Тирозин

Тирози́н (α-амино-β-(п-гидроксифенил) пропионовая кислота; обозначается символами Tyr, Y) — ароматическая α-аминокислота, относящаяся к протеиногенным аминокислотам. В составе белков остаток этого соединения называется тирозилом. Молекула тирозина представляет собой производное фенилаланина и отличается от него присутствием фенольной гидроксильной группы в пара-положении ароматического кольца[1][2].

Тирозин
L-Tyrosin - L-Tyrosine.svg
Общие
Систематическое
наименование		 2-​амино-​3-​​(4-​
гидроксифенил)​
пропановая кислота
Сокращения Тир, Tyr, Y
UAU,UAC
Рац. формула C9H11NO3
Физические свойства
Молярная масса 181,19 г/моль
Плотность 1,456 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 343 °C
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 2,24
9,04
10,10
Изоэлектрическая точка 5,66
Классификация
Рег. номер CAS [60-18-4]
Рег. номер EINECS 200—460-4
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Вещество существует в виде двух оптических изомеров — L-формы и D-формы, а также рацемической смеси DL. В природных белках встречается исключительно L-тирозин, который участвует в построении пептидных цепей и выполняет множество специфических биологических функций. Фенольная группа в структуре тирозина определяет его химические свойства и способность к различным посттрансляционным модификациям[3].

История открытия

Тирозин был впервые выделен в 1846 году из молочного белка казеина немецким химиком Юстусом фон Либихом. Название аминокислоты происходит от греческого слова tyros, что означает «сыр», поскольку первоначальным источником для выделения вещества послужил именно этот молочный продукт[2][4][5].

Работы Либиха по исследованию состава органических соединений заложили основу для дальнейшего изучения аминокислот и их роли в живых организмах. В последующие десятилетия были проведены исследования химической структуры тирозина, установлено наличие фенольной группы и определена его принадлежность к ароматическим аминокислотам.

Биосинтез

Пути образования тирозина различаются у разных групп организмов. У растений, грибов и микроорганизмов синтез этой аминокислоты осуществляется через шикиматный путь — многоступенчатую последовательность ферментативных реакций, начинающуюся с простых предшественников. Ключевыми промежуточными продуктами этого пути являются хоризмат и префенат, которые последовательно превращаются в п-гидроксифенилпировиноградную кислоту. Завершающей стадией служит реакция трансаминирования, в которой донором аминогруппы выступает глутаминовая кислота, а продуктами становятся тирозин и α-кетоглутарат[6].

У животных, включая человека, тирозин не синтезируется из простых предшественников способом de novo. Образование этой аминокислоты происходит исключительно путём гидроксилирования незаменимой аминокислоты фенилаланина. Данную реакцию катализирует фермент фенилаланин-4-гидроксилаза, относящийся к классу монооксигеназ и требующий для своей работы молекулярного кислорода и кофактора тетрагидробиоптерина[7][8]. Благодаря возможности синтеза из фенилаланина тирозин классифицируется как условно заменимая аминокислота, то есть организм может самостоятельно производить её при достаточном поступлении фенилаланина с пищей[7].

Катаболизм

Распад тирозина в организме представляет собой сложный многостадийный процесс. Первоначально происходит переаминирование тирозина с образованием 4-гидроксифенилпирувата. Далее специфическая диоксигеназа окисляет это соединение до гомогентизата — ключевого промежуточного метаболита катаболического пути. Гомогентизат подвергается действию фермента гомогентизат-1,2-диоксигеназы, результатом чего становится образование малеилацетоацетата[9][10].

Малеилацетоацетат изомеризуется в фумарилацетоацетат под действием малеилацетоацетат-цис-транс-изомеразы, причём коферментом этой реакции служит глутатион. На заключительной стадии фумарилацетоацетат подвергается гидролизу с образованием двух конечных продуктов — фумарата и ацетоацетата[11][12]. Эти вещества далее могут включаться в центральные метаболические пути: фумарат поступает в цикл трикарбоновых кислот, а ацетоацетат используется для образования кетоновых тел или также окисляется в цикле Кребса (цитратном цикле).

