D -аминокислота

ᴅ-Аминокислоты — это аминокислоты , в которых стереогенный альфа-углерод аминогруппы имеет ᴅ-конфигурацию. Для большинства встречающихся в природе аминокислот этот углерод имеет ʟ-конфигурацию. ᴅ-Аминокислоты иногда встречаются в природе в виде остатков в белках. Они образуются из остатков ᴅ-аминокислот рибосомного происхождения. ^{[ 1 ]}

Аминокислоты, как компоненты пептидов, пептидных гормонов, структурных и иммунных белков, являются важнейшими биорегуляторами, участвующими во всех процессах жизнедеятельности наряду с нуклеиновыми кислотами, углеводами и липидами. «Считается, что ᴅ-аминокислоты, попадающие в окружающую среду, образуются в результате органического диагенеза, такого как рацемизация и высвобождение из стенок бактериальных клеток, и даже в результате 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 идентифицированы в различных тканях млекопитающих. Двумя основными типами ᴅ-аминокислот, синтезируемых млекопитающими и млекопитающими, являются ᴅ-аспарагиновая кислота (ᴅ-Asp) и ᴅ-серин (ᴅ-Ser). «ᴅ-Asp присутствует у позвоночных и беспозвоночных и участвует в развитии как нервной, так и эндокринной систем». ^{[ 3 ]} Огромное количество ᴅ-Ser также можно обнаружить в мозге, где он играет важную регуляторную роль в развитии «центральной нервной системы и тесно связан с обучением, памятью и поведением млекопитающих». Большое количество ᴅ-Ser также «обнаружено в моче человека; он играет регулирующую роль в экспрессии патогенных генов в мочевой системе». ^{[ 3 ]} Более того, они также были обнаружены в некоторых тканях некоторых морских беспозвоночных и «могут участвовать в регулировании осмотического давления». ^{[ 3 ]} Однако до сих пор неясно, поглощаются ли они из морской воды или производятся самими организмами. Они также были обнаружены у растений. ^{[ 3 ]} Ряд ᴅ-аминокислот также сдерживает рост растений, «в то время как некоторые растения могут поглощать и метаболизировать или ассимилировать ᴅ-аминокислоты». ^{[ 3 ]}

Структура и общие свойства

ʟ- и ᴅ-аминокислоты обычно являются энантиомерами. Исключением являются две аминокислоты с двумя стереогенными центрами — треонин и изолейцин . За исключением этих двух особых случаев, ʟ- и ᴅ-аминокислоты имеют идентичные свойства (цвет, растворимость, температура плавления) во многих условиях. Однако в биологическом контексте, который является хиральным, эти энантиомеры могут вести себя совершенно по-разному. Таким образом, ᴅ-аминокислоты имеют низкую пищевую ценность, отчасти потому, что они плохо перевариваются. ^{[ 4 ]}

Они содержат карбоксильную группу на одном конце и группу боковой цепи на другом конце. Они также содержат аминную и водородную группы на противоположных концах, в зависимости от того, на какой энантиомер смотреть. Они также достигают хирального углеродного центра. Вот почему молекулы могут существовать в разных стереоизомерных формах, а между этими энантиомерами различна только ориентация радикальных групп. С другой стороны, ᴅ-глицеральдегид содержит карбонильную группу и гидроксильные (спиртовые) группы с хиральным углеродом в центре. Ориентация снова иная для ʟ-глицеральдегида.

Возникновение и использование

Несмотря на то, что ᴅ-аминокислоты являются минимальным компонентом 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 углеродном и энергетическом циклах океана и служат источником углерода для океанического резервуара углерода. ^{[ 2 ]}

Остатки ᴅ-аминокислот встречаются в конусных улитках и яде самцов утконоса . ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} Они также являются обильными компонентами пептидогликановых клеточных стенок бактерий. ^{[ 7 ]} а ᴅ-серин может действовать как нейромедиатор в мозге. ^{[ 8 ]} ᴅ-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 представляет собой полипептид, состоящий из смеси ᴅ- и ʟ-аминокислот. ^{[ 10 ]} Другими соединениями, содержащими ᴅ-аминокислоты, являются тироцидин и валиномицин . Эти соединения разрушают клеточные стенки бактерий, особенно грамположительных бактерий. По состоянию на 2011 год ^[update] было обнаружено только 837 ᴅ-аминокислот В базе данных Swiss-Prot из 187 миллионов проанализированных аминокислот. ^{[ 11 ]}

Флуоресцентно меченные ᴅ-аминокислоты, а именно FDAA , использовались для мечения in situ бактериального пептидогликана как у грамположительных, так и у грамотрицательных видов. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Бактерии и ᴅ-аминокислоты

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

Биосинтез

По крайней мере два семейства ферментов преобразуют ʟ-аминокислоты в ᴅ-аминокислоты. Аминокислотная рацемаза , PLP-зависимый фермент, рацемизирует аминокислоты посредством образования альфа-иминокислот, при этом стереогенный центр теряется. Оксидазы ʟ-аминокислот превращают ʟ-аминокислоты в 𝛼- кетокислоты , которые подвержены восстановительному аминированию. Некоторые аминокислоты склонны к рацемизации, например, лизин , который рацемизируется посредством образования пипеколевой кислоты .

