SISTEIN: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, FUNGSI, BIOSINTESIS - BIOLOGI - 2025

The sistein ( Cys, C ) adalah salah satu asam amino 22 ditemukan di alam sebagai bagian dari rantai polipeptida yang membentuk protein dari makhluk hidup. Ini penting untuk stabilitas struktur tersier protein, karena membantu pembentukan jembatan disulfida intramolekul.

Sama seperti asam amino lain seperti alanin, arginin, asparagin, glutamat dan glutamin, glisin, prolin, serin, dan tirosin, manusia mampu mensintesis sistein, jadi ini bukan dianggap sebagai asam amino esensial.

Struktur asam amino Sistein (Sumber: Hattrich via Wikimedia Commons)

Meskipun demikian, dan mengingat fakta bahwa kecepatan sintesis tidak selalu memenuhi persyaratan tubuh, beberapa penulis menggambarkan sistein sebagai asam amino esensial "bersyarat".

Asam amino ini dinamai "sistin", komponen batu empedu yang ditemukan pada tahun 1810, yang namanya diciptakan pada tahun 1832 oleh A. Baudrimont dan F. Malaguti. Beberapa tahun kemudian, pada tahun 1884, E. Baumann menemukan bahwa sistein adalah produk dari pengurangan sistin.

Setelah pekerjaan yang dilakukan oleh Bauman, pada tahun 1899, ditentukan bahwa sistein adalah penyusun utama protein yang membentuk tanduk berbagai hewan, yang menyarankan kemungkinan penggunaannya untuk sintesis polipeptida.

Sekarang diketahui bahwa sistein tubuh berasal dari makanan, daur ulang protein, dan sintesis endogen, yang terjadi terutama pada hepatosit.

karakteristik

Sistein memiliki berat molekul 121,16 g / mol dan, bersama dengan leusin, isoleusin, valin, fenilalanin, triptofan, metionin dan tirosin, di antara asam amino yang paling hidrofobik.

Itu termasuk dalam kelompok asam amino polar yang tidak bermuatan dan, seperti asam amino lainnya, dapat didegradasi dengan hidrolisis basa pada suhu tinggi.

Seperti triptofan, serin, glisin, dan treonin, sistein adalah prekursor metabolik untuk glukoneogenesis dan ketogenesis (pembentukan badan keton).

Asam amino ini ada sebagai bagian dari urutan peptida protein, tetapi juga dapat ditemukan bebas dalam plasma darah sebagai homogen (sistin, turunan) atau disulfida campuran, yang terdiri dari bentuk homosistein-sistein.

Perbedaan utama antara sistein bebas dan yang ditemukan dalam struktur protein adalah bahwa sistein bebas berada dalam keadaan redoks yang sangat teroksidasi, sedangkan sistein bebas biasanya cukup tereduksi.

Struktur

Seperti asam amino lainnya yang dijelaskan hingga saat ini, sistein memiliki atom karbon pusat, yang disebut kiral dan dikenal sebagai α-karbon.

Empat spesies kimia berbeda melekat pada atom karbon ini:

- gugus amino (-NH3 +)

- grup karboksil (-COO-)

- atom hidrogen dan

- substituen (-R).

Gugus substituen adalah gugus yang memberikan identitas pada setiap asam amino dan gugus sistein dicirikan dengan mengandung atom belerang sebagai bagian dari gugus tiol atau sulfhidril (-CH2-SH).

Kelompok inilah yang memungkinkannya untuk berpartisipasi dalam pembentukan jembatan disulfida intra dan antarmolekul. Karena ini adalah nukleofil, ia juga dapat berpartisipasi dalam reaksi substitusi.

Faktanya, rantai samping sistein ini dapat dimodifikasi untuk membentuk dua senyawa yang dikenal sebagai "selenocysteine" dan "lanthionine". Yang pertama adalah asam amino yang juga berperan dalam pembentukan protein dan yang kedua adalah turunan asam amino non-protein.

Kelompok tiol sistein juga dicirikan oleh afinitasnya yang tinggi terhadap perak dan ion merkuri (Ag + dan Hg2 +).

fitur

Fungsi utama sistein dalam organisme hidup berkaitan dengan partisipasinya dalam pembentukan protein. Secara khusus, sistein berpartisipasi dalam pembentukan jembatan disulfida, yang penting untuk pembentukan struktur protein tersier.

Selain itu, asam amino ini tidak hanya berguna untuk sintesis protein, tetapi juga berpartisipasi dalam sintesis glutathione (GSH) dan menyediakan sulfur tereduksi untuk metionin, asam lipoat, tiamin, koenzim A (CoA), molybdopterin (kofaktor) dan senyawa penting secara biologis lainnya.

Dalam kondisi asam amino sulfur dalam jumlah berlebihan, sistein dan asam amino terkait lainnya dapat digunakan untuk produksi piruvat dan sulfur anorganik. Piruvat berhasil diarahkan ke jalur glukoneogenik, berfungsi untuk produksi glukosa.

