Аминокислота цистеин

Цистеин относится к серосодержащим аминокислотам. Структура его установлена Erlenmeyer (1903). Природный изомер цистеина (L-цистеин) входит в состав нативных белков, при гидролизе превращается в цистин.

Свойства цистеина

Цистеин относится к заменимым аминокислотам. У животных он синтезируется из метионина в результате пересульфирования. При отсутствии метионина, нарушении превращения его в цистеин возникает недостаток этой аминокислоты.

Цистеин подвергается в организме десульфированию с образованием сероводорода и других продуктов, в том числе пировиноградной кислоты и аммиака. Основным конечным продуктом окисления цистеина является сульфат. Образование сульфата представляет важный процесс обмена серы, необходимой для синтеза сульфомукополисахаридов и эфиров серной кислоты.

Активность ряда энзимов зависит от целостности SH-групп в остатках цистеина, входящих в состав фермента. При определенных условиях от цистеина отделяется водород, молекулы цистеина соединяются через атомы серы и образуется новая аминокислота — цистин.

Цистеин и цистин легко превращаются один в другой. Превращение SH-группы цистеина в дисульфидную группу цистина представляет собой пример окислительно-восстановительного процесса. Легкость превращения SH-группировки цистеина в дисульфидную группировку цистина важна в регуляции процессов обмена, происходящих под влиянием биологически активных белковых соединений. SH-группа обладает высокой реакционной способностью и благодаря этому свойству цистеин является ключевым соединением окислительно-восстановительной системы организма. Свойство SH-группы легко окисляться обусловливает способность цистеина защищать от веществ с высокой окислительной способностью. Поэтому цистеин широко используется при лучевых поражениях, отравлениях токсическими веществами.

Использование цистеина в медицине

В защите от ионизирующего облучения важная роль принадлежит SH-группам низкомолекулярных тиолов и в первую очередь цистеину. Цистеин и восстановленный глютатион были первыми лекарственными препаратами, оказавшими выраженное противолучевое действие при рентгенооблучении. Противолучевое действие аминокислоты зависит от способа введения и чистоты препарата. При внутривенном введении цистеина выживает 65—75% крыс, при подкожном — 50—60%, тогда как в контрольной группе погибают все животные. Автор отмечает, что чем выше степень очистки цистеина, тем более выражено противолучевое действие аминокислоты. Это связано с тем, что при очистке цистеина увеличивается количество свободных SH-групп, часть из которых в товарных препаратах окислена. Цистеин можно использовать не только как профилактическое, но и как лечебное средство при действии ионизирующей радиации. В эксперименте на крысах показано, что при лечении острой лучевой болезни цистеином повышается выживаемость облученных животных. По мнению авторов, этот эффект цистеина в определенной мере обусловлен стимулирующим влиянием аминокислоты на кроветворную систему: усиливается пролиферация молодых клеточных форм миелоидного и эритроидного ростков костного мозга. Под действием цистеина у крыс с экспериментальным гемоцитобластозом Швеца улучшается качественный состав белой крови и приближается к норме: уменьшается количество юных и палочкоядерных нейтрофильных гранулоцитов, увеличивается количество лимфоцитов, появляются моноциты.

Цистеин, введенный крысам перед облучением, уменьшает степень лучевого поражения. Эритрограммы у выживших подопытных животных не изменялись или изменялись значительно меньше, чем у контрольных крыс. Цистеин служит эффективной химической защитой организма от ионизирующего излучения и при использовании с другими противолучевыми средствами. Эта аминокислота значительно уменьшает токсичность и увеличивает широту терапевтического действия цистамина.

Важное значение имеет изыскание средств, способных защищать организм от мутагенных факторов. Поэтому представляют интерес данные, что цистеин оказывает защитное действие при индуцировании тиофосфамидом хромосомных аберраций в культуре лейкоцитов человека.

