معلومة

ما هي وظيفة البروتياز السيستين والسيستين والسيستين؟

ما هي وظيفة البروتياز السيستين والسيستين والسيستين؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أنا لست عالم أحياء ، ولدي سؤال بيولوجي على الأرجح غبي. لسبب ما ، أحتاج إلى فهم وظيفة جين CTNS ، وإليك تعريفها:

"يقوم هذا الجين بتشفير بروتين مجال ذو سبعة غشاء يعمل على نقل السيستين من الجسيمات الحالة.

لم أكن أعرف ما هو السيستين ، وعندما راجعت ويكيبيديا ، رأيت ذلك "السيستين هو الشكل الثنائي المؤكسد للحمض الأميني السيستين."

ما أفهمه هو أن الليزوزومات تهضم ببتيدًا أكبر ، ويتم تكوين السيستين نتيجة لذلك ، ويتم إخراجها من الجسيمات بواسطة الإنزيم المنتج بفضل الجين CTNS. سؤالي هو ، أين يذهب السيستين وما هو استخدامه بعد مغادرة الجسيمات الحالة؟ وهل تم تقسيمه أكثر إلى مونومرات السيستين؟

قرأت أيضًا عن مصطلح "بروتياز السيستين". ما علاقتها بالسيستين؟


لست متأكدًا من مستوى التفاصيل التي يجب أن أجيب عليها عن هذا السؤال ، لكنني سأحاول أن أقدم لك أكبر قدر ممكن من المعلومات التي أعتقد أنها ستكون ذات صلة ... مهما كان ما تفعله.

بروتياز السيستين

هي فئة من الإنزيمات التي تحلل البروتينات ، وتستخدم بقايا السيستين كجزء من آليتها التحفيزية.

سيستين

هو ، كما قلت ، ديمر سيستين ... وهو ما يعني في الأساس سيستين عالقون معًا.

غالبًا ما تتشكل في خطوات وسيطة لآلية تحفيز سيستين بروتياز.

ولكن أيضًا ، أثناء تحلل البروتين داخل الليزوزوم ، يمكن إطلاق السيستين كجزيء حر. عندما يحدث هذا ، سيتم نقله إلى السيتوبلازم ، ليتم معالجته عبر مسارات الابتنائية إلى منتجات مختلفة ، مثل الجلوتاثيون (أحد مضادات الأكسدة).


لذا ، فإن وظيفة البروتين الناقل المكون من سبعة أغشية (7TM) هي:

لإتاحة الوصول إلى الخلية ، فإن منتجات البروتينات المهضومة (أو ، أحماض أمينية).


السيستين هو حمض أميني. السيستين هو أيضًا حمض أميني. كل هذه يمكن أن تستخدمها الخلية لإنشاء جزيئات جديدة ، مثل البروتينات ، أو مضادات الأكسدة ، أو الفيتامينات أو العوامل المساعدة ، إلخ.، الكثير من الأشياء. ويمكن بالفعل تقسيمها إلى السيستين.

تتمثل وظيفة جين CTNS في تزويد الخلية بالمعلومات الجينية المستخدمة في تصنيع البروتين الناقل 7TM.


يتم الحفاظ على العصارة الخلوية كبيئة مختزلة وبالتالي يتم كسر ثاني كبريتيد بسهولة. يمكن بعد ذلك استقلاب السيستين الناتج في عدد من المسارات:


ما هي وظيفة سيستين ، سيستين ، وسيستين بروتياز؟ - مادة الاحياء

السيستين هو حمض أميني يحتوي على الكبريت ومكون هيكلي ووظيفي مهم للبروتينات والإنزيمات.

يُعزى نشاط الجلوتاثيون المضاد للأكسدة (GSH) تحديدًا إلى وجود هذا الحمض الأميني وتوافره.

لا يمكن استخدام الجلوتاثيون الفموي بشكل فعال لبناء الجلوتاثيون في الخلايا (التفاصيل موجودة على صفحتنا الجلوتاثيون الفموي). يحتاج الجسم إلى ثلاثة أحماض أمينية - الجلوتامات والجليسين والسيستين - من أجل تصنيع الجلوتاثيون بمفرده داخل الخلية.

ما أهمية السيستين؟

يرمز الحرف "SH" في اختصار الجلوتاثيون "GSH" إلى مجموعة الكبريت الكبريتية النشطة للغاية. السيستين هو حمض أميني يحتوي على الكبريت يساهم في مجموعة السلفهيدريل في جزيء الجلوتاثيون. هذا يجعل السيستين هو الأكثر أهمية من بين اللبنات الأساسية الثلاثة للجلوتاثيون.

هذا يعني أن مستوى السيستين في نظامك هو العامل المحدد في مدى سرعة إنتاج الجلوتاثيون ومقدار ما يمكنك صنعه منه.

عندما تحتوي الخلايا على السيستين فإنها تكون قادرة على تصنيع الجلوتاثيون. قد تؤدي المستويات المنخفضة من هذا الحمض الأميني المهم للغاية إلى تقليل قدرتك على منع ضرر الجذور الحرة وقد يؤدي إلى ضعف وظيفة الجهاز المناعي.

لسوء الحظ ، يوجد نقص في السيستين في العديد من الأنظمة الغذائية. بالإضافة إلى الكميات المنخفضة من السيستين الموجود في وجباتنا الغذائية ، فقط السيستين في شكل معين يمكن أن يدخل الخلية بالفعل.

من أجل تحديد أفضل مصدر للسيستين لبناء الجلوتاثيون داخل الخلايا ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على مصادر هذا الحمض الأميني المهم وكيف يستخدمها الجسم.

السيستين الذي ينتجه الجسم

يمكن لجسمك أن ينتج بعض السيستين من تلقاء نفسه من حمض أميني آخر - الميثيونين ، وهو أيضًا حمض أميني يحتوي على الكبريت. الميثيونين هو حمض أميني أساسي ، مما يعني أنه لا ينتجه الجسم ولكنه يأتي من النظام الغذائي فقط.

المصادر الغذائية للميثيونين هي: جميع اللحوم والدواجن والأسماك والبيض ومنتجات الألبان والكينوا والحنطة السوداء وبذور السمسم والمكسرات البرازيلية وسبيرولينا الجافة بدرجة أقل. بينما يمكن العثور على الميثيونين في الأطعمة الأخرى أيضًا ، مثل الفاصوليا والبقوليات ، فإن كمية الميثيونين منخفضة جدًا بحيث لا تكون ذات فائدة لإنتاج السيستين بشكل كبير وفي النهاية إنتاج الجلوتاثيون لصحتك المناعية.

إن عملية تحويل الميثيونين إلى سيستين هي عملية متعددة الخطوات ومعقدة للغاية وتتطلب وجود بعض الإنزيمات وفيتامينات ب. أي نقص بسيط في هذه السلسلة الطويلة من الأحداث المعقدة ، من الاستهلاك إلى ما يكفي من الجلوتاثيون لتقوية جهاز المناعة ، ويتبقى لديك جهاز مناعي ضعيف يفتقر إلى الجلوتاثيون الكافي لحدوث استنساخ الخلايا التائية المتعددة.