Keratin, yang merupakan salah satu jenis protein struktural paling melimpah di kerajaan hewan, kaya akan residu sistein. Misalnya, bulu domba mengandung lebih dari 4% sulfur dari asam amino ini.

Sistein juga berpartisipasi dalam banyak reaksi reduksi oksidasi, menjadikannya bagian dari situs aktif beberapa enzim.

Dengan bereaksi dengan glukosa, asam amino ini menghasilkan produk reaksi yang memperkenalkan rasa dan aroma yang menarik pada beberapa olahan kuliner.

Biosintesis

Biosintesis asam amino dalam tubuh manusia dan hewan lain (mamalia dan non-mamalia) terjadi dengan cara yang spesifik pada jaringan dan sel; ini adalah proses yang membutuhkan energi dan biasanya dipisahkan di antara berbagai organ.

Hati adalah salah satu organ utama yang terlibat dalam sintesis sebagian besar asam amino non-esensial, terlepas dari spesies yang dipertimbangkan.

Dalam hal ini, tidak hanya sistein yang disintesis, tetapi juga aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin, glisin, serin, tirosin, dan lainnya dari prekursor asam amino spesifiknya.

Pada tahun 1935, Erwin Brand menentukan bahwa sistein, pada mamalia, secara alami disintesis dari metionin, yang terdapat secara eksklusif di jaringan hati.

Proses ini dapat terjadi melalui "transmetilasi" metionin, di mana gugus metil dipindahkan ke kolin dan kreatin. Namun, sistein juga dapat dibentuk dari metionin berkat trans-sulfurisasi.

Kemudian ditunjukkan bahwa, selain metionin, beberapa senyawa sintetik seperti N-asetil sistein, sistein dan sistamin, merupakan prekursor yang berguna untuk sintesis sistein.

Dalam kasus N-asetil sistein, ia diambil oleh sel, di mana ia diubah menjadi sistein oleh enzim deasetilase di sitosol.

Mekanisme Sintesis

Mekanisme sintesis sistein dari metionin yang paling terkenal adalah trans-sulfurisasi. Ini terjadi terutama di hati, tetapi juga telah ditentukan di usus dan pankreas.

Ini terjadi dari homosistein, senyawa yang diturunkan dari asam amino metionin; dan reaksi pertama dalam jalur biosintetik ini adalah kondensasi yang dikatalisis oleh enzim cystathionine β-synthase (CBS).

Enzim tersebut mewakili langkah "kompromi" dari jalur tersebut dan mengembunkan homosistein dengan residu serin, asam amino protein lain, menghasilkan sistationin. Selanjutnya, senyawa ini "dipotong" atau "dibelah" oleh enzim cystathionase, yang mengarah pada pelepasan sistein.

Regulasi aktivitas enzimatik CBS dimediasi oleh ketersediaan metionin dan oleh keadaan redoks sel tempat proses ini terjadi.

Melalui jalur sintesis sistein, sel dapat menangani kelebihan metionin, karena konversinya menjadi sistein merupakan proses yang tidak dapat diubah.

Sintesis sistein pada tumbuhan dan mikroorganisme

Dalam organisme ini, sistein disintesis terutama dari belerang anorganik, yang merupakan sumber belerang yang dapat digunakan paling melimpah di biosfer aerobik.

Ini diambil, memasuki sel dan kemudian direduksi menjadi sulfur (S2-), yang dimasukkan ke dalam sistein dengan cara yang mirip dengan apa yang terjadi dengan amonia dalam sintesis glutamat atau glutamin.

Metabolisme dan degradasi

Katabolisme sistein terjadi terutama pada sel hati (hepatosit), meskipun dapat juga terjadi pada jenis sel lain seperti neuron, sel endotel, dan sel otot polos pembuluh darah tubuh.

Cacat tertentu pada katabolisme sistein menghasilkan penyakit bawaan yang dikenal sebagai "cystinuria", yang ditandai dengan adanya batu sistin di ginjal, kandung kemih, dan ureter.

Sistin adalah asam amino yang berasal dari sistein dan batu dibentuk oleh penyatuan dua molekul ini melalui atom belerang mereka.

Bagian dari metabolisme hasil sistein dalam pembentukan asam scientosulfinic, dari mana taurin, asam amino non-protein, terbentuk. Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim sistein dioksigenase.

Selain itu, sistein dapat dioksidasi oleh formaldehida untuk menghasilkan N-formil sistein, proses selanjutnya yang dapat mengarah pada pembentukan "merkapturat" (produk dari kondensasi sistein dengan senyawa aromatik).

Pada hewan, sistein juga digunakan, serta glutamat dan glutamin, untuk sintesis koenzim A, glutathione (GSH), piruvat, sulfat, dan hidrogen sulfida.

Salah satu metode untuk konversi sistein menjadi piruvat terjadi dalam dua langkah: yang pertama melibatkan penghilangan atom belerang dan yang kedua adalah reaksi transaminasi.

Ginjal bertanggung jawab atas ekskresi sulfat dan sulfit yang berasal dari metabolisme senyawa sulfur seperti sistein, sedangkan paru-paru menghembuskan sulfur dioksida dan hidrogen sulfida.