В пептидах остатки ᴅ-аминокислот медленно рацемизуются, что приводит к образованию некоторых остатков ᴅ-аминокислот. Рацемизация происходит за счет депротонирования метина, который является альфа-группой амидо. Скорость увеличивается с ростом pH.

Многие ᴅ-аминокислоты, обнаруженные в высших организмах, происходят из микробных источников. ᴅ-аланин в пептидогликанах, составляющих стенки бактериальных клеток, помогает хозяину противостоять атаке протеолитических ферментов. Некоторые антибиотики , например бацитрацин , содержат остатки ᴅ-аминокислот. ^{[ 4 ]}

Предыдущие исследования

Феобактер сп. JL2886, глубоководный штамм, который был выделен в 2012 году из отложений на глубине 2000 м в Южно-Китайском море, «был проанализирован на предмет всей последовательности его генома». В другом исследовании из 56 отложений, собранных на глубоководных участках моря (диапазон глубин 800–1500 м), были выделены «28 утилизаторов ᴅ-аминокислот» в заливе Сагами, Япония. ^{[ 2 ]} Также были предприняты независимые попытки изолировать микроорганизмы, которые становятся более здоровыми благодаря ᴅ-аминокислотам. В большинстве проводимых исследований и экспериментов обычно также используются в основном ᴅ-аланин, ᴅ-аспартат и ᴅ-глутамат, поскольку они обозначают наиболее распространенные ᴅ-аминокислоты, обнаруженные в живых организмах. Более того, они также служат источниками азота для многих фундаментальных процессов, происходящих в океане. ^{[ 2 ]}

Ссылки

^ Генчи Г (сентябрь 2017 г.). «Обзор D-аминокислот». Аминокислоты . 49 (9): 1521–1533. дои : 10.1007/s00726-017-2459-5 . ПМИД 28681245 . S2CID 3998765 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Наганума, Такеши; Иинума, Иосия; 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 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г 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 . дои : 10.1007/s11430-015-5155-x . ISSN 1869-1897 . S2CID 87038507 .
^ Jump up to: ^а ^б Фридман М. (сентябрь 1999 г.). «Химия, питание и микробиология D-аминокислот». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 47 (9): 3457–79. дои : 10.1021/jf990080u . ПМИД 10552672 .
^ Торрес, AM; Менц, И.; Алвуд, ПФ; Бансал, П.; Ланштайн, Дж.; Галлахер, Швейцария; Кучел, PW (2002). «Остаток D-аминокислоты в натрийуретическом пептиде С-типа из яда млекопитающего Ornithorhynchus anatinus , австралийского утконоса». Письма ФЭБС . 524 (1–3): 172–6. дои : 10.1016/S0014-5793(02)03050-8 . ПМИД 12135762 .
^ Писаревич К., Мора Д., Пфлюгер ФК, Филдс ГБ, Мари Ф (май 2005 г.). «Полипептидные цепи, содержащие D-гамма-гидроксивалин». Журнал Американского химического общества . 127 (17): 6207–15. дои : 10.1021/ja050088m . ПМИД 15853325 .
^ ван Хейеноорт Дж. (март 2001 г.). «Образование гликановых цепей при синтезе бактериального пептидогликана» . Гликобиология . 11 (3): 25П–36П. дои : 10.1093/гликоб/11.3.25R . ПМИД 11320055 . S2CID 46066256 .
^ Волоскер Х., Думин Э., Балан Л., Фолтын В.Н. (июль 2008 г.). «D-аминокислоты в мозге: D-серин в нейротрансмиссии и нейродегенерации» . Журнал ФЭБС . 275 (14): 3514–26. дои : 10.1111/j.1742-4658.2008.06515.x . ПМИД 18564180 . S2CID 25735605 .
^ Мэтьюз BW (июнь 2009 г.). «Рацемическая кристаллография — простые кристаллы и простые структуры: что может не нравиться?» . Белковая наука . 18 (6): 1135–8. дои : 10.1002/pro.125 . ПМЦ 2774423 . ПМИД 19472321 .
^ Кетчем Р.Р., Ху В., Кросс Т.А. (сентябрь 1993 г.). «Конформация грамицидина А в липидном бислое с помощью твердотельного ЯМР». Наука . 261 (5127): 1457–60. Бибкод : 1993Sci...261.1457K . дои : 10.1126/science.7690158 . ПМИД 7690158 .
^ Хури Г.А., Балибан Р.С., Флудас, Калифорния (сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционных модификаций всего протеома: частотный анализ и курирование базы данных Swiss-Prot» . Научные отчеты . 1 (90): 90. Бибкод : 2011НатСР...1Е..90К . дои : 10.1038/srep00090 . ПМК 3201773 . ПМИД 22034591 .
^ Куру Э., Хьюз Х.В., Браун П.Дж., Холл Э., Теккам С., Кава Ф. и др. (декабрь 2012 г.). «Зондирование in situ вновь синтезированного пептидогликана в живых бактериях с помощью флуоресцентных D-аминокислот» . Ангеванде Хеми . 51 (50): 12519–23. дои : 10.1002/anie.201206749 . ПМЦ 3589519 . ПМИД 23055266 .
^ Сюй Ю.П., Риттикье Дж., Куру Э., Яблоновски Дж., Пасчак Э., Теккам С. и др. (сентябрь 2017 г.). «Полная цветовая палитра флуоресцентных d-аминокислот для in situ маркировки клеточных стенок бактерий » . Химическая наука . 8 (9): 6313–6321. дои : 10.1039/C7SC01800B . ПМЦ 5628581 . ПМИД 28989665 .

