Метилглиоксаль: свойства, метаболизм и биологическое значение.
Methylglyoxal
Метилглиоксаль (MGO): формула, свойства и роль в развитии диабета. Промышленное производство, реакционная способность и связь с метаболизмом углеводов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Метилглиоксаль (MGO) – это органическое соединение с формулой CH3C(O)CHO. Это восстановленное производное пировиноградной кислоты. Это реакционноспособное соединение, играющее роль в биологии диабета. В промышленности метилглиоксаль получают путем деградации углеводов с использованием метилглиоксальсинтазы, полученной в результате сверхэкспрессии.
Methylglyoxal (MGO) is the organic compound with the formula CH3C(O)CHO. It is a reduced derivative of pyruvic acid. It is a reactive compound that is implicated in the biology of diabetes. Methylglyoxal is produced industrially by degradation of carbohydrates using overexpressed methylglyoxal synthase.
Химическая структура
Газообразный метилглиоксаль содержит две карбонильные группы – альдегидную и кетонную. В воде он существует в виде гидратов и олигомеров. Образование этих гидратов указывает на высокую реакционную способность MGO, что важно для понимания его биологической активности.
Gaseous methylglyoxal has two carbonyl groups, an aldehyde and a ketone. In the presence of water, it exists as hydrates and oligomers. The formation of these hydrates is indicative of the high reactivity of MGO, which is relevant to its biological behavior.
Биосинтез и биоразложение
В организмах метилглиоксаль образуется как побочный продукт нескольких метаболических путей. Основным источником метилглиоксаля являются побочные продукты гликолиза, включающие глицеральдегид-3-фосфат и дигидроксиацетонфосфат. Также считается, что он образуется при деградации ацетона и треонина. Метилглиоксаль может формироваться из 3-аминоацетона, являющегося промежуточным продуктом катаболизма треонина, а также в результате перекисного окисления липидов. Однако, наиболее важным источником является гликолиз. В этом процессе метилглиоксаль возникает в результате неферментативного отщепления фосфата от глицеральдегидфосфата и дигидроксиацетонфосфата (DHAP) – двух промежуточных соединений гликолиза. Эта реакция лежит в основе потенциального биотехнологического метода получения 1,2-пропандиола. Учитывая высокую цитотоксичность метилглиоксаля, эволюционировали различные механизмы его детоксикации. Один из них – система глиоксалаз. Метилглиоксаль детоксифицируется глутатионом, который вступает с ним в реакцию, образуя гемитиоацеталь, который затем превращается в S-лактоилглутатион под действием глиоксалазы I. Этот тиоэфир гидролизуется до лактата глиоксалазой II.
In organisms, methylglyoxal is formed as a side product of several metabolic pathways. Methylglyoxal mainly arises as side products of glycolysis involving glyceraldehyde 3 phosphate and dihydroxyacetone phosphate. It is also thought to arise via the degradation of acetone and threonine. It may form from 3 aminoacetone, which is an intermediate of threonine catabolism, as well as through lipid peroxidation. However, the most important source is glycolysis. Here, methylglyoxal arises from nonenzymatic phosphate elimination from glyceraldehyde phosphate and dihydroxyacetone phosphate (DHAP), two intermediates of glycolysis. This conversion is the basis of a potential biotechnological route to the commodity chemical 1,2 propanediol. Since methylglyoxal is highly cytotoxic, several detoxification mechanisms have evolved. One of these is the glyoxalase system. Methylglyoxal is detoxified by glutathione. Glutathione reacts with methylglyoxal to give a hemithioacetal, which converted into S lactoyl glutathione by glyoxalase I. This thioester is hydrolyzed to lactate by glyoxalase II.
Биохимическая функция
Метилглиоксаль участвует в образовании конечных продуктов гликирования (AGEs). В этом процессе метилглиоксаль реагирует со свободными аминогруппами лизина и аргинина, а также с тиольными группами цистеина, формируя AGE. Гистоны также крайне подвержены модификации метилглиоксалем, и уровень этих модификаций повышен при раке молочной железы. Повреждения ДНК вызываются реактивными карбонильными соединениями, в основном метилглиоксалем и глиоксалем, с частотой, сопоставимой с частотой окислительных повреждений ДНК. Такие повреждения, известные как гликирование ДНК, могут приводить к мутациям, разрывам цепей ДНК и цитотоксичности. Метилглиоксаль напрямую связывается с нервными окончаниями, тем самым усиливая хроническую болезненность в конечностях при диабетической нейропатии.
Methylglyoxal is involved in the formation of advanced glycation end products (AGEs). In this process, methylglyoxal reacts with free amino groups of lysine and arginine and with thiol groups of cysteine forming AGEs. Histones are also heavily susceptible to modification by methylglyoxal and these modifications are elevated in breast cancer. DNA damages are induced by reactive carbonyls, principally methylglyoxal and glyoxal, at a frequency similar to that of oxidative DNA damages. Such damage, referred to as DNA glycation, can cause mutation, breaks in DNA and cytotoxicity. Methylglyoxal binds directly to the nerve endings and by that increases the chronic extremity soreness in diabetic neuropathy.
Случаи, другие
Метилглиоксаль является компонентом некоторых видов меда, включая мёд манука; он, по-видимому, обладает активностью против E. coli и S. aureus и может способствовать предотвращению образования биопленок, формируемых P. aeruginosa. Исследования показывают, что метилглиоксаль, содержащийся в меде, не приводит к увеличению образования конечных продуктов гликирования (AGEs) у здоровых людей.
Methylglyoxal is a component of some kinds of honey, including manuka honey; it appears to have activity against E. coli and S. aureus and may help prevent formation of biofilms formed by P. aeruginosa. Research suggests that methylglyoxal contained in honey does not cause an increased formation of advanced glycation end products (AGEs) in healthy persons.