Гомоцистеин: свойства, биосинтез и роль в заболеваниях

Введение

Высокий уровень гомоцистеина в крови (гипергомоцистеинемия) считается маркером сердечно-сосудистых заболеваний, вероятно, действующим посредством атерогенеза, что может привести к ишемическому повреждению. Следовательно, гипергомоцистеинемия является потенциальным фактором риска развития ишемической болезни коронарных артерий. Ишемическая болезнь коронарных артерий возникает, когда атеросклеротическая бляшка блокирует кровоток в коронарных артериях, снабжающих сердце кислородом. Гипергомоцистеинемия связана с возникновением тромбов, инфарктов миокарда и инсультов, хотя неясно, является ли гипергомоцистеинемия независимым фактором риска этих состояний. Гипергомоцистеинемия также ассоциируется с ранними выкидышами и дефектами нервной трубки.

Структура

Гомоцистеин при нейтральных значениях pH существует в виде цвиттериона.

Биосинтез и биохимические роли

Гомоцистеин биосинтезируется естественным путем в многоступенчатом процессе. Сначала метионин принимает аденозильную группу от АТФ, реакция катализируется S-аденозилметионинсинтетазой, в результате чего образуется S-аденозилметионин (SAMe). Затем SAMe передает метильную группу молекуле-акцептору (например, норэпинефрин в качестве акцептора при синтезе эпинефрина, ДНК-метилтрансфераза как промежуточный акцептор в процессе метилирования ДНК). После этого аденозин гидролизуется с образованием L-гомоцистеина. L-гомоцистеин имеет два основных пути дальнейшего превращения: обратное преобразование в L-метионин через тетрагидрофолат (THF) или преобразование в L-цистеин.

Биосинтез цистеина

Млекопитающие биосинтезируют аминокислоту цистеин из гомоцистеина. Цистатионин β-синтаза катализирует конденсацию гомоцистеина и серина с образованием цистатионина. В этой реакции пиридоксин (витамин B6) выступает в качестве кофактора. Затем цистатионин γ-лиаза превращает эту двойную аминокислоту в цистеин, аммиак и α-кетобутират. Бактерии и растения используют другой путь для синтеза цистеина, основанный на O-ацетилсерине.

Спасение метионина

Гомоцистеин может быть преобразован обратно в метионин. В этом процессе N5-метилтетрагидрофолат выступает в качестве донора метильной группы, а также участвуют ферменты, связанные с кобаламином (витамином B12). Более подробную информацию об этих ферментах можно найти в статье, посвященной метионинсинтазе.

Другие реакции биохимического значения

Гомоцистеин может циклизоваться с образованием хомоцистеинтиолактона, пятичленного гетероцикла. Из-за этой реакции "самозамыкания" пептиды, содержащие гомоцистеин, склонны к саморасщеплению посредством реакций, вызывающих окислительный стресс. Гомоцистеин также выступает в роли аллостерического антагониста дофаминовых D2-рецепторов. Предполагается, что как гомоцистеин, так и его тиолактон могли сыграть важную роль в возникновении жизни на ранней Земле.