يمكن أن تتعطل عملية تحويل الميثيونين إلى سيستين بعدد من الأشياء. تعتبر أمراض الكبد وضعف التمثيل الغذائي من أكثر الأمراض التي تعرقل هذه العملية ، وهذه العملية غير موجودة تمامًا عند الأطفال حديثي الولادة. لحسن حظ الأطفال ، فإن حليب الأم مليء بالسيستين المرتبط بالكبريت (مزيد من التفاصيل في الفقرة التالية).

يمكن استخدام بعض السيستين الذي يتم إنتاجه من الميثيونين لتصنيع الجلوتاثيون داخل الخلايا. لسوء الحظ، يتحول الميثيونين أيضًا إلى هوموسيستين في الجسم. تم تحديد الهوموسيستين كعامل خطر كبير لتصلب الشرايين (تصلب الشرايين). لهذا السبب لا يمكن اعتبار الميثيونين المصدر الرئيسي للسيستين لبناء الجلوتاثيون ، ويجب تجنب الميثيونين التكميلي (L-methionine).

السيستين من مصادر الغذاء

يوجد السيستين في جميع الأطعمة الغنية بالبروتين: جميع اللحوم والدواجن ومنتجات الألبان والبيض والكينوا والحنطة السوداء.

يمكن العثور على كميات صغيرة من السيستين في مصادر نباتية أخرى: البروكلي ، وبراعم بروكسل ، والفلفل الأحمر والأصفر ، والبصل ، والثوم.

يرتبط السيستين في الطعام بجزيئات البروتين بواسطة روابط أميد (ببتيد). درجات الحرارة المرتفعة أثناء الطهي تكسر هذه الروابط وتدمر النشاط الحيوي للسيستين.

إذا تم استهلاك المصادر النباتية للسيستين الخام ، فإن أحماض المعدة القاسية تكسر هذه الروابط. يتم اختطاف السيستين الحر من قبل بكتيريا المعدة والأمعاء (يحتاجون إليه أيضًا!) ، أو إذا نجا السيستين الحر من الرحلة إلى مجرى الدم ، فلن يتمكن من دخول الخلايا.

لكي يتجاوز السيستين أحماض المعدة ، يجب على المرء أن يأكل حوالي 50 رطلاً. من الخضار النيئة في اليوم ، أو - 4-5 أرطال. من اللحوم النيئة ، وهو أمر غير وارد.

دراسة "خاصية التحسين المناعي لبروتين مصل اللبن الغذائي في الفئران: دور الجلوتاثيون" بقيادة الدكتور بونوس والدكتور باتيست ونشرت في الطب السريري والاستقصائي أظهر أن الفئران التي تغذت على السيستين الغذائي (المجاني) لم تظهر أي استجابة مناعية إيجابية.

"يواجه السيستين صعوبة في النجاة من الرحلة من فمك إلى خلاياك ما لم يكن جزءًا من جزيء أو بروتين أكبر."
الدكتور جيمي جوتمان “الجلوتاثيون. مفتاحك للصحة "

وهناك مصدر غذائي واحد يتمتع بصفات مثيرة للاهتمام حيث يظل جزيء السيستين سليماً أثناء الهضم.

يحتوي حليب البقر الخام (أو بالأحرى مصل الحليب) على ثلاثة بروتينات عالية النشاط بيولوجيًا: اللاكتوفيرين وألبومين المصل وألفا لاكتالبومين. تحتوي هذه البروتينات على كميات استثنائية من السيستين. والأهم من ذلك ، في الشكل الذي يمكن أن يدخل الخلايا: كل جزيء سيستين مرتبط بجزيء سيستين آخر بواسطة رابطة أو جسر ثنائي كبريتيد:

هذه الوحدة المزدوجة تسمى الآن سيستين (لاحظ الاختلاف في الهجاء). يُنطق / sis-‘ta-yn /. يمكن للسيستين أن يدخل الخلية بسهولة حيث يتكسر مرة أخرى إلى جزيئين سيستين ويشارك في تكوين الجلوتاثيون.

روابط ثاني كبريتيد هشة للغاية ويمكن تغيير طبيعتها بسهولة عن طريق الضغط الحراري والميكانيكي. إن بسترة الحليب عدة مرات في درجات حرارة عالية قبل أن يصل إلى مائدتك ، وكذلك الإجهاد الميكانيكي أثناء الطرد المركزي ، يدمر هذه الروابط.

إنه يجعل السيستين من حليب السوبر ماركت (وجميع منتجات الألبان السائدة في هذا الشأن) عديم الفائدة تمامًا لبناء الجلوتاثيون. لقد تفوق البشر على أنفسهم من خلال تدمير مصدر الغذاء الوحيد القابل للتطبيق للسيستين. على مدى أجيال ، اعتاد الحليب غير المعالج والجبن والزبادي أن يكون مصادر أسلافنا لهذا العنصر الأساسي للجلوتاثيون.

"لذلك نزلت لإنقاذهم من أيدي المصريين وإخراجهم من تلك الأرض إلى أرض جيدة وواسعة ، أرض تتدفق حليب والعسل ... "
خروج 3: 8 ، يقول

يُعد بيع الحليب الخام بالتجزئة حاليًا قانونيًا فقط في 10 ولايات أمريكية ، مع وجود 4 ولايات أخرى تسمح باستهلاك الحيوانات الأليفة فقط.

للعثور على مزرعة ألبان خام بالقرب من مكان إقامتك ، قم بزيارة هذا محدد مزرعة الحليب الخام (ستفتح الصفحة في نافذة جديدة).

إذا كنت تعيش في ولاية بنسلفانيا ، نيو جيرسي ، منطقة ولاية نيويورك الثلاثية ، شرق أوهايو ، شمال ماريلاند ، شمال شرق فيرجينيا الغربية ، تحقق من
بقرة عائلتك - مزرعة اللحوم والألبان الخام التي يتم تغذيتها بالأعشاب والتي تقدم أطعمة لذيذة إلى العديد من مواقع نقاط الإسقاط في السلطة الفلسطينية على طول الحدود مع الولايات المذكورة أعلاه (يُحظر عليهم عبور الحدود بالحليب الخام). نقود أنا وزوجي لمدة 3 ساعات ذهابًا وإيابًا من نيوجيرسي إلى أقرب نقطة نزول في ستراودسبورغ ، بنسلفانيا كل شهر تقريبًا ونشتري الحليب الخام والجبن واللحوم الطازجة من هذه المزرعة. إنه جهد يستحق كل هذا العناء!

يزود الحليب الخام جسمك بالسيستين. ومع ذلك ، فإن 1-2 أكواب في اليوم لا تكفي لرفع مستويات الجلوتاثيون بشكل ملحوظ. للقيام بذلك ، يجب على المرء أن يشرب ما لا يقل عن 1-2 جالون في اليوم ، أو أكثر في حالة الإصابة بمرض خطير. ومع ذلك ، فهي طريقة رائعة لتزويد جسمك بسيستين إضافي بهذا الشكل الطبيعي الذي يمكن أن يدخل الخلايا بسهولة ويستخدم كحجر بناء للجلوتاثيون. لا يوجد طعام آخر قادر على فعل ذلك!