Нарушения метаболизма

Нарушения обмена тирозина приводят к развитию наследственных заболеваний, связанных с дефектами ферментов катаболического пути. Алкаптонурия представляет собой редкое аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное недостаточностью фермента гомогентизат-1,2-диоксигеназы. При этом состоянии гомогентизат накапливается в организме и выделяется с мочой, которая темнеет на воздухе вследствие окисления этого метаболита. Длительное накопление гомогентизата приводит к отложению тёмного пигмента в соединительных тканях и развитию артропатии[13].

Тирозинемия объединяет группу наследственных нарушений катаболизма тирозина, различающихся по поражённому ферменту и клиническим проявлениям. Тирозинемия I типа вызвана дефицитом фумарилацетоацетатгидролазы и характеризуется тяжёлым поражением печени и почек[14]. Тирозинемия II типа связана с недостаточностью тирозинаминотрансферазы и проявляется поражением глаз и кожи. Фенилкетонурия, хотя и является нарушением метаболизма фенилаланина, косвенно влияет на обмен тирозина: при дефиците фенилаланин-4-гидроксилазы фенилаланин не может превращаться в тирозин, что делает последний условно незаменимой аминокислотой для больных фенилкетонурией[8].

Биологическая роль

Биосинтез тирозина из префената у растений.
Биосинтез тирозина из префената у растений.

Тирозин служит исходным субстратом для биосинтеза катехоламинов — группы важнейших нейромедиаторов и гормонов. Последовательность превращений начинается с гидроксилирования тирозина ферментом тирозингидроксилазой, которая катализирует образование L-диоксифенилаланина (L-ДОФА) и является лимитирующим ферментом всего пути[15]. Из L-ДОФА последовательно образуются дофамин, норадреналин и адреналин — вещества, регулирующие деятельность нервной системы, сердечно-сосудистой системы и многие другие физиологические процессы[7]. Тирозин также выступает предшественником гормонов щитовидной железы — трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4), которые контролируют скорость основного обмена веществ в организме[16].

Помимо участия в синтезе гормонов и нейромедиаторов, тирозин играет роль в образовании пигмента меланина, отвечающего за окраску кожи, волос и радужной оболочки глаза[7]. Совместно с фенилаланином тирозин участвует в формировании бензохинонового фрагмента коэнзима Q10 — важного компонента дыхательной цепи митохондрий. В растениях фермент тирозин-аммиачная лиаза катализирует превращение L-тирозина в п-кумаровую кислоту, которая является звеном биосинтетического пути многочисленных природных фенольных соединений. В латексе опийного мака (Papaver somniferum) установлен метаболический путь, ведущий от тирозина к морфину, что было показано с использованием радиоактивной метки по углероду-14.

Роль в ферментах и сигнальных путях

Остатки тирозина в составе белков служат мишенью для многочисленных посттрансляционных модификаций. Фенольная гидроксильная группа тирозила является частой точкой присоединения фосфатной группы под действием протеинкиназ — ферментов, осуществляющих фосфорилирование белков. Фосфотирозин обнаруживается в клетках с помощью специфических антител и служит маркером активации многих сигнальных каскадов[17]. Кроме фосфорилирования, остатки тирозина могут подвергаться сульфатированию при участии тирозилпротеинсульфотрансфераз; сульфотирозин также выявляется специфическими антителами и участвует в регуляции белок-белковых взаимодействий[17].

В некоторых белках остатки тирозина образуют ковалентные поперечные связи, формируя структуры дитирозина и тритирозина. Такие сшивки обнаружены, в частности, в резилине — эластичном белке кутикулы насекомых, обеспечивающем упругость их покровов[18]. В фотосистеме II — ключевом комплексе фотосинтетического аппарата растений — остаток тирозина выполняет функцию донора электронов для восстановления окисленного хлорофилла. При этом тирозин теряет атом водорода фенольной гидроксильной группы, образуя радикал, который затем восстанавливается при участии кластеров атомов марганца[19]. Классическая ксантопротеиновая реакция на белки основана преимущественно на нитровании ароматических колец остатков тирозина, хотя в ней также участвуют фенилаланин, триптофан и гистидин.