В многочисленных экспериментальных исследованиях обнаружено, что цистеин вызывает выраженный протективный эффект при повреждении клетки цитостатическими препаратами. Так, он оказывает защитное влияние на мышечную ткань животных, получавших противоопухолевые препараты, угнетает тератогенный эффект тирама и канцерогенное действие дибензантрацена.

Цистеин тормозит развитие экспериментального амилоидоза.

Цистеин оказывает положительное ионотропное влияние на миокард — вызывает увеличение частоты спонтанных сердечных сокращений.

Во время судорожного припадка снижается количество SH-групп в различных отделах мозга. Цистеин снижает чувствительность экспериментальных животных к различным судорожным воздействиям (максимальному электрошоку, коразолу, пикротоксину, звуковому раздражителю) . У животных, получавших цистеин, ограничивается тонический компонент судорог (что объясняется уменьшением распространения судорожных разрядов в ЦНС) и быстрее нормализуется состояние организма в постприпадочном периоде.

Цистеин оказывает профилактическое действие при экспериментальном дитизоновом диабете. Противодиабетогенное свойство цистеина связано с тем, что он образует с цинком Р-клеток прочный комплекс, из которого аминокислота не может быть вытеснена дитизоном.

Цистеин нормализует дыхательную функцию митохондрий при экспериментальной пневмонии. У животных с экспериментальным гипертиреозом он уменьшает нарушение интенсивности окислительного фосфорилирования. Цистеин обладает выраженным гепатозащитным свойством. Аминокислота, введенная за 30 мин до и через час после введения четыреххлористого углерода, предупреждает развитие некроза и жирового перерождения печени.

Цистеин оказывает детоксицирующее действие при отравлении эндотоксинами.

Важная роль принадлежит цистеину в процессах обезвреживания токсических веществ. Он вызывает выраженный профилактический и лечебный эффект при отравлении хлористым, йодистым и бромистым метилом, ацетаминофеном, нитрилом акриловой кислоты, метилртутью, ацетальдегидом, эпихлоргидрином и полуродуктами его синтеза. Выраженное защитное влияние цистеина наблюдается при цианидном отравлении. Систематическое лечение цистеином и аскорбиновой кислотой способствует устранению токсического действия свинца на организм. Комбинированное применение этих двух препаратов эффективнее, чем назначение одной аскорбиновой кислоты или цистеина. По мнению автора, эти вещества можно использовать для профилактики и лечения свинцовых отравлений. В экспериментах на животных (крысы, морские свинки, кролики, собаки) и в наблюдениях у людей различных возрастов установили, что в процессе старения происходит деметилирование — снижается содержание метионина и накопляется цистин и окисленный глютатион, т. е. уменьшается количество реакционноспособных SH-групп и увеличивается содержание дисульфидных групп. Эти нарушения вызывают снижение уровня синтеза белков, изменение обмена веществ, приводящие к старению. Авторы отметили, что введение старым животным цистеина обусловливает повышение концентрации цистеина и метионина и снижение содержания цистина и окисленного глютатиона в сыворотке крови. На основании этих данных авторы считают, что с помощью цистеина (вещества, свойственного организму) можно нормализовать нарушенное биохимическое равновесие организма в старости.

У пожилых лечение цистеином приводит к улучшению общего самочувствия, нормализации ряда биохимических показателей, снижению концентрации аммиака и аспартатаминотрансферазы сыворотки крови.

Под влиянием цистеина увеличивается средняя продолжительность жизни мышей.

В отдельных белках (миогене и миозине) количество дисульфидных связей с возрастом уменьшается. При длительном введении цистеина в небольших дозах (5 мг/кг) старым животным в миогеновой фракции мышцы количество дисульфидных связей увеличивается, а число тиоловых групп не изменяется. Накопление цистеина в организме старых крыс влияет на биосинтез белка, о чем свидетельствует увеличение содержания серосодержащих аминокислот в миогеновой фракции. Вследствие введения цистеина резко уменьшалась масса животных, что указывало на изменения обменных процессов. Таким образом, под влиянием цистеина происходит дискоординация обменных процессов в старости.