يحتوي حليب الثدي البشري على كميات كبيرة من اللاكتوفيرين وألبومين المصل وألفا لاكتالبومين بالإضافة إلى الغلوبولين المناعي الأخرى - لذلك فهو محمّل بالسيستين المرتبط. هذا هو أحد الأسباب التي تجعل حليب الأم من العوامل القوية لبناء جهاز المناعة للطفل ، ولماذا من المهم جدًا إرضاع طفلك. لن تزود أي تركيبة حليب أطفال سيستين مستعبدين لبناء الجلوتاثيون.

السيستين كملحق L- سيستين

يتوفر السيستين كمكمل من متاجر الأطعمة الصحية والصيدليات. عادة ما يسمى "L-cysteine" ، والجرعة الأكثر شيوعًا هي 500 مجم في شكل حبوب أو أقراص أو كبسولات.

لقد أثبت العلم أن السيستين التكميلي قد يرفع في الواقع الجلوتاثيون داخل الخلايا إلى درجة صغيرة ، خاصة في حالات استنفاد الجلوتاثيون الشديد.

ومع ذلك ، فإن السيستين كمكمل غذائي يمكن أن يعزز فرط سيستين الدم ويمكن أن يكون سامًا. امتصاصه في مجرى الدم محدود لأنه يتأكسد بسهولة في الجهاز الهضمي. تؤدي الأكسدة الإضافية في مجرى الدم إلى تكوين منتجات ثانوية قد تكون سامة ، وقد يحتوي بعضها على مادة مؤكسدة شديدة التفاعل - جذور الهيدروكسيل.

تؤدي سمية السيستين إلى عدد من الاضطرابات في الجسم ، من أمراض القلب إلى أمراض الكلى (الكلى). نظرًا لاحتمالية حدوث سمية السيستين ، ومستويات الهوموسيستين المفرطة وفرط السيستين في الدم ، لا يُنصح بتناول مكملات L-cysteine ​​دون إشراف صارم من طبيبك ، خاصةً إذا كانت هناك ظروف صحية أساسية.

بالإضافة إلى كونه مكملًا غذائيًا ، يستخدم L-cysteine ​​أيضًا في الخبز كمكيف للعجين - قد تجده في قوائم مكونات بعض الخبز التجاري والسلع المخبوزة الأخرى. كما أنه يستخدم كمُحسِّن للنكهة في كل من طعام الإنسان والحيوانات الأليفة (يساهم في نكهة اللحوم). يستخدم مشتق من L-cysteine ​​يسمى N-acethyl-cysteine ​​أو NAC على نطاق واسع كدواء - سنناقش NAC في الفقرة التالية.

يمكن أن يكون L-cysteine ​​من أصل اصطناعي وطبيعي. يتم تصنيع L-cysteine ​​الاصطناعية إما باستخدام المواد الكيميائية الصناعية التي تخضع للتحول الكيميائي الحيوي بمساعدة الإنزيمات ، أو من المواد الكيميائية باستخدام عملية التخمير الميكروبي.

نظرًا لأن تصنيع L-cysteine ​​الاصطناعي مكلف للغاية ، فإن L-cysteine ​​الطبيعي يستخدم على نطاق واسع. كيف صنعت؟ هذه العملية في الواقع جسيمة للغاية. نظرًا لوفرة السيستين بشكل طبيعي كمكوِّن هيكلي للكيراتين (بروتين يتكون منه الشعر) ، فإن L-cysteine ​​مصنوع من شعر الإنسان وريش البط والكتاكيت وشعيرات الخنازير. تأتي معظم إمدادات L-cysteine ​​من آسيا ، ومعظمها من الصين ، حيث يتم جمع الشعر من أرضيات محلات الحلاقة وتصفيف الشعر. ثم يتم غلي الشعر أو الريش إما في حمض الهيدروكلوريك المركز ومواد كيميائية أخرى ، أو في عملية مختلفة ، يتم وضعهم في مرق من بكتيريا الإشريكية القولونية غير المؤذية والسكريات والمعادن. المنتج النهائي لتكسر الشعر هو L-cysteine.

في السنوات الأخيرة ، بسبب القلق المتزايد من النباتيين والنباتيين والمجموعات الدينية المختلفة ، تم استخدام الريش في كثير من الأحيان أكثر من شعر الإنسان. ومع ذلك ، فإن التكلفة المجانية تقريبًا للشعر لن تسمح له بالاختفاء تمامًا من السوق.

وفقًا لإرشادات إدارة الأغذية والعقاقير (FDA) ، عند استخدام L-cysteine ​​كنكهة ، لا يلزم إدراجها في ملصقات الطعام. عندما يتعين تسميته ، لا يلزم ذكر المصدر. لمعرفة ما إذا كان L-cysteine ​​الاصطناعي أو الطبيعي قد تم استخدامه في طعامك ، يجب عليك الاتصال بالشركة المصنعة.

مصادر المعلومات (سيتم فتح كل منها في نافذة متصفح جديدة):

CYSTEINE كعقار NAC

يرمز NAC إلى N-acetyl-cysteine ​​(المعروف أيضًا باسم n-acetyl-l-cysteine). وهو نوع من L-cysteine ​​مع جزيء أسيتيل مرتبط به. هذا الاختلاف في التركيب الجزيئي يمكّن السيستين من البقاء على قيد الحياة في الجهاز الهضمي والدخول إلى الخلايا ، وبالتالي زيادة التوافر البيولوجي للسيستين ، وبعبارة أخرى - فائدة لبناء الجلوتاثيون.

لعدة عقود ، تم استخدام NAC كدواء فعال لتفتيت المخاط في رئتي مرضى الربو وانتفاخ الرئة والتهاب الشعب الهوائية المزمن والتليف الكيسي. هذا الدواء هو عنصر نشط في أجهزة الاستنشاق.

هناك تطبيق آخر لـ NAC ، عادة عن طريق الوريد ، في غرف الطوارئ بالمستشفى لعلاج حالات جرعة زائدة من عقار الاسيتامينوفين (تايلينول). يتم استخدامه لرفع مستويات الجلوتاثيون بسرعة في المرضى الذين يعانون من جرعات زائدة لإنقاذ حياتهم.

أيضًا ، تم استخدام NAC في الأبحاث التي أجريت على مرضى فيروس نقص المناعة البشرية عندما أصبح معروفًا في أوائل التسعينيات أن هؤلاء المرضى يعانون من نقص شديد في الجلوتاثيون. منذ ذلك الحين ، تم استخدام NAC بنتائج إيجابية في العديد من التجارب على الحيوانات والبشر في مجموعة واسعة من الأمراض التي تتميز بالإجهاد التأكسدي وانخفاض مستويات الجلوتاثيون.

يُباع NAC بدون وصفة طبية كمكمل غذائي في شكل أقراص أو أقراص أو مسحوق. يمكن أن يكون أيضًا مكونًا في العديد من المكملات الغذائية التي يتم الإعلان عنها على أنها معززات لجهاز المناعة.