Glutathione

Glutathione, molekul yang terdiri dari tiga residu asam amino (glisin, glutamat, dan sistein) adalah molekul yang ada pada tumbuhan, hewan, dan bakteri.

Ini memiliki sifat khusus yang menjadikannya buffer redoks yang sangat baik, karena melindungi sel dari berbagai jenis stres oksidatif.

Makanan kaya sistein

Sistein ditemukan secara alami dalam makanan yang mengandung belerang seperti kuning telur (kuning), paprika merah, bawang putih, bawang merah, brokoli, kembang kol, kubis dan kubis Brussel, selada air dan sawi hijau.

Itu juga hadir terutama dalam makanan yang kaya protein seperti daging, kacang-kacangan dan produk susu, di antaranya adalah:

- Daging sapi, babi, ayam, dan ikan

- Oat dan lentil

- Biji bunga matahari

- Yogurt dan keju

Manfaat asupan sistein

Asupannya dianggap mencegah rambut rontok dan merangsang pertumbuhannya. Dalam industri makanan, ini banyak digunakan sebagai pengembang adonan roti dan juga untuk "mereproduksi" rasa seperti daging.

Penulis lain telah melaporkan bahwa asupan suplemen makanan atau makanan yang kaya sistein mengurangi cedera biokimia yang disebabkan oleh konsumsi makanan yang terkontaminasi dengan elemen logam secara berlebihan, karena berpartisipasi dalam reaksi "chelation".

Beberapa suplemen nutrisi yang berhubungan dengan sistein digunakan oleh manusia sebagai antioksidan, yang dianggap bermanfaat dari sudut pandang "memperlambat" penuaan.

N-asetil sistein (prekursor dalam sintesis sistein) misalnya, diambil sebagai suplemen nutrisi, karena hal ini menghasilkan peningkatan biosintesis glutathione (GSH).

Penyakit terkait

Ada beberapa publikasi ilmiah yang menghubungkan kadar sistein plasma yang tinggi dengan obesitas dan patologi terkait lainnya seperti penyakit kardiovaskular dan sindrom metabolik lainnya.

Sistinuria, seperti yang disebutkan di atas, adalah patologi yang berhubungan dengan keberadaan batu sistin, turunan sistein, akibat cacat genetik pada reabsorpsi ginjal asam amino dibasa seperti sistin.

Gangguan defisiensi

Kekurangan sistein telah dikaitkan dengan stres oksidatif, karena ini adalah salah satu prekursor utama untuk sintesis glutathione. Oleh karena itu, kekurangan asam amino ini dapat menyebabkan penuaan dini dan semua hal itu berarti.

Suplementasi sistein telah terbukti secara eksperimental meningkatkan fungsi otot rangka, menurunkan rasio antara lemak dan massa tubuh non-lemak, menurunkan kadar sitokin inflamasi plasma, meningkatkan fungsi sistem kekebalan, dll.

Pada pertengahan 1990-an, beberapa penelitian memberi kesan bahwa Acquired Immune Deficiency Syndrome (AIDS) bisa jadi akibat dari kekurangan sistein yang disebabkan virus.

Klaim ini didukung oleh fakta bahwa pasien HIV-positif yang diperiksa memiliki tingkat sistin dan sistein plasma yang rendah, selain konsentrasi glutathione intraseluler yang rendah.

Referensi

1. Dröge, W. (1993). Defisiensi Sistein dan Glutathione pada Pasien AIDS: Alasan Pengobatan dengan N-Asetil-Sistein. Farmakologi, 46, 61-65.
2. Dröge, W. (2005). Stres oksidatif dan penuaan: Apakah penuaan merupakan sindrom defisiensi sistein? Transaksi Filosofis Royal Society B: Ilmu Biologi, 360 (1464), 2355–2372.
3. Elshorbagy, AK, Smith, AD, Kozich, V., & Refsum, H. (2011). Sistein dan obesitas. Obesitas, 20 (3), 1–9.
4. Kredich, N. (2013). Biosintesis sistein. EcoSal Plus, 1–30.
5. McPherson, RA, & Hardy, G. (2011). Manfaat klinis dan nutrisi dari suplemen protein yang diperkaya sistein. Opini Terkini dalam Nutrisi Klinis dan Perawatan Metabolik, 14, 562–568.
6. Mokhtari, V., Afsharian, P., Shahhoseini, M., Kalantar, SM, & Moini, A. (2017). Review tentang berbagai penggunaan N-acetyl cysteine. Jurnal Sel, 19 (1), 11–17.
7. Piste, P. (2013). Antioksidan utama sistein. Jurnal Internasional Farmasi, Ilmu Kimia dan Biologi, 3 (1), 143–149.
8. Quig, D. (1998). Metabolisme sistein dan toksisitas logam. Review Pengobatan Alternatif, 3 (4), 262-270.
9. Wu, G. (2013). Asam amino. Biokimia dan Nutrisi. Boca Raton, FL: Taylor & Francis Group.