메티오닌은 또한 새로운 혈관을 생성하는 혈관신생의 중요한 부분이다. 메티오닌 보충제는 구리 중독으로 고통받는 사람들에게 도움이 될 수 있다.[5] 많은 연구에서 DNA 메틸화의 메틸기 공여체인 메티오닌의 과다 섭취는 암 성장과 관련이 있는 것으로 나타났다.[6][7] 메티오닌은 1921년에 존 하워드 뮐러에 의해 처으으로 분리되었다.[8]
생화학적 세부사항
메티오닌은 단백질을 구성하는 데 참여하는 α-아미노산이다. 메티오닌은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH3+ 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 S-메틸 싸이오에터를 포함하고 있다. 메티오닌은 비극성지방족 아미노산이다.
시스테인과 함께 메티오닌은 황을 함유한 단백질생성성 아미노산이다. 메티오닌이 산화환원반응의 센서로 작용할 수 있는 몇 가지 예외를 제외하고,(예: 메티오닌 설폭사이드[10]) 메티오닌 잔기는 촉매 역할을 하지 않는다.[11] 이것은 많은 단백질들에서 싸이올기가 촉매 역할을 하는 시스테인 잔기와 대조된다.[11] 그러나 싸이오에터는 알려져 있는 모든 단백질 구조의 1/3에 존재하는 곁사슬의 황 원자와 방향족 아미노산 사이의 S/π 상호작용의 안정성 효과로 인해 구조적 역할이 미미하다.[11] 이러한 강력한 역할의 부재는 메티오닌이 싸이오에터가 없는 선형 탄화수소 곁사슬을 가지고 있는 아미노산인 노르류신으로 대체된 단백질에서 거의 효과가 나타나지 않는 실험으로 확인할 수 있다.[12] 노르류신은 유전 암호의 초기 버전에서 존재했지만 보조 인자인 S-아데노실메티오닌(SAM-e)에서 사용된다는 사실 때문에 유전 암호의 최종 버전에 메티오닌이 들어가게 된 것으로 추측되었다.[13] 이러한 상황은 메티오닌에서만 일어난 것은 아니며 오르니틴과 아르기닌에서도 일어난 것일 수 있다.[14]
암호화
메티오닌은 표준 유전 부호에서 단일 코돈(AUG)에 의해서 암호화되는 단 두 개의 아미노산 중 하나(다른 하나는 UGG에 의해서 암호화되는 트립토판임)이다. 이러한 코돈은 진화적 기원을 반영하며 다른 AU○ 코돈은 소수성 아미노산인 아이소류신을 암호화한다. 후생동물과 효모를 포함한 여러 생물체의 미토콘드리아 게놈에서 AUA 코돈은 메티오닌을 암호화한다. 표준 유전 부호에서 AUA는 아이소류신을 암호화하고 각각의 tRNA(대장균에서 ileX)는 특이한 염기인 리시딘(세균) 또는 아그마티딘(고세균)을 사용하여 AUG를 구별한다.[15][16]
메티오닌을 암호화하는 AUG는 가장 일반적인 개시 코돈이다. 개시 코돈은 AUG가 코작 공통염기서열일 때 단백질 번역의 개시를 리보솜에 알리는 메세지이다. 결과적으로 메티오닌은 진핵생물과 고세균에서의 번역 과정에서 단백질의 N-말단 위치에 보통 위치하지만, 번역 후 변형에 의해 제거될 수 있다. 세균에서는 N-폼일메티오닌 유도체가 개시 아미노산으로 사용된다.
메티오닌 유도체인 S-아데노실메티오닌(SAM-e)은 주로 메틸기 공여체로 작용하는 보조 인자이다. S-아데노실메티오닌은 메티오닌의 황에 (5' 탄소를 통해) 부착된 아데노실기로 구성되어 있으므로 설포늄 양이온(즉, 3개의 치환기 및 양전하)이 된다. 황은 보통 코발라민(사람의 경우 비타민 B12)과 같은 다른 보조 인자의 도움을 받아 S-메틸기가 산소, 질소 또는 방향족 시스템으로 전달되도록 하는 무른 루이스 산(즉, 공여체/친전자체)으로 작용한다. 일부 효소들은 S-아데노실메티오닌을 사용하여 라디칼 반응을 시작한다. 이들은 라디칼 S-아데노실메티오닌 효소라고 불린다. 메틸기 전이의 결과로 S-아데노실호모시스테인이 생성된다. 세균에서 이것은 메틸화에 의해 재생되거나 아데닌과 호모시스테인을 제거하고 회수하여 다이하이드록시펜탄다이온이 자발적으로 자가유도물질-2로 전환되도록 하고, 이는 노폐물/정족수 신호로 배설된다.