إما في الاستخدام السريري أو كمكمل ، فإن علاج NAC له مشكلتان شائعتان: إنه دواء صيدلاني له سمية معينة ، ومستويات الجلوتاثيون التي يسببها NAC تصل إلى ذروتها وتنخفض بسرعة في غضون ساعات.

عادة ما يتبع ارتفاع المنحدرات في مستويات GSH انخفاض ، وغالبًا ما يكون أقل من المستويات العادية. للحفاظ على مستويات الجلوتاثيون المرتفعة ، يجب تناول أو حقن NAC عدة مرات في اليوم وهو أمر صعب جدًا على جسم الإنسان.

  • شديد - مرض الانسداد الرئوي ، سعال الدم
  • أقل شدة - ألم الحلق ، تهيج الممرات الهوائية الأكبر في الرئتين ، زيادة إفراز الرئتين ، الفم المؤلم أو الأحمر أو المتورم ، الحمى ، القيء أو الشعور به ، سيلان الأنف ، الجلد الرطب
  • الآثار الجانبية النادرة - التهاب الجلد التماسي الشديد والشرى.

في كتابه الأكثر مبيعًا “الجلوتاثيون. مفتاحك للصحة "يقول الدكتور جيمي غوتمان:" على الرغم من ندرته ، فقد تم الإبلاغ عن الوفاة بالاشتراك مع NAC ".

وفق Drugs.com، هناك 6 أدوية معروفة بتفاعلها مع NAC. انظر القائمة هنا (ستفتح في نافذة جديدة).

يواجه بعض الأشخاص صعوبة في تحمل طعم ورائحة NAC - فهي تشبه البيض الفاسد بسبب محتوى الكبريت.

لا ينبغي استخدام NAC كنظام توصيل السيستين دون استشارة طبية متخصصة.

بالإضافة إلى ذلك ، ربطت دراسة حديثة عشوائية وخاضعة للتحكم الوهمي (2013) مكملات NAC بأداء العضلات المعوق وزيادة وقت التعافي لعدة أيام بعد التمرين الرياضي (تعمل مكملات مضادات الأكسدة المستندة إلى الثيول على تغيير إشارات العضلات الهيكلية البشرية وتخفيف استجابتها الالتهابية والتعافي بعد التمرين اللامركزي المكثف. Michailidis Y. et al. أكون. ياء نوتر نوتر. 2013 يوليو 98 (1): 233-45. دوى: 10.3945 / ajcn.112.049163. Epub 2013 29 مايو).

السيستين في بروتين مصل اللبن غير المشبع

يحتوي حليب البقر الخام على 5-10٪ بروتين ، 80٪ منها بروتين الكازين و 20٪ مصل اللبن. وكما ذكرت أعلاه في الفقرة السيستين من مصادر الغذاءيحتوي مصل اللبن هذا على سلائف قوية من هرمون GSH - اللاكتوفيرين وألبومين المصل وألفا لاكتالبومين ، وهو غني بالسيستين المترابط القادر على البقاء على قيد الحياة أثناء الهضم والدخول إلى مجرى الدم وعبور جدران الخلايا.

كمقارنة مثيرة للاهتمام ، تحتوي البروتينات في لبن الأم على 40٪ فقط من الكازين و 60٪ مصل اللبن - وهذا يجعل حليب الأم مصدرًا استثنائيًا للسيستين المرتبط.

لكي يكون بروتين مصل اللبن فعالًا في رفع الجلوتاثيون ، يجب أن يظل دون تغيير - بدون تسخين أو تغيير - في جميع الأوقات أثناء عملية التصنيع.

تم اكتشاف الجودة الفريدة لبروتينات مصل اللبن غير المُختومة كمصدر للسيستين عالي النشاط بيولوجيًا في أواخر السبعينيات من قبل الدكتور جوستافو بونوس ، وهو باحث مشهور في مجال التغذية في جامعة ماكجيل في مونتريال ، كندا.

في أحد الأيام ، أرسل مصنع جبن من سويسرا مسحوق بروتين مصل اللبن ، وهو منتج ثانوي لإنتاج الجبن ، إلى الدكتور بونوس طالبًا منه التحقيق في إمكانية استخدامه. كشفت دراسة أولية أن الفئران التي تغذت على بروتين مصل اللبن أظهرت استجابة مناعية أفضل بكثير من الفئران التي تغذت على نظام غذائي منتظم. أكدت الدراسات اللاحقة هذه النتائج. نتيجة للبحث المكثف الذي أجراه الدكتور بونوس في الثمانينيات ، تم تطوير عزل بروتين مصل اللبن غير المُحدد والذي تم استخدامه بنجاح في الدراسات على البشر بما في ذلك البحث في فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز والتهاب الكبد ومرض لايم والالتهابات البكتيرية وعلاج السرطان وأمراض الرئة ، متلازمة التعب المزمن والحالات الأخرى التي تتميز بانخفاض مستويات الجلوتاثيون وارتفاع الإجهاد التأكسدي.

تعتبر مركزات أو عزلات بروتين مصل اللبن غير المعزول مصدرًا ممتازًا للسيستين المتوفر بيولوجيًا وسلائف الجلوتاثيون الأخرى لدعم إنتاج الجلوتاثيون الطبيعي.


ما هي وظيفة سيستين ، سيستين ، وسيستين بروتياز؟ - مادة الاحياء

يحتل السيستين موقعًا مركزيًا في استقلاب النبات لأنه جزيء مانح للكبريت مخفض يشارك في تخليق الجزيئات الحيوية الأساسية ومركبات الدفاع. علاوة على ذلك ، يلعب السيستين في حد ذاته وجزيئاته المشتقة أدوارًا في إشارات الأكسدة والاختزال للعمليات التي تحدث في الأجزاء الخلوية المختلفة. يتم تصنيع السيستين خلال مسار امتصاص الكبريتات عن طريق دمج الكبريتيد في O-acetylserine ، المحفز بواسطة O-acetylserine (thiol) lyase (OASTL). تحتوي الخلايا النباتية على OASTLs في الميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والعصارة الخلوية ، مما يؤدي إلى مجموعة معقدة من الأشكال الإسوية وتجمعات السيستين تحت الخلوية. في السنوات الأخيرة ، تم إحراز تقدم كبير في أرابيدوبسيس، في تحديد الأدوار المحددة للـ OASTLs والمستقلبات التي تنتجها. وبالتالي ، فإن اكتشاف الأنشطة الأنزيمية الجديدة للأقل وفرة ، مثل DES1 مع نشاط L-cysteine ​​desulfhydrase و SCS مع نشاط S-sulfocysteine ​​synthase ، قد قدم وجهات نظر جديدة حول أدوارهم ، إلى جانب وظائفهم الأيضية. وبالتالي ، فقد أثبت البحث أن كبريتيد العصارة الخلوية و S-sulfocysteine ​​الكلوروبلاستيك يعملان كجزيئات إشارات تنظم الالتهام الذاتي وتحمي أنظمة الصور ، على التوالي. يلعب السيستين في العصارة الخلوية دورًا أساسيًا في مناعة النبات في الميتوكوندريا ، ويلعب هذا الجزيء دورًا رئيسيًا في إزالة السموم من السيانيد ، وهو أمر ضروري لنمو شعر الجذر واستجابات النبات لمسببات الأمراض.

