами АФК, особливо залишками метіоніну, оскільки вони чутливі до майже всіх форм АФК, і окислення залишків метіоніну є оборотним [15]. Це головна причина того, що метіонін має здатність протистояти окисленню.

2.1. Цикл зменшення окислення метіоніну

Залишки метіоніну надзвичайно чутливі до АФК, і вони схильні до поєднання з АФК, а потім перетворюються на сульфоксид метіоніну (MetO); тим самим ROS втрачає свою активність. Продукт реакції MetO являє собою суміш, яка складається з двох стереоізомерів, MetO-S та MetO-R. MetO-S та MetO-R можуть бути відновлені до метіоніну за допомогою тіоредоксину [Th (SH) 2] шляхом каталізу метіонінсульфоксидредуктаз A (MsrA) та метіонінсульфоксидредуктаз B (MsrB) відповідно (рис. 2). Кожен цикл окислення та відновлення залишків метіоніну усуне небезпечні речовини (наприклад, гідропероксид, хлористий, озон та перекис ліпідів), що може становити головну природну систему очищення небезпечних речовин.

MrsA та MsrB розглядаються як остаточні антиоксидантні захисні механізми, оскільки вони відповідають за зменшення MetO [16]. Багато експериментів на різних об'єктах засвідчували, що рівень MsrA корелює з усуненням накопиченого окисного ушкодження [17–19]. Маркетті та ін. [20] припустив, що зниження рівня MsrA спричинило накопичення АФК у клітині кришталика людини. Більше того, Єрмолаєва та його колеги [21] виявили, що надмірна експресія MsrA суттєво знижує індуковане гіпоксією збільшення АФК і підтримує нормальний ріст клітин РС12. MrsB було відкрито лише короткий час [22], і тепер було відомо, що його основна функція - зменшувати окислений MetO разом з MsrA. Інші функції MsrB залишаються для подальшої розвідки.

2.2. СЕМ

SAM є прямим продуктом метіоніну в каталізі метіонін-аденозилтрансферазою (MAT), і він добре відомий як донор метилу для більшості метилтрансфераз, які модифікують ДНК, РНК та інші білки. SAM надає антиоксидантну здатність цим шляхом: SAM підвищує активність цистатіоніну γ-синтази (CBS), яка є основним ферментом у транссульфурації та сприяє синтезу цистеїну, збільшуючи тим самим рівень GSH. Багато досліджень показують, що введення SAM полегшує окислювальний стрес і відновлює тканини. Наприклад, Li et al. [23] встановили, що введення SAM захищає клітини та інгібує окислювальний стрес, викликаний амілоїдом-β, і він активує ендогенну антиоксидантну систему шляхом відновлення нормального співвідношення GSH/GSSG та підвищення активності глутатіонпероксидази (GSH-Px), глутатіон-S-трансферази (GST) та супероксиддисмутази (SOD).

2.3. Введення метіоніну

Повідомляється, що добавки метіоніну пом'якшували пошкодження, спричинені АФК, збільшуючи активність GSH [24]. Цікаво, що обмеження метіоніну, яке обмежує добавки метіоніну в раціоні тварин, також повідомляє, що полегшує оксидантний стрес. Наприклад, обмеження метіоніну значно зменшує генерацію АФК у мітохондріях [25, 26]. Крім того, дефіцит метіоніну в дієтичній моделі спричиняє ряд пошкоджень організму, таких як патологія печінки [27], пригнічення росту епітелію кишечника [28], погіршення показників росту [29] тощо, тоді як надмірна добавка метіоніну може призвести до до отруєння метіоніном і навіть скоротити тривалість життя тварин [30]. Більше того, потреба в метіоніні на різних стадіях тварин є суперечливою. Таким чином, введення метіоніну для виробництва тварин є цінною темою дослідження.