먼저, 아스파르트산은 말단 카복실기의 두 단계에 걸친 환원에 의해 아스파르트산 β-세미알데하이드를 거쳐 호모세린으로 전환(호모세린에는 γ-하이드록실기가 있으므로 동족 계열)된다. 대사 중간생성물인 아스파르트산 β-세미알데하이드는 리신 생합성 경로와의 분기점이며, 리신 생합성에서는 환원되는 대신에 피루브산과 축합된다. 호모세린은 트레오닌 생합성 경로와의 분기점이며 트레오닌 생합성에서는 인산기(식물의 메티오닌 생합성에서도 사용됨)로 말단 하이드록실기를 활성화한 후 이성질체화된다.[11]
메티오닌 생합성에서 호모세린은 인산기, 석시닐기 또는 하이드록실기 상의 아세틸기로 활성화된다.
식물과 일부 세균[11]에서는 인산기를 사용한다. 이 단계는 트레오닌 생합성에서도 사용된다.[11]
대부분의 생물에서 아세틸기는 호모세린을 활성화하는 데 사용된다. 이는 metX 또는 metA(동족체가 아님)에 의해 암호화된 효소에 의해 세균에서 촉매될 수 있다.[11]
장내세균과 제한된 수의 다름 생물에서는 석신산을 사용한다. 반응을 촉매하는 효소는 MetA이고 아세틸-CoA 및 석시닐-CoA에 대한 특이성은 단일 잔기에 의해 결정된다.[11] 아세틸-CoA 또는 석시닐-CoA를 선호하는 생리학적 근거는 알려져 있지 않지만 이러한 대체 경로는 일부 다른 경로(예: 리신 생합성 및 아르기닌 생합성)에 존재한다.
그런 다음 하이드록실 활성화기는 시스테인, 메테인싸이올 또는 황화 수소로 치환된다. 치환 반응은 기술적으로 γ-제거 반응에 이은 마이클 반응의 변형이다. 관련된 모든 효소는 Cys/Met 대사 PLP-의존성 효소 패밀리의 상동체 및 구성원이며, 이는 PLP-의존성 접힘 I형 계통군의 하위 부류이다. 이들은 탄소 음이온 중간생성물을 안정화시켜 기능하는 보조 인자인 피리독살 인산(PLP)을 활용한다.[11]
유리 황화 수소와 반응하면 호모시스테인이 생성된다. 이는 O-아세틸호모세린 아미노카복시프로필트랜스퍼레이스(이전에는 O-아세틸호모세린 (싸이올)-분해효소로 알려짐)에 의해 촉매된다. 이것은 세균에서 metY 또는 metZ에 의해 암호화된다.[11]
메테인싸이올과 반응하면 직접적으로 메티오닌을 생성한다. 메테인싸이올은 특정 화합물의 분해 경로의 부산물이기 때문에, 이러한 경로는 흔하지 않다.[11]
호모시스테인이 생성되면 싸이올기가 메틸화되어 메티오닌이 생성된다. 두 가지 메티오닌 생성효소가 알려져 있는데, 하나는 코발라민(비타민 B12) 의존성이고 다른 하나는 코발라민 비의존성이다.[11]
시스테인을 사용하는 경로를 황전환 경로라고 하며, 황화 수소(또는 메테인싸이올)을 사용하는 경로를 직접 설퍼릴화 경로(direct-sulfurylation pathway)라고 한다.
시스테인은 유사하게 생성되는데, 활성화된 세린과 호모시스테인(황전환 경로의 역반응) 또는 황화 수소(직접 설퍼릴화 경로)로부터 만들어질 수 있다. 활성화된 세린은 일반적으로 O-아세틸-세린(대장균에서 CysK 또는 CysM을 통해)이지만 에로피룸 페르닉스(Aeropyrum pernix) 및 일부 다른 고세균에서는 O-포스포세린이 사용된다.[17] CysK 및 CysM은 상동체이지만 PLP 접힘 III형 계통군에 속한다.