ملخص

يحتل السيستين موقعًا مركزيًا في استقلاب النبات. في هذه المراجعة ، نصف المعرفة الحالية المتعلقة بأهمية السيستين وجزيئاته المشتقة في نبات الأرابيدوبسيس thaliana. نكشف عن دور هذه المركبات في كل من إرسال الإشارات والتحكم في العمليات النباتية المختلفة.


ما هو السيستين

يتكون السيستين من اثنين من الأحماض الأمينية: ميثيونين وسيرين. يوفر الميثيونين ذرة الكبريت بينما يوفر السيرين الهيكل الكربوني للسيستين. ثم يتم تحويل السيستين إلى السيستين عن طريق الأكسدة مع وجود إنزيم اختزال السيستين. السيستين مهم من نواح كثيرة. إنه فريد من نوعه عن باقي الأحماض الأمينية بسبب وجود مجموعة الثيول. يمكن أن تخضع هذه المجموعة لتفاعل الأكسدة والاختزال (الأكسدة / الاختزال). وهكذا ، يظهر السيستين خصائص مضادة للأكسدة. ينتج عن تحويل السيستين إلى بيروفات تكوين الجلوكوز. إنه أهم مصدر غذائي للكبريت بالنسبة للجسم. علاوة على ذلك ، فإن المركبات المحتوية على الكبريت بما في ذلك الأنسولين وأنزيم A وجلوتاثيون وفازوبريسين مشتقة من السيستين. على الرغم من تصنيفه على أنه حمض أميني غير أساسي ، إلا أنه قد يكون ضروريًا للرضع والبالغين الذين تظهر عليهم متلازمات سوء الامتصاص.

هيكل السيستين


التفاعلات بين الأدوية والسيستين

قد يكون للسيستين تأثير مفيد على العلاج بالأدوية التالية:

  • النتروجليسرين في الوريد
    • قد يمنع N-acetyl cysteine ​​تطور تحمل النتروجليسرين ، والذي يستخدم في علاج آلام الصدر ، على الرغم من أن الجمع بين هذين المركبين يمكن أن يسبب صداعًا شديدًا.
    • نظرًا لأن n-acetyl cysteine ​​يساعد على استقلاب الأسيتامينوفين بسرعة ، مما يحمي من التطور اللاحق لتلف الكبد ، يتم استخدام N-acetyl cysteine ​​عن طريق الفم أو في الوريد في علاج تسمم الأسيتامينوفين (Tylenol).
    • قد يقلل N-acetyl cysteine ​​من الغثيان والقيء المرتبطين.
    • يدرس الباحثون إمكانات n-acetyl cysteine ​​في منع تلف القلب الناجم عن بعض أدوية العلاج الكيميائي.
    • قد يزيد N-acetyl cysteine ​​من فعالية هذه الفئة من الأدوية المضادة للالتهابات.
    • يدرس الباحثون إمكانات N-acetyl cysteine ​​في تعزيز فعالية هذه الأدوية في علاج التهاب الكبد C.

    ملخص & # 8211 مقابل السيستين

    السيستين والسيستين مكونان بيولوجيان مهمان في أجسامنا. باختصار ، يتمثل الاختلاف الرئيسي بين السيستين والسيستين في أن السيستين هو حمض أميني ، بينما يتشكل السيستين عندما يتحد حمضان أمينيان معًا عبر رابطة ثاني كبريتيد.

    المرجعي:

    1. "سيستين". المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. قاعدة بيانات PubChem المركبة، المكتبة الوطنية الأمريكية للطب ، متاح هنا.

    الصورة مجاملة:

    1. & # 8220Cystine-skeletal & # 8221 By Benjah-bmm27 المفترض (بناءً على مطالبات حقوق النشر). & # 8211 لم يتم توفير مصدر يمكن للآلة قراءته. العمل الخاص المفترض (بناءً على مطالبات حقوق النشر) (المجال العام) عبر ويكيميديا ​​كومنز
    2. & # 8220gordo Cysteine ​​& # 8221 By bigblue0092 (CC BY 2.0) عبر Flickr


    أكسدة السيستين

    أماندا يارنيل

    بالعملة. رأي. تشيم. بيول.

    قصص ذات الصلة

    المواضيع التي تمت تغطيتها

    كأكثر عضو تفاعلي في الطبيعة ومستقر قياسي من الأحماض الأمينية # 8217s ، عادةً ما يتم استغلال السيستين باعتباره محبًا للنيوكليوفيل في المواقع النشطة للإنزيم. لكن تفاعل السيستين & # 8217s يجعله أيضًا عرضة بشكل فريد للأكسدة بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية في الخلية.

    بعض أكسدة السيستين هي ببساطة نتيجة للأضرار الجانبية التي تحدث خلال أوقات الإجهاد التأكسدي. لكن يبدو أن البعض الآخر عبارة عن إشارات دخان منظمة للغاية يتم إرسالها باسم الاتصال الخلوي.

    مسلحين بمجموعة من الأدوات الكيميائية الجديدة لاكتشاف وعزل البروتينات الحاملة للسيستين المؤكسدة ، يحاول العلماء اكتشاف أي منها.

    & # 8220 تتضح أهمية معالجة مثل هذه الأسئلة عندما يعتبر المرء أن الإجهاد التأكسدي وتعديلات السيستين هي سمات بارزة للعديد من الأمراض الحادة والمزمنة ، فضلاً عن عملية الشيخوخة الطبيعية ، & # 8221 تقول Kate S. Carroll ، الأستاذة المساعدة في الكيمياء في جامعة ميشيغان. مختبرها هو واحد من مجموعات قليلة تحاول تصميم طرق أفضل لاكتشاف السيستين المؤكسد. & # 8220 نعتقد أن السيستين المؤكسدة قد تلعب أدوارًا بيولوجية ومرضية مهمة ، & # 8221 كما تقول.

    عند مقارنتها مع الفسفرة ، والأستلة ، والتعديلات الأخرى اللاحقة للترجمة التي تنظم وظيفة البروتين ، فإن أكسدة السيستين هي الطفل الجديد في الكتلة. لكن إمكاناته كمفتاح تنظيمي تكتسب تقديرًا أوسع.

    يشير كارول إلى فوسفات التيروزين كدليل على أكسدة السيستين & # 8217s المحتملة التنظيمية. تلعب هذه الإنزيمات أدوارًا رئيسية في نمو الخلايا من خلال التحكم في فسفرة التيروزين ، وهو تعديل كيميائي تستخدمه الخلايا كإشارة. وتشير إلى أن هناك أدلة جيدة تشير إلى أن أكسدة ثيول السيستين في الموقع النشط يعطل نشاط فوسفاتيز التيروزين. نتيجة لذلك ، تستمر إشارة التيروزين الفسفورية الرئيسية حتى يتحلل الإنزيم المؤكسد أو يتم إصلاحه.

