Биоорганическая химия / Сыровая А.О. и др Аминокислоты глазами химиков, фармацевтов, биологов. Т. 1

Химическая характеристика цистеина. Эмпирическая формула:

HSCH2CH(NH2)COOH, молекулярная масса составляет 121,16 а.е.м. L-

Цистеин – бесцветные кристаллы, температура плавления гидрохлорида 178 °С; удельное вращение в ледяной уксусной кислоте []+130; легко растворим в воде; при 25°С рКа = 1,71 (СООН), 8,33 (NH2), 10,78 (SH); рI = 5,07. В

щелочной среде цистеин неустойчив и разлагается на H2S, NH3 и

пировиноградную кислоту. Цистеин легко окисляется на воздухе, образуя цистин, дает комплексы с ионами металлов. При окислении цистеина может также образовываться цистеиновая кислота HO3SCH2CH(NH2)COOH,

декарбоксилирование цистеина приводит к цистамину HSCH2CH2NH2.

Цистеин легко ацилируется и алкилируется по группе SH, но S-ацильные производные неустойчивы, особенно в щелочной среде, и претерпевают S,N-

ацильную перегруппировку. В синтезе пептидов, содержащих цистеин, для защиты его меркаптогруппы применяют ацетамидометильную, трет-

бутильную, трет-бутилтионильную группы, а также различные замещенные бензильной группы. Цистеин дает характерные реакции на меркаптогруппу (с

нитропруссидом Na и др.), с водным FeCl3 образует соединение,

окрашивающие раствор в голубой цвет; с реактивом Эллмана образует соединение, обладающее при рН = 8 сильным УФ поглощением (=412 нм).

Количественно цистеин определяют колориметрическим методом или потенциометрическим титрованием с помощью AgNO3 или HgCl2.

Характерная особенность цистеина – его способность подвергаться в составе молекулы белка самопроизвольному окислению с образованием остатков цистина. Цистеин может быть получен восстановлением цистина,

взаимодействием фталимидомалонового эфира с хлорметил (бензил)

сульфидом (с последующим гидролизом и восстановлением) и др. [22].

В промышленности L-цистеин получают в основном с помощью гидролиза птичьих перьев или человеческого волоса. Кроме того,

производится более дорогой синтетический L-цистеин. В ходе синтетического

производства L-цистеина осуществляется ферментация с использованием

223

мутантов E.coli. Дегусса предложил способ производства, в котором используются замещенные тиазолины. L-цистеин получают путем гидролиза рацемического 2-амино-дельта-2-тиазолин-4-карбоновой кислоты с использованием Pseudomonas thiazolinophilum [22].

Применение цистеина. Цистеин, в основном L-энантиомер, является исходным сырьем в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности. Очень часто цистеин используется для создания запахов.

Например, в результате взаимодействия цистеина с сахаром в ходе реакции Майяра можно ощутить ярко выраженный запах мяса. L-цистеин также используется в качестве технологической добавки в кулинарии для выпечки. В

качестве пищевой добавки цистеин обозначается как Е920. Цистеин используется как средство для перманентной завивки волос, так как он способен разрушать дисульфидные связи кератина волос. Цистеин очень широко используется в исследованиях структуры и динамики биомолекул.

Цистеин также широко используется в спиновых метках ЭПР (электронно-

парамагнитного резонанса) или парамагнитной релаксации расширенного ЯМР (ядерного магнитного резонанса). В докладе, опубликованном в 1994

пятью ведущими сигаретными компаниями, цистеин был описан как «одна из

599 сигаретных добавок». Как и в случае большинства сигаретных добавок,

конкретная цель его включения неизвестна. Его можно объяснить, например,

тем, что он действует в качестве отхаркивающего средства, так как курение увеличивает выработку слизи в легких, а также может увеличивать уровень полезного антиоксиданта глутатиона (который у курильщиков уменьшается)

[16].

Цистеин растворяется лучше, чем цистин, и быстрее утилизируется в организме, поэтому его чаще используют в комплексном лечении различных заболеваний. Дополнительный прием цистеина необходим при ревматоидном артрите, заболеваниях артерий, раке. Он ускоряет выздоровление после операций, ожогов, связывает тяжелые металлы и растворимое железо. Эта аминокислота также ускоряет сжигание жиров и образование мышечной

224

ткани. L-цистеин обладает способностью разрушать слизь в дыхательных путях, благодаря этому его часто применяют при бронхитах и эмфиземе легких. Он ускоряет процессы выздоровления при заболеваниях органов дыхания и играет важную роль в активизации лейкоцитов и лимфоцитов. При цистинурии, редком генетическом состоянии, приводящем к образованию цистиновых камней, принимать цистеин нельзя. Сахарный диабет также является противопоказанием для назначения цистеина [18].

Цистеин помогает обезвреживать некоторые токсические вещества и защищает организм от повреждающего действия радиации. Он представляет собой один из самых мощных антиоксидантов, при этом его антиоксидантное действие усиливается при одновременном приеме витамина С и селена.

Цистеин был предложен в качестве профилактического средства негативным эффектам алкоголя, в том числе повреждений печени и похмелья.

Он противодействует ядовитому воздействию ацетальдегида, основного побочного продукта метаболизма алкоголя и отвечает за большинство отрицательных последствий и долгосрочных повреждений, связанных с употреблением алкоголя (но не отменяет непосредственного эффекта опьянения). Цистеин поддерживает следующий шаг в метаболизме, в ходе которого ацетальдегид превращается в относительно безвредную уксусную кислоту. В исследовании на крысах, тестовым животным давали полулетальную дозу ацетальдегида. 80% крыс, получивших цистеин, выжили.

Животные, получившие цистеин вместе с тиамином, выжили все до одного

[16].

Имеются данные, что цистеин участвует в обмене веществ хрусталика глаза. Изменения, происходящие при катаракте, связаны с нарушением содержания в хрусталике этой аминокислоты. По этой причине предложено применять цистеин для задержки развития катаракты и просветления хрусталика, при начальных формах возрастной, миопатической, лучевой и контузионной катаракты. При задней чашеобразной катаракте эффекта не наблюдается. Отмечено сильное противовирусное, противоопухолевое

225