Methionin

Methionin (viết tắt là Met hoặc M) là một α-amino acid với công thức hóa học HO₂CCH(NH₂)CH₂CH₂SCH₃. Đây là một amino acid thiết yếu không phân cực. Methionin được mã hóa bởi codon AUG, thường được gọi là mã khởi đầu, chịu trách nhiệm tín hiệu bắt đầu quá trình tổng hợp protein trên mARN.

Chức năng

Giống như cysteine, methionin là một trong hai amino acid chứa lưu huỳnh trong protein. Dẫn xuất của nó, S-adenosyl methionin (SAM), hoạt động như một chất cung cấp nhóm methyl. Methionin là một chất trung gian trong quá trình tổng hợp cysteine, carnitine, taurine, lecithin, phosphatidylcholine, và các phospholipid khác. Rối loạn trong chuyển hóa methionin có thể gây ra xơ vữa động mạch.

Các loài thực vật sử dụng methionin để tổng hợp ethylene qua chu trình Yang hoặc chu trình methionin.

Methionin là một trong hai amino acid duy nhất được mã hóa bởi một codon duy nhất (AUG) trong mã di truyền (amino acid còn lại là tryptophan, được mã hóa bởi codon UGG). AUG hoạt động như tín hiệu khởi đầu quá trình dịch mã để tổng hợp protein từ mARN trong ribosome. Vì vậy, methionin là amino acid đầu tiên được thêm vào đầu N của tất cả các protein ở eukaryote và archaea trong quá trình dịch mã, sau đó bị loại bỏ qua sửa đổi sau dịch mã. Ở vi khuẩn, amino acid khởi đầu là N-formylmethionine, một dẫn xuất của methionin.

Chế độ ăn thiếu methionin ở chuột thí nghiệm có thể dẫn đến viêm gan nhiễm mỡ. Việc bổ sung methionin vào chế độ ăn có thể giảm các triệu chứng bệnh lý do thiếu hụt methionin.

Dạng ion lưỡng cực

Tổng hợp methionine

Methionine là một amino acid thiết yếu, không thể được tổng hợp mới trong cơ thể người và cần phải lấy từ thực phẩm. Ở thực vật và vi sinh vật, methionine được tạo ra từ axit aspartic và cysteine. Đầu tiên, axit aspartic chuyển thành β-aspartyl-semialdehyde, sau đó thành homoserine. Homoserine tiếp tục chuyển thành O-succinyl homoserine, chất này phản ứng với cysteine để tạo cystathionine, sau đó cystathionine bị phân cắt thành homocysteine. Homocysteine được methyl hóa nhóm thiol bởi folate để tạo methionine. Cả hai enzym cystathionine-γ-synthase và cystathionine-β-lyase đều yêu cầu coenzym pyridoxal-5'-phosphate, trong khi đó homocysteine methyltransferase cần vitamin B₁₂.

Các enzym liên quan đến quá trình tổng hợp methionine gồm:

1. aspartokinase
2. β-aspartate semialdehyde dehydrogenase
3. homoserine dehydrogenase
4. homoserine O-transsuccinylase
5. cystathionine-γ-synthase
6. cystathionine-β-lyase
7. methionine synthase (ở động vật có vú, enzym thay thế là homocysteine methyltransferase)

Các con đường chuyển hóa khác

Dù không được tổng hợp trong cơ thể động vật có vú, methionine có thể tham gia vào nhiều con đường chuyển hóa khác nhau:

Quá trình tạo homocysteine

Methionine chuyển hóa thành S-adenosylmethionine (SAM) nhờ vào enzym (1) methionine adenosyltransferase.

SAM hoạt động như một nguồn cung cấp nhóm methyl cho nhiều phản ứng enzym cần enzym (2) methyltransferase, và sau đó SAM được chuyển hóa thành S-adenosylhomocysteine (SAH).

(3) Enzym adenosylhomocysteinase chuyển SAH thành homocysteine.

