D-аминокислота
Класс химических соединений
L -аминокислоты являются зеркальным отражением D -аминокислот, и наоборот. В этом примере аланин изображен в цвиттер-ионной форме при физиологическом pH .

D -аминокислоты — это аминокислоты , в которых стереогенный углерод альфа к аминогруппе имеет D -конфигурацию. Для большинства природных аминокислот этот углерод имеет L -конфигурацию. D -аминокислоты иногда встречаются в природе в виде остатков в белках. Они образуются из остатков D -аминокислот,полученных из рибосом . [1]

Аминокислоты, как компоненты пептидов, пептидных гормонов, структурных и иммунных белков, являются важнейшими биорегуляторами, участвующими во всех жизненных процессах наряду с нуклеиновыми кислотами, углеводами и липидами. «Считается, что ᴅ-аминокислоты окружающей среды происходят из органического диагенеза, такого как рацемизация и высвобождение из бактериальных клеточных стенок и даже из микробного производства». [2]

Открытие

Их открытие произошло в 1950-х годах. «Оклер и Паттон (1950) впервые сообщили об их присутствии в крови насекомых и моллюсков». [3] Они также были обнаружены в различных тканях млекопитающих. Два основных типа D -аминокислот, синтезируемых млекопитающими, — это D -аспарагиновая кислота ( D -Asp) и D -серин ( D -Ser). « D -Asp присутствует у позвоночных и беспозвоночных и участвует в развитии как нервной, так и эндокринной систем». [3] Огромное количество D -Ser также может быть обнаружено в мозге, где он играет значительную регуляторную роль в развитии «центральной нервной системы и тесно связан с обучением, памятью и поведением млекопитающих». Большое количество D -Ser также было «обнаружено в моче человека; он играет регуляторную роль в патогенной экспрессии генов в мочевой системе». [3] Кроме того, они также были замечены в определенных тканях некоторых морских беспозвоночных и «могут участвовать в регуляции осмотического давления». [3] Однако до сих пор неясно, поглощаются ли они из морской воды или производятся самими организмами. Они также были обнаружены в растениях. [3] Ряд D -аминокислот также ограничивают рост растений, «в то время как некоторые растения могут поглощать и метаболизировать или усваивать ᴅ-аминокислоты». [3]

Структура и общие свойства

L- и D -аминокислоты обычно являются энантиомерами. Исключением являются две аминокислоты с двумя стереогенными центрами, треонин и изолейцин . Помимо этих двух особых случаев, L- и D -аминокислоты обладают идентичными свойствами (цвет, растворимость, температура плавления) во многих условиях. Однако в биологическом контексте, который является хиральным, эти энантиомеры могут вести себя совершенно по-разному. Таким образом, D -аминокислоты имеют низкую пищевую ценность, отчасти потому, что они плохо усваиваются. [4]

Они содержат карбоксильную группу на одном конце и боковую цепочку на другом конце. Они также содержат аминогруппу и водородную группу на противоположных концах, в зависимости от того, какой энантиомер рассматривается. Они также достигают хирального углеродного центра. Вот почему молекулы могут существовать в различных стереоизомерных формах, и ориентация радикальных групп - это то, что отличается только между этими энантиомерами. D -глицеральдегид , с другой стороны, содержит карбонильную группу и гидроксильные (спиртовые) группы с хиральным углеродом в центре. Ориентация снова отличается для L -глицеральдегида .

Возникновение и использование

Несмотря на то, что D -аминокислоты являются минимальными компонентами живых организмов, они встречаются в широком диапазоне природных сред, таких как почвы, реки, озера, морские системы, снег и лед, аэрозоли и осадки. Они производятся несколькими морскими микробами, которые играют важную роль в циклах углерода и энергии в океане и вносят вклад в качестве источника углерода в океанический резервуар углерода. [2]

Остатки D -аминокислот встречаются в улитках-конусах и яде самцов утконоса . [5] [6] Они также являются распространенными компонентами пептидогликановых клеточных стенок бактерий, [7] а D -серин может действовать как нейротрансмиттер в мозге. [8] D -аминокислоты используются в рацемической кристаллографии для создания центросимметричных кристаллов, которые, в зависимости от белка, могут обеспечить более простое и надежное определение структуры белка. [9]