[1] Генчи Г (сентябрь 2017 г.). «Обзор D-аминокислот». Аминокислоты . 49 (9): 1521–1533. дои : 10.1007/s00726-017-2459-5 . ПМИД 28681245 . S2CID 3998765 .

[Naganuma_2018-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Наганума, Такеши; Иинума, Иосия; 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 .

[Zhang_2016-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г 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 . дои : 10.1007/s11430-015-5155-x . ISSN 1869-1897 . S2CID 87038507 .

[AgChem-4] Jump up to: ^а ^б Фридман М. (сентябрь 1999 г.). «Химия, питание и микробиология D-аминокислот». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 47 (9): 3457–79. дои : 10.1021/jf990080u . ПМИД 10552672 .

[5] Торрес, AM; Менц, И.; Алвуд, ПФ; Бансал, П.; Ланштайн, Дж.; Галлахер, Швейцария; Кучел, PW (2002). «Остаток D-аминокислоты в натрийуретическом пептиде С-типа из яда млекопитающего Ornithorhynchus anatinus , австралийского утконоса». Письма ФЭБС . 524 (1–3): 172–6. дои : 10.1016/S0014-5793(02)03050-8 . ПМИД 12135762 .

[6] Писаревич К., Мора Д., Пфлюгер ФК, Филдс ГБ, Мари Ф (май 2005 г.). «Полипептидные цепи, содержащие D-гамма-гидроксивалин». Журнал Американского химического общества . 127 (17): 6207–15. дои : 10.1021/ja050088m . ПМИД 15853325 .

[7] ван Хейеноорт Дж. (март 2001 г.). «Образование гликановых цепей при синтезе бактериального пептидогликана» . Гликобиология . 11 (3): 25П–36П. дои : 10.1093/гликоб/11.3.25R . ПМИД 11320055 . S2CID 46066256 .

[8] Волоскер Х., Думин Э., Балан Л., Фолтын В.Н. (июль 2008 г.). «D-аминокислоты в мозге: D-серин в нейротрансмиссии и нейродегенерации» . Журнал ФЭБС . 275 (14): 3514–26. дои : 10.1111/j.1742-4658.2008.06515.x . ПМИД 18564180 . S2CID 25735605 .

[9] Мэтьюз BW (июнь 2009 г.). «Рацемическая кристаллография — простые кристаллы и простые структуры: что может не нравиться?» . Белковая наука . 18 (6): 1135–8. дои : 10.1002/pro.125 . ПМЦ 2774423 . ПМИД 19472321 .

[10] Кетчем Р.Р., Ху В., Кросс Т.А. (сентябрь 1993 г.). «Конформация грамицидина А в липидном бислое с помощью твердотельного ЯМР». Наука . 261 (5127): 1457–60. Бибкод : 1993Sci...261.1457K . дои : 10.1126/science.7690158 . ПМИД 7690158 .

[11] Хури Г.А., Балибан Р.С., Флудас, Калифорния (сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционных модификаций всего протеома: частотный анализ и курирование базы данных Swiss-Prot» . Научные отчеты . 1 (90): 90. Бибкод : 2011НатСР...1Е..90К . дои : 10.1038/srep00090 . ПМК 3201773 . ПМИД 22034591 .

[12] Куру Э., Хьюз Х.В., Браун П.Дж., Холл Э., Теккам С., Кава Ф. и др. (декабрь 2012 г.). «Зондирование in situ вновь синтезированного пептидогликана в живых бактериях с помощью флуоресцентных D-аминокислот» . Ангеванде Хеми . 51 (50): 12519–23. дои : 10.1002/anie.201206749 . ПМЦ 3589519 . ПМИД 23055266 .

[13] Сюй Ю.П., Риттикье Дж., Куру Э., Яблоновски Дж., Пасчак Э., Теккам С. и др. (сентябрь 2017 г.). «Полная цветовая палитра флуоресцентных d-аминокислот для in situ маркировки клеточных стенок бактерий » . Химическая наука . 8 (9): 6313–6321. дои : 10.1039/C7SC01800B . ПМЦ 5628581 . ПМИД 28989665 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]