    & # 8220 أكسدة السيستين في مواقع أخرى غير الموقع النشط يمكن أن يكون لها أيضًا وظائف تنظيمية معقدة ، & # 8221 تقول كريستينا إم. Furdui ، الأستاذة المساعدة للطب الجزيئي في كلية الطب بجامعة ويك فورست. في بعض إنزيمات كيناز ، على سبيل المثال ، تؤدي أكسدة السيستين خارج الموقع النشط إلى أن يؤدي السيستين المؤكسد إلى تكوين رابطة ثاني كبريتيد مع بقايا سيستين مجاورة ، كما تلاحظ. يمكن أن يؤدي تكوين رابطة ثاني كبريتيد هذا إلى تغيير شكل الإنزيم بشكل كبير ، وبالتالي تغيير نشاطه أو استهدافه للتحلل.

    القائمة من البروتينات المشتبه في خضوعها لأكسدة السيستين زادت بشكل كبير في الأشهر الأخيرة ، وذلك بفضل تطوير الأدوات الكيميائية لاكتشاف وعزل & # 8220 بوابة & # 8221 أكسدة السيستين: حمض السلفنيك.

    حمض السلفنيك السيستين (& # 8211SOH) هو المنتج الأولي لأكسدة السيستين بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية الخلوية مثل بيروكسيد الهيدروجين. تتمتع معظم أحماض السلفينيك بوجود عابر فقط ، حيث تخضع بسرعة لتكوين رابطة ثاني كبريتيد أو مزيد من الأكسدة إلى السلفينيك (& # 8211SO2H) أو سلفونيك (& # 8211SO3ح) الأحماض. لذا فإن اكتشاف أحماض السلفينيك يمثل تحديًا.

    جميع الأدوات التي تم تطويرها مؤخرًا للكشف عن حامض الكبريتيك مبنية على ملاحظة قام بها لأول مرة عالم الكيمياء الحيوية ويليام أليسون في السبعينيات. بعد أن أدرك أن حامض السلفنيك والكبريت # 8217 يجب أن يكون أكثر إلكتروفيليه من السيستين أو الأنواع المؤكسدة الأخرى ، بدأ في البحث عن محبي النيوكليوفيل الذين سيتفاعلون معه على وجه التحديد. أدى مطاردته إلى ظهور الديكيتون الدوري 5،5-dimethyl-1،3-cyclohexadione ، المعروف باسم dimedone.

    & # 8220 السيستين المؤكسدة قد تلعب أدوارًا بيولوجية ومرضية مهمة. & # 8221

    يشير كارول إلى أن الديميدون يقترن بأحماض السلفينيك المحمولة بالبروتين عن طريق آلية لم يتم تسميرها بعد. هذا لم يمنع مجموعتها والآخرين من تكييف السقالة لتلصق وعزل البروتينات الحاملة لأحماض السلفينيك.

    كانت إحدى المجموعات الأولى التي قامت بذلك هي مجموعة ليزلي بي بول ، أستاذة الكيمياء الحيوية في جامعة ويك فورست. أبلغت مجموعتها منذ ذلك الحين عن وجود كواشف قائمة على ثنائي الميثيل تحمل ملصق فلوروفور أو مقبض بيوتين لسهولة اكتشاف وعزل البروتينات التي تحمل أحماض السلفينيك من مستخلصات الخلايا. طورت مجموعة Philip Eaton & # 8217s في King & # 8217s College London سيرة ذاتية مماثلة & # 173tinylated dimedone كواشف.

    في الآونة الأخيرة ، صنع كارول نظائر أزيد للديميدون التي يمكن استخدامها لتسمية البروتينات المحتوية على حمض السلفنيك مباشرة في الخلايا الحية ، مما يقلل من احتمال حدوث آثار مؤكسدة أثناء تحلل الخلية. يمكن بعد ذلك ربط البروتينات التي تحمل علامة azidodimedone بالبيوتين أو علامة أخرى عبر الكيمياء المحفزة بالنحاس.

    في الشهر الماضي ، أبلغ مختبر Carroll & # 8217s عن وجود أجسام مضادة تتعرف على أحماض السلفينيك التي تحمل علامات dimedone (بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 2009, 106, 16163).

    مع وجود الكواشف الخاصة بحمض السلفنيك في متناول اليد ، بدأ العلماء في تحديد ملامح البروتينات التي تخضع لهذا التعديل في الخلايا. على سبيل المثال ، استخدمت كارول مؤخرًا تحقيقات azidodimedone الخاصة بها في خطوط الخلايا البشرية الحية لإظهار أن ما يصل إلى 200 بروتين خلوي مختلف يخضع لأكسدة السيستين (ACS كيم. بيول. 2009, 4, 783).

    على الرغم من هذا وغيره من التلميحات إلى أن أكسدة السيستين قد تكون ظاهرة أكثر انتشارًا مما تم تقديره سابقًا ، فإن الأهمية الوظيفية لأكسدة السيستين لا تزال غير مختبرة في جميع الحالات باستثناء حالات قليلة ، كما يشير كريستوفر جيه تشانغ ، أستاذ الكيمياء المشارك في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. يقوم معمله ببناء مجسات خلوية صغيرة الجزيئات للبيروكسيد وأنواع الأكسجين التفاعلية الأخرى.

    & # 8220 كما هو الحال مع تعديلات ما بعد الترجمة الأخرى ، لمجرد أن السيستين يتأكسد لا يعني بالضرورة أنه يلعب دورًا وظيفيًا ، & # 8221 كارول يقول. يضيف إيتون أن تحديد ما إذا كان سيستين مؤكسد معين يلعب دورًا وظيفيًا أو تعرض للتلف سيتطلب متابعة جينية وكيميائية حيوية مفصلة.

    سيساعد تسويق أدوات الكشف عن حامض السلفنيك الناس في معرفة الدور الذي تلعبه أكسدة السيستين في عمليات بيولوجية معينة ، كما يتوقع كارول. ولتحقيق هذه الغاية ، تعمل مع شركة كايمان كيميكال ومقرها آن أربور لتسويق كواشف أزيدوديميدون الخاصة بها ومع تصميمات المقايسة المستندة إلى آن أربور لتقديم الأجسام المضادة لحمض السلفينيك إلى السوق. يتوقع إيتون أن يتم طرح جسم مضاد مماثل تم تطويره في معمله في السوق هذا الخريف. وأخبرت بول C & ampEN أن مجموعتها تعمل على تسويق كواشف الكشف عن حامض السلفينيك.

    & # 8220 الإجهاد التأكسدي وتعديلات السيستين هي السمات البارزة للعديد من الأمراض الحادة والمزمنة ، وكذلك عملية الشيخوخة الطبيعية. & # 8221

    التحدي الرئيسي بالنسبة للمستقبل ، سيكون العلماء في الميدان العثور على تفاعلات كيميائية خاصة بحمض السلفنيك والأنواع المؤكسدة الأخرى التي تعود جذورها إلى حمض السلفنيك. على سبيل المثال ، يمكن أن تشكل أحماض السلفينيك في بعض الحالات سلفيناميدات دورية على العمود الفقري للببتيد. يقول جون د. هيلمان ، أستاذ علم الأحياء الدقيقة بجامعة كورنيل ، إن دور مركبات السلفيناميدات يظل ضعيفًا ، لكنها قد تعمل على حماية حمض السلفينيك من المزيد من الأكسدة.