Грамицидин — это полипептид, состоящий из смеси D- и L -аминокислот. [10] Другими соединениями, содержащими D -аминокислоты, являются тироцидин и валиномицин . Эти соединения разрушают стенки бактериальных клеток, особенно грамположительных бактерий. По состоянию на 2011 год в базе данных Swiss-Prot[обновлять] было обнаружено только 837 D -аминокислот из 187 миллионов проанализированных аминокислот. [11]

Флуоресцентно меченые D -аминокислоты, а именно FDAA , использовались для маркировки in situ бактериального пептидогликана как у грамположительных, так и у грамотрицательных видов. [12] [13]

Бактерии иД-Аминокислоты

Бактерии, вероятно, обладают наибольшей способностью использовать D-аминокислоты. Известно, что они синтезируют более 10 видов D -аминокислот, чаще всего D -аланин и D -глутамат для сшивания внутри клеточной стенки пептидогликана. Кроме того, внеклеточные D -аминокислоты, высвобождаемые бактериями, также контролируют ремоделирование клеточной стенки бактерий и, более того, как полагают, функционируют среди бактерий, приспосабливаясь к часто меняющимся условиям. Помимо структурной функции в клеточной стенке бактерий, D -аминокислоты также связаны с приспособленностью к росту и с другими процессами, такими как развитие биопленки , прорастание спор и передача сигналов. [2] [3]

Биосинтез

По крайней мере два семейства ферментов преобразуют L -аминокислоты в D -аминокислоты. Рацемаза аминокислот , фермент, зависящий от PLP, рацемизирует аминокислоты посредством образования альфа-иминокислот, где стереогенный центр теряется. Оксидазы L -аминокислот преобразуют L -аминокислоты в α- кетокислоты , которые восприимчивы к восстановительному аминированию. Некоторые аминокислоты склонны к рацемизации, одним из примеров является лизин , который рацемизируется посредством образования пипеколиновой кислоты .

В пептидах остатки L -аминокислот медленно рацемизируются, что приводит к образованию некоторых остатков D -аминокислот. Рацемизация происходит посредством депротонирования метина, который является альфа-группой амидогруппы. Скорости увеличиваются с pH.

Многие D -аминокислоты, обнаруженные в высших организмах, получены из микробных источников. D -аланин в пептидогликанах, которые составляют стенки бактериальных клеток, помогает хозяину противостоять атакам протеолитических ферментов. Несколько антибиотиков , например, бацитрацин , содержат остатки D -аминокислот. [4]

Предыдущие исследования

Phaeobacter sp. JL2886, глубоководный штамм, который был изолирован в 2012 году из осадка, который находился на глубине 2000 м в Южно-Китайском море, «был проанализирован на предмет его полной последовательности генома». В другом исследовании из 56 осадков, собранных из глубокого моря (диапазон глубины 800–1500 м), были выделены «28 утилизаторов ᴅ-аминокислот» в заливе Сагами, Япония. [2] Также были предприняты независимые попытки изолировать микроорганизмы, которые растут более здоровыми из-за D -аминокислот. Большинство проводимых исследований и экспериментов обычно также используют в основном D -аланин, D -аспартат и D -глутамат, поскольку они обозначают наиболее распространенные D -аминокислоты, встречающиеся в живых организмах. Более того, они также служат источниками азота для многих фундаментальных процессов, происходящих в океане. [2]

