Rezistența la oxidare a aminoacizilor de sulf metionină și cisteină
1 Laborator cheie al proceselor agroecologice în regiunea subtropicală, Institutul de agricultură subtropicală, Academia chineză de științe, Laboratorul național de inginerie pentru controlul poluării și utilizarea deșeurilor în producția de animale și păsări, Changsha, Hunan 410125, China
2 Universitatea Academiei de Științe din China, Beijing 10049, China
Abstract
Aminoacizii de sulf sunt un fel de aminoacizi care conțin sulfhidril și joacă un rol crucial în structura proteinelor, metabolismul, imunitatea și oxidarea. Revizuirea noastră demonstrează efectul rezistenței la oxidare a metioninei și cisteinei, doi dintre cei mai reprezentativi aminoacizi de sulf și a metaboliților acestora. Metionina și cisteina sunt extrem de sensibile la aproape toate formele de specii reactive de oxigen, ceea ce le face antioxidante. Mai mult, metionina și cisteina sunt precursori ai S-adenosilmetioninei, hidrogenului sulfurat, taurinei și glutationului. S-a raportat că aceste produse ameliorează stresul oxidant indus de diverși oxidanți și protejează țesutul de deteriorări. Cu toate acestea, deficiența și excesul de metionină și cisteină din dietă afectează creșterea normală a animalelor; prin urmare, este important un nou studiu privind definirea nivelurilor adecvate de aport de metionină și cisteină.
1. Introducere
Aminoacizii de sulf (SAA) sunt un fel de aminoacizi care conțin sulfhidril. Dintre SAA, metionina și cisteina sunt considerate drept SAA primare. Metionina este un aminoacid indispensabil la mamifere, deoarece nu poate fi sintetizat în cantități suficiente pentru a menține creșterea normală a mamiferelor. Cu toate acestea, cisteina este un aminoacid semi-esențial la mamifere, deoarece cisteina poate fi produsă pe calea transsulfurării de la degradarea L-metioninei. Astfel, conținutul de metionină și cisteină este considerat a reprezenta cerința SAA în dieta mamiferelor. Dovezi din ce în ce mai mari arată că SAA joacă un rol crucial în structura proteinelor, metabolismul, imunitatea și oxidarea [1-4]. Ei exercită funcții importante prin metaboliții lor, cum ar fi S-adenosilmetionina (SAM), poliamine, taurină și glutation (GSH) (Figura 1).
Homeostazia redox este premisa menținerii echilibrului homeostatic al organismului și depinde în mare măsură de echilibrul sistemului prooxidativ și antioxidant [5, 6]. Speciile reactive de oxigen (ROS) sunt un factor major în formarea daunelor oxidative, deoarece ROS poate oxida biomoleculele (inclusiv lipidele, proteinele și ADN-ul) cu ușurință și astfel afectează sistemul antioxidant și provoacă stres oxidativ [7, 8]. Prin urmare, antioxidarea SAA-urilor atrage treptat interesul oamenilor, iar cercetătorii au făcut multe cercetări pe această temă [9, 10]. Un număr mare de cercetări raportează că ASA au o acțiune de atenuare asupra diferitelor modele de stres oxidant, precum diabetul [11, 12], infecția cu HIV [13] și îmbătrânirea [14]. Astfel, analiza noastră reorganizează și evidențiază efectul antioxidant al două SAA principale (metionină și cisteină).
2. Metionina
În structura proteinelor, toate reziduurile de aminoacizi sunt predispuse să fie oxidate de forme diversificate de ROS, în special reziduuri de metionină, deoarece sunt sensibile la aproape toate formele de ROS și oxidarea reziduurilor de metionină este reversibilă [15]. Este principalul motiv pentru care metionina are capacitatea de a rezista la oxidare.
2.1. Ciclul de reducere a oxidării metioninei
Reziduurile de metionină sunt extrem de sensibile la ROS și sunt predispuse să se combine cu ROS și apoi să se transforme în metionină sulfoxid (MetO); astfel ROS își pierde activitatea. Produsul de reacție al MetO este un amestec care constă din cei doi stereoizomeri, MetO-S și MetO-R. MetO-S și MetO-R pot fi reduse la metionină prin tioredoxină [Th (SH) 2] prin cataliza metioninei sulfoxid reductazelor A (MsrA) și a metioninei sulfoxid reductazelor B (MsrB), respectiv (Figura 2). Fiecare ciclu de oxidare și reducere a reziduurilor de metionină va elimina substanțele periculoase (de exemplu, hidroperoxid, hipoclor, ozon și peroxid lipidic), care ar putea reprezenta un sistem natural major de eliminare a substanțelor periculoase.
MrsA și MsrB sunt considerate drept mecanismele de apărare antioxidante finale, deoarece sunt responsabile de reducerea MetO [16]. Multe experimente pe diferite obiecte au evidențiat faptul că nivelul MsrA este corelat cu eliminarea daunelor oxidative acumulate [17-19]. Marchetti și colab. [20] a propus că reducerea nivelurilor de MsrA a cauzat acumularea de ROS în celula cristalinului uman. Mai mult, Yermolaieva și colegii săi [21] au constatat că supraexprimarea MsrA a redus semnificativ creșterea indusă de hipoxie a ROS și a menținut creșterea normală a celulelor PC12. MrsB a fost descoperit doar pentru o scurtă perioadă de timp [22], iar funcția sa principală era acum cunoscută pentru a reduce MetO oxidat împreună cu MsrA. Celelalte funcții ale MsrB rămân pentru explorarea ulterioară.
2.2. SAM
SAM este produsul direct al metioninei în cataliza prin metionină adenosiltransferază (MAT) și este bine cunoscut ca donator de metil pentru majoritatea metiltransferazelor care modifică ADN, ARN și alte proteine. SAM exercită capacitatea antioxidantă pe această cale: SAM crește activitatea cistationinei γ-sintaza (CBS), care este enzima primară în transsulfurare și contribuie la sinteza cisteinei, crescând astfel nivelul GSH. Multe studii arată că administrarea SAM ameliorează stresul oxidant și restabilește țesuturile. De exemplu, Li și colab. [23] a constatat că administrarea SAM protejează celulele și inhibă stresul oxidativ indus de amiloid-β, și activează sistemul antioxidant endogen prin restabilirea raportului normal GSH/GSSG și creșterea activităților de glutation peroxidază (GSH-Px), glutation-S-transferază (GST) și superoxid dismutază (SOD).
2.3. Administrarea de metionină
Se raportează că suplimentarea cu metionină a atenuat daunele induse de ROS prin creșterea activității GSH [24]. În mod interesant, restricția de metionină, care restricționează suplimentarea cu metionină în dieta animalelor, este, de asemenea, raportată pentru a atenua stresul oxidant. De exemplu, restricția metioninei reduce semnificativ generarea de mitocondria ROS [25, 26]. În plus, deficiența de metionină într-un model dietetic provoacă o serie de leziuni ale corpului, cum ar fi patologia hepatică [27], suprimarea creșterii epiteliale intestinale [28], afectarea performanței de creștere [29] și așa mai departe, în timp ce metionina excesivă suplimentarea poate duce la otrăvirea cu metionină și chiar poate scurta durata de viață a animalelor [30]. Mai mult, cerința de metionină în diferite etape ale animalelor este discrepanță. Astfel, administrarea metioninei pentru producția animală este un subiect valoros de cercetare.