    لأن الأحماض السلفونيك (& # 8211SO3H) هي نهاية الطريق المؤكسدة التي لا رجعة فيها للسيستين ، ومن المحتمل أن يكون قياس الطيف الكتلي كافياً للكشف عنها ، يلاحظ كارول. لكنها تفكر بالفعل في طرق للكشف عن أحماض السلفنيك (& # 8211SO2ح). & # 8220 هذا النوع من الأدوات سيساعدنا في معرفة جزء أحماض السلفينيك المعرضة لمزيد من الأكسدة لحمض السلفينيك ، & # 8221 كما تقول. قد يساعد العلماء أيضًا في تحديد ما إذا كان مثل هذه الأكسدة الإضافية قد تلعب أيضًا دورًا تنظيميًا في الخلايا.

    & # 8220 هناك & # 8217s كمية كبيرة من أكسدة البروتين العرضية التي تحدث ، & # 8221 هيلمان يقول. & # 8220 نحن بحاجة إلى إيجاد طرق لتحديد التعديلات التي تهم حقًا كإشارات ، لأن الفهم الأفضل لكيفية تأثير أكسدة السيستين على وظيفة البروتين قد يحسن تشخيص المرض والتدخل المحتمل. & # 8221


    الموت عن طريق السيستين: خاصية طارئة ضارة من سلسلة مفيدة من ردود الفعل

    في هذا العدد من مجلة علم الجراثيم, Chonoles Imlay et al. (K. R. Chonoles Imlay, S. Korshunov, and J. A. Imlay, J Bacteriol 197:3629�, 2015, http://dx.doi.org/10.1128/JB.00277-15) show that oxidative stress kills sulfur-restricted الإشريكية القولونية grown with sublethal H2ا2 when challenged with cystine. Killing requires rapid and seemingly unregulated cystine transport and equally rapid cystine reduction to cysteine. Cysteine export completes an energy-depleting futile cycle. Each reaction of the cycle could be beneficial. Together, a cystine-mediated vulnerability emerges during the transition from a sulfur-restricted to a sulfur-replete environment, perhaps because of complexities of sulfur metabolism.

    Sulfur is a component of the amino acids cysteine and methionine the antioxidant glutathione the cofactors coenzyme A (CoA), thiamine, and lipoamide and other essential molecules. Sulfur-containing compounds in bacteria are usually reduced intracellularly (e.g., sulfide, cysteine, and proteins with free sulfhydryls) but oxidized extracellularly (e.g., sulfate, cystine, and proteins with either oxidized thiols or disulfide bonds). Sulfur-containing molecules undoubtedly reflect and contribute to intracellular redox balance. Scattered reports have described effects of cysteine/cystine on oxidative stress and antibiotic resistance, and some might be the result of altered redox balance (1,𠄳). Park and Imlay have observed that 0.5 mM cystine killed sulfur-restricted الإشريكية القولونية exposed to 2.5 mM H2ا2 (2). They proposed that intracellular cystine is reduced to cysteine, which in turn reduces intracellular ferric to ferrous iron, providing the limiting factor for the Fenton reaction and generating hydroxyl radicals (2). This chain of events will be called cystine-mediated hypersensitivity (CMH). In a study reported in this issue of the مجلة علم الجراثيم, Chonoles Imlay et al. isolated mutants resistant to CMH and found that death results from excessive and seemingly unregulated cystine transport and rapid glutathione-dependent reduction of cystine to cysteine ( Fig. 1 ) (4). Cysteine export and subsequent extracellular oxidation complete a futile cycle that was calculated to consume 10% of the ATP requirement for biosynthesis and double the total NADPH demand. Each component of this futile cycle is probably beneficial, which suggests that CMH may be an emergent property resulting from high intracellular levels of sulfur-containing compounds. Figure 1 summarizes the reactions and compounds considered here.

    The cystine/cysteine futile cycle, CMH, and possible problems associated with sulfur metabolism. The thick solid arrows represent the cystine/cysteine futile cycle. The thick dotted arrow shows the reaction that is proposed to kill cells during CMH.

    The cystine transporters, their regulation, and prolonged H2ا2 sensitivity.

    Chonoles Imlay et al. selected survivors of CMH and found that the mutants lost YdjN, which is an H + /Na + cystine symporter (4). A previously described cystine transporter did not contribute to CMH (4). The rate of cystine transport is 30 times the cellular sulfur requirement, and CMH persists for 1 to 2 h after cystine challenge (2, 4). This persistence is the basis for an unexpected cellular vulnerability, which led to an analysis of cystine transport regulation. A relatively poor sulfur source (sulfate) was required to induce YdjN via CysB, but addition of cystine, which is a good sulfur source, should repress YdjN (4). Therefore, prolonged sensitivity suggests either that YdjN synthesis persists after cystine addition or that growth slowly dilutes YdjN even if ydjN transcription ceases. Another factor contributing to prolonged sensitivity may be cysteine-dependent induction of a cysteine/cystine transport system (5 M. Loddeke and L. Reitzer, unpublished observation), which may not occur in a ydjN متحولة. Prolonged sensitivity also suggests the absence of kinetic inhibition of YdjN, because either such an inhibitor does not exist or the inhibitor is rapidly degraded. Evidence for the latter possibility is that loss of cystine reduction to cysteine impairs cystine transport and intracellular cystine is undetectable after cystine challenge (4).

    Why is cystine rapidly reduced to cysteine?

    Cystine-challenged cells had undetectable intracellular cystine and higher intracellular cysteine, which indicates that cystine reduction is as rapid as cystine transport (4). Glutathione was required for both cystine reduction and CMH, but the genes and proteins for cystine reduction are not known. One rationale for rapid reduction is cystine toxicity. Several proteins fail to distinguish between cystine and its analogs, which implies that cystine could interfere with their function ( Fig. 2 ). These proteins include FliY, MetC, MurE, some transaminases, and NifS-like proteins (5,𠄹). MetC is a cystathionine β-lyase (a C-S lyase) that cleaves cystathionine in methionine synthesis and also cleaves cystine, lanthionine, and djenkolate with كمs less than 1 mM (6). MurE ligates a peptidoglycan precursor to diaminopimelate, cystathionine, or lanthionine في المختبر و في الجسم الحي (8). Cystine is probably also a substrate for MurE, although it has not been explicitly tested. If it is, then cystine may be incorporated into peptidoglycan.

    Structures of cystine analogs and thiocysteine. The structures are drawn to emphasize the similarities and differences. The cystathionine β- and γ-lyases cleave at the C-S bonds shown above, which generates homocysteine and cysteine, respectively. The figure was adapted from reference 4 with permission.

    A second rationale for rapid cystine reduction is to avoid some toxic products of cystine metabolism. One possible toxic product is thiocysteine, which is also called cysteine persulfide ( Fig. 2 ). Thiocysteine is produced from cystine lyase activity, which is usually a secondary reaction of several enzymes described above, but especially the cystathionine β- and γ-lyases (6, 10). Thiocysteine is an important and abundant effector of the cellular thiol landscape, at least in eukaryotes (10, 11). Thiocysteine and other persulfides (RSSH) can modify or inactivate proteins (10, 12). Persulfide intermediates are part of Fe-S cluster assembly (13), and the interaction of low-molecular-weight persulfides with iron-containing proteins may affect both protein activity and intracellular iron. In addition to indirect effects via iron, thiocysteine and persulfides directly interact with reactive oxygen species (10, 12).