Ферментативное окисление тирозина
Ферментативное окисление тирозина фенилаланингидроксилазой (вверху) и неэнизматическое окисление фенилаланина свободными радикалами гидроксила (посередине и внизу)

Пищевые источники и применение

Тирозин присутствует в белках многих продуктов питания. Богатыми источниками этой аминокислоты являются продукты животного происхождения — мясо, рыба, морепродукты, молочные изделия и яйца, а также растительные продукты, среди которых выделяются бобовые культуры, орехи, семена и злаки. Всего тирозин обнаружен более чем в сотне различных пищевых компонентов, что обеспечивает его регулярное поступление в организм человека с обычным рационом[20].

Содержание тирозина в наиболее распространённых продуктах питания представлено в следующей таблице[21]:

Вид продукта Содержание, мг/100 г
Изолят соевого белка 3222
Яичный белок сушёный 3153
Спирулина сушёная 2584
Арахисовая мука обезжиренная 2122
Треска атлантическая вяленая и солёная 2121
Кунжутная мука нежирная 2100
Сыр пармезан твёрдый 1995
Яйцо целое сушёное 1981
Соевая мука обезжиренная 1778
Молоко сухое обезжиренное 1746
Тофу вялено-замороженный (коя-дофу) 1604

Поскольку тирозин образуется в организме из фенилаланина, он относится к заменимым аминокислотам, однако непосредственное поступление с пищей уменьшает метаболическую нагрузку на ферментные системы гидроксилирования.

При использовании тирозина в качестве пищевой добавки рекомендуется принимать его натощак, допускается растворение в апельсиновом соке. В метаболизме тирозина участвуют тирозингидроксилаза и витамины группы B, включая ниацин, которые необходимы для эффективного использования аминокислоты. Описаны взаимодействия тирозина с другими аминокислотами при всасывании в кишечнике, поскольку они конкурируют за общие транспортные системы; упоминается возможное взаимодействие с 5-гидрокситриптофаном.

Рекомендуемая суточная доза тирозина для поддержания нормальных физиологических функций у здорового человека составляет 16 мг на 1 кг массы тела. При тяжёлых нервно-психических состояниях, выраженном стрессе и депрессивных расстройствах дозировка может увеличиваться до 600‒2000 мг в сутки. Для улучшения функции щитовидной железы и уменьшения симптомов предменструального синдрома рекомендуются дозы от 100 до 150 мг в день. Недостаточное поступление тирозина проявляется ожирением, быстрой утомляемостью, депрессивными состояниями, низкой стрессоустойчивостью, резкими перепадами настроения, снижением аппетита, ухудшением когнитивных функций, симптомами паркинсонизма, нарушением работы щитовидной железы, гиперактивностью и дисфункцией надпочечников. Избыток тирозина в организме может приводить к снижению мышечной массы, повышению артериального давления, понижению температуры тела и учащению частоты сердечных сокращений.

Тирозин изучается в качестве пищевой добавки с потенциальным влиянием на когнитивные функции и адаптацию к стрессу. Поскольку тирозин является субстратом для синтеза катехоламинов (дофамина, норадреналина, адреналина), предполагается, что его дополнительное поступление может влиять на нейромедиаторный баланс при стрессовых состояниях. Исследования эффектов дополнительного приёма тирозина показали неоднозначные результаты. Ряд работ продемонстрировал улучшение когнитивных показателей в условиях острого стресса (холод, недосыпание, многозадачность)[22]. В исследованиях на спортсменах оценивалось влияние тирозина на физическую выносливость и восстановление, однако данные остаются противоречивыми. Учитывая роль тирозина в синтезе гормонов щитовидной железы, обсуждается его влияние на метаболизм при гипотиреозе. Отдельные исследования изучали эффекты тирозина при предменструальном синдроме, связывая их с модуляцией катехоламинергической передачи. Тирозин конкурирует с другими крупными нейтральными аминокислотами за транспорт через гематоэнцефалический барьер посредством L-транспортной системы, что может влиять на его центральные эффекты[23].