Ссылки

  1. ^ Genchi G (сентябрь 2017 г.). «Обзор D-аминокислот». Аминокислоты . 49 (9): 1521– 1533. doi :10.1007/s00726-017-2459-5. PMID  28681245. S2CID  3998765.
  2. ^ abcde Наганума, Такеши; Иинума, Ёсиакира; Нишиваки, Хитоми; Мурасе, Рёта; Масаки, Кадзуо; Накаи, Рёске (2018). «Усиленный рост бактерий и экспрессия генов дегидрогеназы D-аминокислот с D-глутаматом в качестве единственного источника углерода». Границы микробиологии . 9 : 2097. doi : 10.3389/fmicb.2018.02097 . ISSN  1664-302X. ПМК 6131576 . ПМИД  30233558. 
  3. ^ abcdefg Чжан, Цзылянь; Чжэн, Цян; Цзяо, НяньЧжи (01 января 2016 г.). «Микробные D-аминокислоты и хранение морского углерода». Наука Китай Науки о Земле . 59 (1): 17–24 . Бибкод : 2016ScChD..59...17Z. doi : 10.1007/s11430-015-5155-x. ISSN  1869-1897. S2CID  87038507.
  4. ^ ab Friedman M (сентябрь 1999). «Химия, питание и микробиология D-аминокислот». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 47 (9): 3457–79 . doi :10.1021/jf990080u. PMID  10552672.
  5. ^ Torres, AM; Menz, I.; Alewood, PF; Bansal, P.; Lahnstein, J.; Gallagher, CH; Kuchel, PW (2002). «Остаток D-аминокислоты в натрийуретическом пептиде C-типа из яда млекопитающего Ornithorhynchus anatinus , австралийского утконоса». FEBS Letters . 524 ( 1– 3): 172– 6. doi :10.1016/S0014-5793(02)03050-8. PMID  12135762.
  6. ^ Писаревич К, Мора Д, Пфлюгер ФК, Филдс ГБ, Мари Ф (май 2005). «Полипептидные цепи, содержащие D-гамма-гидроксивалин». Журнал Американского химического общества . 127 (17): 6207– 15. doi :10.1021/ja050088m. PMID  15853325.
  7. ^ van Heijenoort J (март 2001 г.). «Формирование гликановых цепей при синтезе бактериального пептидогликана». Гликобиология . 11 (3): 25R – 36R . doi : 10.1093/glycob/11.3.25R . PMID  11320055. S2CID  46066256.
  8. ^ Wolosker H, Dumin E, Balan L, Foltyn VN (июль 2008 г.). «D-аминокислоты в мозге: D-серин в нейротрансмиссии и нейродегенерации». Журнал FEBS . 275 (14): 3514– 26. doi : 10.1111/j.1742-4658.2008.06515.x . PMID  18564180. S2CID  25735605.
  9. ^ Matthews BW (июнь 2009 г.). «Рацемическая кристаллография — простые кристаллы и простые структуры: что не нравится?». Protein Science . 18 (6): 1135– 8. doi :10.1002/pro.125. PMC 2774423. PMID  19472321 . 
  10. ^ Ketchem RR, Hu W, Cross TA (сентябрь 1993 г.). «Высокоразрешающая конформация грамицидина А в липидном бислое с помощью твердотельного ЯМР». Science . 261 (5127): 1457– 60. Bibcode :1993Sci...261.1457K. doi :10.1126/science.7690158. PMID  7690158.
  11. ^ Khoury GA, Baliban RC, Floudas CA (сентябрь 2011 г.). "Статистика посттрансляционных модификаций по всему протеому: частотный анализ и курирование базы данных swiss-prot". Scientific Reports . 1 (90): 90. Bibcode :2011NatSR...1E..90K. doi :10.1038/srep00090. PMC 3201773 . PMID  22034591. 
  12. ^ Kuru E, Hughes HV, Brown PJ, Hall E, Tekkam S, Cava F и др. (декабрь 2012 г.). «In Situ зондирование недавно синтезированного пептидогликана в живых бактериях с помощью флуоресцентных D-аминокислот». Angewandte Chemie . 51 (50): 12519– 23. doi :10.1002/anie.201206749. PMC 3589519 . PMID  23055266. 
  13. ^ Сюй Ю.П., Риттикьер Дж., Куру Э., Яблоновски Дж., Пасчак Э., Теккам С. и др. (сентябрь 2017 г.). «Полная цветовая палитра флуоресцентных d-аминокислот для маркировки клеточных стенок бактерий in situ». Химическая наука . 8 (9): 6313–6321 . doi : 10.1039/C7SC01800B. ПМЦ 5628581 . ПМИД  28989665. 
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=D-Amino_acid&oldid=1255927640"