В настоящее время все шире применяется цистеин в офтальмологической практике. Многочисленными исследованиями показано, что процесс старения хрусталика связан с окислением цистеина, превращением его в цистин, выпадением нерастворимого белка и образованием катаракты. При старческих катарактах подкожные и под- конъюнктивальные инъекции цистеина с лечебной целью, инстилляции аминокислоты в глаз с последующим применением гальванического тока задерживают развитие катаракты и способствуют просветлению хрусталика. Это действие аминокислоты основано на ее противовоспалительных свойствах. Особенно эффективно лечение цистеином при начальных формах старческой катаракты.

В процессе развития лучевой катаракты уменьшается количество SH-групп в белках хрусталика, а цистеин оказывает выраженный терапевтический эффект при лучевой катаракте — останавливает помутнение, а в ряде случаев вызывает просветление помутневшего хрусталика. При обследовании 3000 больных с начальными формами старческих, миопических, контузионных и лучевых катаракт повышение остроты зрения и улучшение биомикроскопической картины отмечено у 61% лиц. Острота зрения не изменилась у 31% больных и только в 8% — снизилась. Поэтому цистеин является патогенетическим лечебным средством, показанным при большинстве видов начальных катаракт, однако при чашеобразных катарактах применение его может приводить к ухудшению процесса в хрусталике.

Противопоказано применение цистеина при повышении внутриглазного давления. Поскольку растворы цистеина нестойкие, более предпочтительно его применение в составе комбинированного препарата «Вицеин». Получены достоверные данные о том, что цистеин ускоряет заживление язв роговицы. Рекомендуют назначать эту аминокислоту больным язвой роговицы при отсутствии эффекта от других препаратов. Сообщают о высокой эффективности цистеинотерапии при кохлеарных невритах у людей, возникших вследствие гриппа, эпидемического паротита, применения ототоксических антибиотиков.

Хороший терапевтический эффект оказывает цистеина хлорид у больных болезнью Аддисона.

Цистеин применяется и в клинической лабораторной диагностике. Так, проба с этой аминокислотой позволяет обнаружить антитела у больных бруцеллезом и судить об активности и тяжести течения инфекционного процессе. Цистеин успешно используется для дифференцированного определения антител у больных с токсикоинфекциями сальмонеллезной этиологии.

Цистеин находит применение в фармацевтической промышленности, он используется для улучшения свойств ряда лекарственных препаратов и служит в качестве их стабилизатора.

Так как цистеин относится к малоустойчивым веществам, быстро окисляется, актуальной задачей является создание более стойких препаратов — производных цистеина. Таким свойством обладают смешанные соли его, полученные при помощи прибавления окислов металлов (Mg, Са) или их карбонатов к водному раствору аминокислоты. Растворы этих солей больше устойчивы и обладают более высокой биологической активностью, чем цистеин при интоксикации галоидоуглеродами алифатического ряда — хлорэтанолом металлилхлоридом, монохлоруксусной кислотой и аллил-бромидом. Экспериментальными исследованиями показано, что производное этой аминокислоты — ацетилцистеин — оказывает выраженное защитное действие при отравлении дихлорэтаном.

Ацетилцистеин

Одним из активных муколитических препаратов является производное цистеина — N-ацетилцистеин. Муколитическая активность препарата обусловлена способностью его свободной SH-группы восстанавливать сульфидные связи мукопротеинов. N-ацетилцистеин обладает сильно выраженной способностью разжижать гной, и слизь, способствует отхаркиванию. В отличие от других муколитических средств, применяемых в клинике внутренних болезней, N-ацетилцистеин не раздражает слизистую оболочку воздушных проходов, нетоксичен. Наряду с муколитическим действием он обладает выраженным противовоспалительным эффектом. N-ацетилцистеин оказывает защитное действие при интоксикации различными галоидоуглеводородами. Соли его используются в фармацевтической и парфюмерной промышленности.