Изомеры и окислительный стресс

Помимо обычного пара-тирозина, который является стандартной протеиногенной аминокислотой, в природе встречаются редкие региоизомеры — мета-тирозин и орто-тирозин. Эти соединения не синтезируются ферментативным путём, а образуются в результате неферментативного свободнорадикального гидроксилирования фенилаланина в условиях окислительного стресса. Гидроксильные радикалы и другие активные формы кислорода атакуют ароматическое кольцо фенилаланина в составе белков, присоединяя гидроксильную группу в мета- или орто-положение вместо обычного пара-положения[24][25].

Присутствие мета- и орто-изомеров тирозина в биологических образцах служит маркером повреждения белков активными формами кислорода и может использоваться для оценки степени окислительного повреждения тканей при различных патологических состояниях[24]. Накопление этих изомеров обнаруживается при воспалительных процессах, ишемии, нейродегенеративных заболеваниях и других состояниях, сопровождающихся повышенной продукцией свободных радикалов[25]. Определение концентрации мета- и орто-тирозина применяется в качестве биохимического метода оценки окислительного стресса в исследовательских и клинических целях[25].

Литература

  • Тирозин // Большая российская энциклопедия / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М.: Большая российская энциклопедия, 2004–2017.
  • Шапошников А. М. Тирозин // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б. В. Петровский. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — Т. 25 : Тениус — Углекислота. — С. 544.
  • Dixon M., MacDonald A, White F. Disorders of Amino Acid Metabolism, Organic Acidemias and Urea Cycle Defects PKU in Lawson M, Shaw V (eds.) // Clinical Paediatric Dietetics. — Oxford: Blackwell Science, 2001. — P. 233–294.
  • Ellaway CJ., Holme E, Standing S. et al. Outcome of Tyrosinemia Type III // Journal of Inherited Metabolic Disease. — 2001. — № 24.
  • Holme E, Linstedt S. Tyrosinemia Type I adn NTBC (2-(2-nitro-4-triflourom othylbenoyl)-1,3-cyclohexanedione) // Journal of Inherited Metabolic Disease. — 1998. — № 21.
  • Report of Medical Research Council on the Dietary Management of PKU. Recommendations on the Dietary Management of PKU // Archives of Disease in Childhood. — 1993. — № 68.

