Tsüsteiin (Cys) — α‑aminohape: määratlus, struktuur ja roll valkudes

Tsüsteiin (Cys) — α-aminohape: keemiline struktuur, disulfiidsidemed ja roll valkude stabiliseerimisel ning ensümaatilistes reaktsioonides.

Tsüsteiin (lühend Cys või C) on α‑aminohape, mille keemiline valem on HO₂CCH(NH₂)CH₂SH. See aminohape sisaldab väävlit tiolrühmas (–SH), mis annab talle spetsiifilise keemia ja bioloogilise aktiivsuse.

Keemilised omadused ja stereokeemia

Tsüsteiini tiolrühm on reaktiivne: see võib toimida nukleofiilina, osaleda redoksreaktsioonides ning siduda raskemetalle. Vaba tsüsteiini tioli pKa on ligikaudu 8,3 (sõltuvalt keskkonnast), mistõttu osa aatomitest võib normaalsel rakutingimustel olla deprotoneeritud. Aminohappe molekul on kootsentriline ja looduses esinev proteiine moodustav vorm on L‑tsüsteiin (L‑Cys).

Bioloogiline roll ja valkudes esinemine

Tsüsteiin on pooleldi oluline aminohape: inimene suudab seda sünteesida methioniinist ja seriinist, kuid teatud olukordades (nt imikud, haigused või piiratud dieet) võib see muutuda asendamatuks toitumislikult. Tsüsteiini tioolne külgahel on paljude ensüümide aktiivsuskeskustes oluline – katalüütiline tsüsteiin osaleb nukleofiilsetes rünnakutes, redoksetappides ja ligandina metallide sidumisel.

Tioolrühmade oksüdeerimisel tekivad disulfiidsidemed (–S–S–), mille tulemuseks on kaks tsüsteiini jääki kokku loodud tsüstiin. Sellised disulfiidsidemed on olulised valkude kolmemõõtmelise struktuuri stabiliseerimisel ning valkude voldumisel ja funktsioonil. Disulfiidide moodustumine/murdumine on samuti oluline sünteesil ja valkude transportimisel raku eriosades (nt endoplasmaatiline retiikulum).

Biosüntees ja geneetika

Inimese organism sünteesib tsüsteiini peamiselt methioniinist ja seriinist läbi transsulfatsiooniradade. Genetiliselt kodeerivad tsüsteiini aminohappeid mRNA koodonid; Koodid UGU ja UGC tähistavad tsüsteiini sünteesi ribosoomis. Proteiinides kasutatakse peaaegu alati L‑konfiguratsiooni.

Roll antioksüdandina ja metaboolsed funktsioonid

Tsüsteiin on võtmeosa tripeptiidses antioksüdandis glutathioonis (GSH), mis osaleb raku pindaktiivsuses ja vabade radikaalide neutraliseerimises. Glutathioni kaudu aitab tsüsteiin reguleerida raku redoks‑tasakaalu ning detoksikatsiooni protsesse. Lisaks osaleb tsüsteiin raku signalisatsioonis ja valkude posttranslatsioonilistes modifikatsioonides (nt S‑nitrosüleerimine või paljud muud thiol‑spetsiifilised muutused).

Metalli sidumine ja struktuurivaldkond

Mitmetes valkudes (nt tsink‑sõrmedes) toimivad tsüsteiini sidemed metal‑koordinaatoritena, kus tiolrühmad siduvad Zn²⁺ või teisi metallioone, andes struktuurset ja funktsionaalset stabiilsust. Katalüütilised tsüsteiinijäägid ensüümides võivad moodustada vaheühendeid substraadiga või osaleda lämmastiku‑ ja ränilahendustega redoksprotsessides.

Toitumine, allikad ja lisandina kasutamine

Tsüsteiin esineb rikkalikult loomsetes valkudes: liha, linnuliha, munades ja piimatoodetes ning ka mõningates taimsetes allikates nagu kaunviljad ja pähklid. Kuna organism suudab osa tsüsteiinist sünteesida methioniinist, loetakse seda sageli pool‑asendamatuks aminohappeks; aga ebapiisava metioniini tarbimise korral võib tsüsteiin muutuda toitumuslikult oluliseks.

Toiduainetööstuses kasutatakse tsüsteiini ka lisaainena. Selle E‑number on E920. L‑tsüsteiini kasutatakse näiteks taigna konditsioneerijana ja muudes tehnilistes rakendustes. Varasemalt on tööstuslikult toodetud tsüsteiin mõnikord saadud loomsetest allikatest (nt juuksed või sulestik), kuid tänapäeval kasutatakse sageli fermentatsiooniga saadud või sünteetilisi allikaid.

Puudus, ülekuulamine ja ohutus

Puudus on harvaesinev, kuid võib tekkida pikaaegse energia‑ või metioniinivaeguse korral ning avalduda halvas valgusünteesis ja nõrgenenud antioksüdantses kaitses. Kõrvaltoimeid seostatakse suuremate annustega toidulisandina harvemini; tööstuslikku päritolu ja tootmisprotsessi tuleks klientide teavitamisel arvestada (loomne vs mikrobioloogiline päritolu).

Kokkuvõte

Tsüsteiin on väävli sisaldav α‑aminohape, mille reaktiivne tioolrühm annab talle olulise rolli nii valkude struktuuris (disulfiidid) kui ka ensümaatilises ja antioksüdantses keemias. Kuna inimene suudab osa tsüsteiinist sünteesida, on see toitumuslikult pool‑oluline, kuid teatud tingimustes vajalik lisatarbimine. Toidulisandina ja tehniliselt on tsüsteiin tuntud ka kui E920.

Küsimused ja vastused

K: Mis on tsüsteiin?

K: Kas tsüsteiin on asendamatu aminohape?

K: Millised koodonid kodeerivad tsüsteiini?

K: Millist rolli mängib tsüsteiini tioolne külgahel?

K: Mis juhtub, kui tiool tsüsteiinis oksüdeerub?

K: Milline on tsüsteiini E-number, kui seda kasutatakse toidulisandina?

K: Kas tsüsteiini leidub looduslikult toidus?

Otsing