    Rapid cysteine export and function of extracellular thiols.

    Rapid cysteine export has several possible benefits. First, export can lower intracellular cysteine, which would prevent generation of ferrous iron and impair the Fenton reaction (2). The product of this one-electron reduction could be a thiyl radical, which could exacerbate oxidative stress. Second, cysteine export can also prevent inhibition of several enzymes, such as homoserine dehydrogenase I (ThrA) (14). Third, C-S lyase degradation of cysteine produces 2-aminoacrylate and 2-iminopropionate, which are toxic since the loss of the enzyme that degrades these intermediates, RidA, impairs growth in medium with cysteine (15, 16). بكتريا قولونية contains several C-S lyases, but cysteine degradation is not their primary function (17). Fourth, cysteine and thiol secretion can protect against oxidative stress by removing H2ا2 (18,�). The protection for بكتريا قولونية is modest (21), and CMH presumably exceeds the capacity of this protection. Finally, cysteine export could generate an extracellular signal. An example of such signaling is regulation of the immune response. Dendritic cells import cystine when they encounter lipopolysaccharides, presumably from bacteria. The cystine is reduced to cysteine, which is exported. The extracellular cysteine is imported into T cells, which lack a cystine transporter, and T cells proliferate (22).

    CMH as an emergent property.

    Each reaction in the possible cysteine futile cycle is potentially beneficial. Rapid transport provides a competitive advantage in a sulfur-limited environment, rapid cystine reduction removes a potentially dangerous compound, and rapid cysteine export may have several different functions. CMH emerges because of seemingly unregulated cystine transport and high intracellular concentrations of cysteine and perhaps other reactive sulfur species ( Fig. 1 ). This emergent property is apparent when sulfur-restricted cells encounter cystine. The resulting high-intracellular-cysteine or other sulfur-containing compounds are not lethal, although cells may be stressed because of higher levels of intracellular iron and reactive oxygen species. Exogenous H2ا2 is lethal, perhaps because the capacity to handle the additional oxidative stress is exceeded.

    Chonoles Imlay et al. speculate that the lethal combination of H2ا2 and iron-reducing cysteine contributes to host defense mechanisms (4). This defense mechanism may also involve toxic products of cystine metabolism that generate reactive sulfur species, such as persulfides, and killing may involve a synergism between reactive oxygen and sulfur species. Cysteine/cystine in بكتريا قولونية and other organisms can either diminish or amplify oxidative stress (2, 4, 19, 21), which suggests that controlling the effects on sulfur metabolism could be difficult. The contribution of sulfur-containing compounds to physiology is complex, difficult to study and control, poorly understood, and underappreciated. The genetics-based analysis of CMH-resistant mutants by Chonoles Imlay et al. has provided an interesting perspective on the metabolism of sulfur-containing compounds (4). Prokaryotes and eukaryotes probably encounter similar problems with the basic chemistry of sulfur-containing compounds, although studies of sulfur metabolism in the former have generally lagged behind those in the latter (e.g., references 10 and 23). More studies using bacterial genetics should provide new information about this basic biochemistry.


    [. ] we still put it in polar category

    If you search for amino acid classification, you will find that there is no agreement on how to classify cysteine.

    What you should know is that cysteine has different roles in proteins. In cysteine proteases, it acts as a nucleophile (and its surrounding often makes it more prone to deprotonation compared to a netural aqueous environment). Cysteines that form disulfide bonds often are at or near the surface of the protein once the disulfide is formed, you have a quite hydrophobic group. Protonated cysteine is incapable of making conventional hydrogen bonds, and the electronegativity of carbon and sulfur are quite similar. This explains why methionine, the other sulfur-containing amino acid, is classified as hydrophobic.

    The classification of amino acids is sometimes used as proxy of the tendency of amino acid side chains to be located on the surface or in the interior of a protein. Similarly confusing, proline is sometimes classified as polar amino acid however, its side chain is made exclusively of carbon and hydrogen atoms. If you study where proline is mostly located with a folded protein, you find it is on the surface. This is not because proline is polar but because it is a helix and strand "breaker", so it is often found in turns, which are mostly on the surface of the protein.

    Also, you should know that there is no all-or-nothing classification of every amino acid side chain. Tyrosine, threonine, even lysine have hydrophobic parts while being capable of making hydrogen bonds. Often, the environment is just right, with hydrophobic parts interacting with other hydrophobic parts, and all hydrogen bond potential satisfied, either by interactions with other side chains, with main chain or with solvent.

    Why is cysteine not classified in a more consistent manner?

    Here is an excellent starting point to answer this question, starting with the abstract:

    Cysteine (Cys) is an enigmatic amino acid residue. Although one of the least abundant, it often occurs in functional sites of proteins. Whereas free Cys is a polar amino acid, Cys in proteins is often buried and its classification on the hydrophobicity scale is ambiguous. We hypothesized that deviation of Cys residues from the properties of a free amino acid is due to their reactivity and addressed this possibility by examining Cys in large protein structure datasets. Compared to other amino acids, Cys was characterized by the most extreme conservation pattern, with the majority of Cys being either highly conserved or poorly conserved. In addition, clustering of Cys with another Cys residue was associated with high conservation, whereas exposure of Cys on protein surface with low conservation. Moreover, although clustered Cys behaved as polar residues, isolated Cys was the most buried residue of all, in disagreement with known physico-chemical properties of Cys. Thus, anomalous hydrophobic behavior and conservation pattern of Cys can be explained by elimination, during evolution, of isolated Cys from protein surface and clustering of other Cys residues. These findings indicate that Cys abundance is governed by Cys function in protein rather than by the sheer chemical and physical properties of the free amino acid, and suggest that high tendency of Cys to be functionally active can considerably limit its abundance on protein surface.


    استنتاج

    A combination of bioinformatic approaches was used to exhaustively survey the genomic data of five different model species and identify potential members of the cystine knot superfamily. In addition to demonstrating relationships between different family members, new orthologs in different species were recognized. Furthermore, by a comparison of the large number of known cystine knot members, new consensus residues in the cystine knot signature were discovered, thus improving future identification of cystine knot proteins. The spectrum of members of the cystine knot superfamily was expanded by including the mucin like subfamily and the slit-like proteins. Because all the subfamilies that were found contained exclusively extracellular proteins, the present findings underscore the importance of the cystine knot structure for ligand-receptor interaction and cell-cell communication. This is corroborated by the absence of cystine knot structures in unicellular yeast and the presence of multiple subfamily members in nematode, indicating that this ancient structure evolved parallel with the development of multicellular life.

    With the availability of the complete genomes of more than 60 organisms, including the human genome, bioinformatic analyses of extracellular signaling molecules are essential to provide a global perspective on the evolution and structural features of different protein hormone families. The present minireview represents an initial attempt in this direction to provide the basis for discovering new human protein hormone paralogs and for understanding the structural characteristics important for hormone function.