Примечания

  1. ↑ Тирозин // Большая медицинская энциклопедия / Главный редактор: Семашко Н. А.. — 1928. — Т. 32. — С. 539–540.
  2. ↑ 2,0 2,1 Тирозин. Большая российская энциклопедия: научно-образовательный портал.
  3. ↑ Степуро И. И. Нитрование тирозина и тирозильных остатков миоглобина под действием видимого света в присутствии рибофлавина и нитрита // Журнал прикладной спектроскопии. — 2023. — Т. 90, № 3.
  4. ↑ Tyrosine. Tyrosine | Amino Acid, Protein, Neurotransmitter | Encyclopaedia Britannica.
  5. ↑ Tyrosine. Columbia Encyclopedia.
  6. ↑ Лысак, В. В., Мямин В. Е., Василенко С. Л. Микробиология. — Минск: БГУ, 2024. — С. 158–159. — 301 с.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 Северин Е. С., Алейникова Т. Л., Осипов Е. В., Силаева С. А. Биологическая химия. — М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. — С. 268–269. — 364 с. — ISBN 5-89481-458-8.
  8. ↑ 8,0 8,1 Классическая фенилкетонурия и другие виды гиперфенилаланинемии. Клинические рекомендации.
  9. ↑ Страйер Л. Биохимия в 3-х томах / пер. с англ. Капнер Р. Б. / под ред. Северина Е. С.. — М.: Мир, 1985. — Т. 2. — С. 175. — 312 с.
  10. ↑ Кузнецова Е. А. Биохимия : методические указания. — Орёл: ОрелГТУ, 2010. — С. 24–25.
  11. ↑ Polekhina G., Board P. G., Blackburn A. C., Parker M. W. Crystal Structure of Maleylacetoacetate Isomerase/Glutathione Transferase Zeta Reveals the Molecular Basis for Its Remarkable Catalytic Promiscuity (англ.) // Biochemistry. — 2001. — Vol. 40, no. 6. — P. 1567–1576.
  12. ↑ Бабцева А. Ф., Юткина О. С., Романцова Е. Б. Медицинская генетика : Учебное пособие. — Благовещенск, 2012. — С. 82–84.
  13. ↑ Сердюк А. В., Ковражкина Е. А., Кулькова А. О. Алкаптонурия у пациента с вертебрально-базилярной недостаточностью: описание случая и обзор литературы // Consilium Medicum. — 2017. — Т. 19, № 2. — С. 51–55.
  14. ↑ Волынец Г. В., Никитин А. В., Скворцова Т. А. Наследственная тирозинемия 1-го типа у детей // Российский вестник перинатологии и педиатрии. — 2019. — Т. 64, № 5. — С. 69–83.
  15. ↑ Сухарева Е. В., Калинина Т. С., Булыгина В. В., Дыгало Н. Н. Тирозингидроксилаза мозга и ее регуляция глюкокортикоидами // Вавиловский журнал генетики и селекции. — 2016. — № 20(2). — С. 212-219.
  16. ↑ Дедов И. И., Мельниченко Г. А., Фадеев В. В. Эндокринология. — М.: Медицина, 2000. — С. 29. — 864 с.
  17. ↑ 17,0 17,1 Zheng Q., Xiang X., Yan Y., Yu H. H. Visualizing Low-Abundance Proteins and Post-Translational Modifications in Living Drosophila Embryos via Fluorescent Antibody Injection // JoVE Journal. — 2024.
  18. ↑ Andersen S. O. The Cross-Links in Resilin Identified as Dityrosine and Trityrosine (англ.) // Biochim. Biophys. Acta. — 1964. — No. 93. — P. 213–215.
  19. ↑ Haumann M., Mulkidjanian A., Junge W. Tyrosine-Z in oxygen-evolving Photosystem II: a hydrogen-bonded tyrosinate (англ.) // Biochemistry. — 1999. — No. 38(4). — P. 1258–1267.
  20. ↑ Steenbergen L., Sellaro R., Hommel B., Colzato L. S. Tyrosine promotes cognitive flexibility: evidence from proactive vs. reactive control during task switching (англ.) // Frontiers in Human Neuroscience. — 2015. — Vol. 9.
  21. ↑ Find Foods Highest in Tyrosine (per 100 gram Serving). Medindia.
  22. ↑ Jongkees B. J., Hommel B. The effects of tyrosine on cognitive performance: a systematic review and meta-analysis (англ.) // Psychopharmacology. — 2015. — Vol. 232, no. 6. — P. 1169–1180.
  23. ↑ Yan R., Li Y., Müller J., Zhang Y., Singer S., et al. Mechanism of substrate transport and inhibition of the human LAT1-4F2hc amino acid transporter (англ.) // Cell Discovery. — 2021. — Vol. 7.
  24. ↑ 24,0 24,1 Ipson B. R., Fisher A. L. Roles of the tyrosine isomers meta-tyrosine and ortho-tyrosine in oxidative stress (англ.) // Ageing Research Reviews. — 2016. — Vol. 27. — P. 93–107.
  25. ↑ 25,0 25,1 25,2 Molnár G. A., Wagner Z., Markó L., et al. Urinary ortho-tyrosine excretion in diabetes mellitus and renal failure: evidence for hydroxyl radical production (англ.) // Kidney International. — 2005. — Vol. 68, no. 5. — P. 2281–2287.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Тирозин&oldid=2157492