호모시스테인은 또한 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소(EC2.1.1.5)에 의해 트라이메틸글리신을 사용하여 메티오닌으로 재메틸화될 수 있다. 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소는 간의 모든 가용성 단백질의 최대 1.5%를 차지하며, 최근의 증거에 따르면 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소가 메티오닌 생성효소보다 메티오닌 및 호모시스테인의 항상성에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
높은 수준의 메티오닌은 계란, 고기, 생선, 참깨, 브라질 너트, 기타 식물 씨앗, 시리얼 곡물에 함유되어 있다. 대부분의 과일과 채소에는 아주 적은 양이 들어 있다. 대부분의 콩류는 단백질 밀도가 높지만 메티오닌이 적다. 적정량의 메티오닌이 포함되지 않은 단백질은 완전 단백질로 간주되지 않는다.[21] 이러한 이유로 라세미 메티오닌은 때때로 애완 동물 사료의 성분으로 첨가된다.[22]
제한
일부 과학적 증거에 따르면 메티오닌의 섭취를 제한하면 초파리의 수명이 늘어날 수 있다.[23]
2005년의 연구에서 에너지의 제한 없이 메티오닌을 제한하면 쥐의 수명이 연장되었다.[24] 메티오닌이 제한되었을 때 온전한 성장 호로믄 신호전달이 없는 동물은 더 이상 수명 연장이 되지 않기 때문에 이러한 수명 연장은 온전한 성장 호르몬 신호전달을 필요로 한다.[25] 메티오닌 제한에 대한 대사 반응을 또한 쥐의 성장 호로몬 신호전달 돌연변이체에서 변경된다.[26]
《네이처》에 발표된 연구에 따르면 필수 아미노산의 제한을 포함한 식이 제한을 받은 노랑초파리의 식단에 필수 아미노산인 메티오닌만 첨가하면 식이 제한의 전형인 수명 연장을 감소시키지 않으면서 생식능력을 회복할 수 있으며, 연구자들은 메티오닌이 "하나 이상의 다른 필수 아미노산과 함께 작용하여 수명을 단축시킨다"라는 결론을 내렸다.[23][27][28] 식이 제한 요법으로 쥐의 식단에 메티오닌을 복원하면 식이 제한의 많은 급성 이점들을 차단할 수 있다. 이 과정은 황화 수소 생성 증가에 의해 매개될 수 있다.[29]
메티오닌 제한은 쥐에서 순환하는 간 호르몬인 FGF21을 5배에서 10배까지 증가시킬 수 있다.[30] 여러 연구에 따르면 메티오닌 제한은 또한 쥐의 노화 관련 질병을 억제하고[31][32] 쥐의 결장암 발병을 억제한다.[33] 사람의 경우 식단 조절을 통한 메티오닌 제한은 식물성 식단을 통해 이루어질 수 있다.[34]
식이 메티오닌을 제한하면 이화 산물인 S-아데노실메티오닌(SAM-e)의 수준이 감소하여 후속적으로 히스톤의 메틸화가 감소한다.[35] H3K9의 특정하고 보존된 메틸화에 의해 매개되는 활성 과정은 원래 메틸화 프로필의 기억을 보존하여 식이 메티오닌 수치가 회복될 때 후성유전체가 복원되도록 한다.[35]
그러나 메티오닌은 필수 아미노산이기 때문에 시간이 지남에 따라 질병이나 사망이 일어나지 않는 한 동물의 식단에서 완전히 제거될 수는 없다. 예를 들어 메티오닌과 콜린이 없는 식사를 한 쥐는 지방간염과 빈혈이 일어났으며, 5주 동안 체중의 2/3가 감소했다. 메티오닌의 투여는 메티오닌 결핍의 병리학적 결과를 개선했다.[37] 식단에서 메티오닌만 단기적으로 제거하면 식단으로 인한 비만을 개선시킬 수 있고 쥐의 인슐린 감수성을 촉진시킬 수 있으며,[38] 메티오닌의 제한은 또한 자발적, 다유전자 비만 및 당뇨병을 앓는 실험 모델 동물 쥐를 보호한다.[39]
건강
메티오닌의 결핍은 흰머리와 관련이 있다. 메티오닌의 결핍은 모낭에 과산화 수소의 축적, 티로시네이스 효과의 감소 및 모발 색깔의 점진적인 손실로 이어진다.[40] 메티오닌은 글루타티온의 세포 내 농도를 증가시켜 항산화 매개 세포 방어 및 산화환원 조절을 촉진한다. 또한 메티오닌은 산화 대사 산물과 결합하여 도파민으로 인한 흑색 세포 손실로부터 세포를 보호한다.[41]
DL-메티오닌은 때때로 개에게 보충제로 제공된다. DL-메티오닌은 개의 신장 결석 가능성을 줄이는 데 도움을 준다. 메티오닌은 또한 소변을 산성화시켜 퀴니딘의 소변 배설을 증가시는 것으로 알려져 있다. 요로 감염을 치료하는 데 사용되는 아미노글리코사이드 항생제는 알칼리성 조건에서 가장 잘 작용하며 메티오닌의 사용으로 인한 요 산성화는 이러한 효과를 감소시킬 수 있다. 개가 소변을 산성화시키는 식사를 섭취하고 있다면 메티오닌을 사용해서는 안된다.[43]
메티오닌은 미국 인증 유기농 프로그램에 따라 유기농 가금류 사료의 보충제로 사용된다.[44]
메티오닌은 오렌지 작물에 대한 심각한 해충인 파필리오 크레스폰테스(Papilio cresphontes) 애벌레에 대한 무독성 살충제 옵션으로 사용할 수 있다.[45]
↑Dawson, Rex M. C.; Elliott, Daphne C.; Elliott, William H.; Jones, K. M. (1959). 《Data for Biochemical Research》. Oxford: Clarendon Press.지원되지 않는 변수 무시됨: |name-list-style= (도움말)
↑Weast, Robert C., 편집. (1981). 《CRC Handbook of Chemistry and Physics》 62판. Boca Raton, FL: CRC Press. C-374쪽. ISBN0-8493-0462-8..