Tại điểm này, có hai khả năng xảy ra: homocysteine có thể được sử dụng để tái tạo methionine hoặc để tổng hợp cysteine.

Tái tổng hợp methionine

Methionine có thể được tái tổng hợp từ homocysteine nhờ vào enzym (4) methionine synthase, phản ứng này cần sự hỗ trợ của coenzym Vitamin B₁₂.

Homocysteine có thể được methyl hóa trở lại thành methionine nhờ glycine betaine (N,N,N-trimethyl glycine, TMG) dưới tác dụng của enzym betaine-homocysteine methyltransferase (E.C.2.1.1.5, BHMT). BHMT chiếm 1.5% tổng lượng protein tan trong nước của gan, và nghiên cứu gần đây cho thấy nó có thể ảnh hưởng nhiều hơn methionine synthase trong việc duy trì cân bằng nồng độ methionine và homocysteine trong cơ thể.

Chuyển hóa thành cysteine

Homocysteine có thể được chuyển hóa thành cysteine.

• (5) Enzym cystathionine-β-synthase (phụ thuộc vào PLP) kết hợp homocysteine với serine để tạo cystathionine. Thay vì bị phân hủy bởi enzym cystathionine-β-lyase, trong con đường tổng hợp này, cystathionine được phân tách thành cysteine và α-cetobutyrate nhờ enzym (6) cystathionine-γ-lyase.
• (7) Enzym α-cetoacid dehydrogenase chuyển α-cetobutyrate thành propionyl-CoA, và sau đó chuyển hóa thành succinyl-CoA qua ba bước (xem propionyl-CoA).

Tổng hợp

Methionine racemic mixture có thể được tổng hợp từ dietyl natri phthalimidomalonat thông qua phản ứng alkyl hóa với cloroetylmetylsulfua (ClCH₂CH₂SCH₃), sau đó trải qua các bước thủy phân và decarboxyl hóa.

Nguồn thực phẩm

Methionine có nhiều trong trứng, cá, thịt, các loại hạt và ngũ cốc. Hầu hết trái cây và rau quả chỉ chứa lượng methionine rất nhỏ. Kết hợp ngũ cốc giàu methionine với rau giàu lysine sẽ cung cấp đủ amino acid cần thiết.

Methionine racemic thường được bổ sung vào thức ăn cho động vật.

Giới hạn methionine trong chế độ ăn

Nghiên cứu khoa học đã chỉ ra rằng việc giảm lượng methionine trong chế độ ăn của một số loài động vật có thể giúp kéo dài tuổi thọ của chúng.

Một nghiên cứu năm 2005 cho thấy giảm lượng methionine trong khẩu phần, trong khi vẫn cung cấp đủ năng lượng, có thể kéo dài tuổi thọ của chuột.

Ngược lại, một nghiên cứu đăng trên tạp chí Nature cho thấy giới hạn methionine (cùng với các amino acid thiết yếu khác) trong chế độ ăn của ruồi giấm giúp phục hồi khả năng sinh sản mà không làm giảm tuổi thọ.

Các nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng giảm methionine trong khẩu phần ăn có thể kéo dài tuổi thọ, ngăn ngừa các bệnh liên quan tuổi tác và giảm nguy cơ ung thư đại tràng ở chuột.

Nghiên cứu trên chuột năm 2009 cho thấy bổ sung methionine vào thức ăn làm tăng sản xuất gốc oxy hóa tự do trong ti thể và tổn thương mARN trong tế bào gan, từ đó giải thích cơ chế độc gan.

Các ứng dụng khác

DL-methionine thường được thêm vào khẩu phần của chó, giúp bảo vệ cỏ bằng cách làm giảm độ pH của nước tiểu.

• Allantoin
• Formylmethionine
• Ngộ độc paracetamol – Methionine có thể giúp bảo vệ gan khỏi tác hại khi bị ngộ độc paracetamol.

Liên kết bên ngoài

Mẫu: Thuốc chống độc