↑Cavuoto P, Fenech MF (2012). “A review of methionine dependency and the role of methionine restriction in cancer growth control and life-span extension”. 《Cancer Treatment Reviews》 38 (6): 726–736. doi:10.1016/j.ctrv.2012.01.004. PMID22342103.
↑Cellarier E, Durando X, Vasson MP, Farges MC, Demiden A, Maurizis JC, Madelmont JC, Chollet P (2003). “Methionine dependency and cancer treatment”. 《Cancer Treatment Reviews》 29 (6): 489–499. doi:10.1016/S0305-7372(03)00118-X. PMID14585259.
↑Cirino PC, Tang Y, Takahashi K, Tirrell DA, Arnold FH (September 2003). “Global incorporation of norleucine in place of methionine in cytochrome P450 BM-3 heme domain increases peroxygenase activity”. 《Biotechnology and Bioengineering》 83 (6): 729–734. doi:10.1002/bit.10718. PMID12889037. S2CID11380413.
↑Alvarez-Carreño C, Becerra A, Lazcano A (October 2013). “Norvaline and norleucine may have been more abundant protein components during early stages of cell evolution”. 《Origins of Life and Evolution of the Biosphere》 43 (4–5): 363–375. Bibcode:2013OLEB...43..363A. doi:10.1007/s11084-013-9344-3. PMID24013929. S2CID17224537.
↑Jukes TH (August 1973). “Arginine as an evolutionary intruder into protein synthesis”. 《Biochemical and Biophysical Research Communications》 53 (3): 709–714. doi:10.1016/0006-291x(73)90151-4. PMID4731949.
↑Ikeuchi Y, Kimura S, Numata T, Nakamura D, Yokogawa T, Ogata T, Wada T, Suzuki T, Suzuki T (April 2010). “Agmatine-conjugated cytidine in a tRNA anticodon is essential for AUA decoding in archaea”. 《Nature Chemical Biology》 6 (4): 277–282. doi:10.1038/nchembio.323. PMID20139989.
↑Muramatsu T, Nishikawa K, Nemoto F, Kuchino Y, Nishimura S, Miyazawa T, Yokoyama S (November 1988). “Codon and amino-acid specificities of a transfer RNA are both converted by a single post-transcriptional modification”. 《Nature》 336 (6195): 179–181. Bibcode:1988Natur.336..179M. doi:10.1038/336179a0. PMID3054566. S2CID4371485.
↑Mino K, Ishikawa K (September 2003). “A novel O-phospho-L-serine sulfhydrylation reaction catalyzed by O-acetylserine sulfhydrylase from Aeropyrum pernix K1”. 《FEBS Letters》 551 (1–3): 133–138. doi:10.1016/S0014-5793(03)00913-X. PMID12965218. S2CID28360765.
↑Karlheinz Drauz; Ian Grayson; Axel Kleemann; Hans-Peter Krimmer; Wolfgang Leuchtenberger; Christoph Weckbecker (2006), 《울만 공업화학 백과사전(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)》, Weinheim: Wiley-VCH, doi:10.1002/14356007.a02_057.pub2
↑Institute of Medicine (2002). 〈Protein and Amino Acids〉. 《Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrates, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids》. Washington, DC: The National Academies Press. 589–768쪽. doi:10.17226/10490. ISBN978-0-309-08525-0.
↑Palika, Liz (1996). 《The Consumer's Guide to Dog Food: What's in Dog Food, Why It's There and How to Choose the Best Food for Your Dog》. New York: Howell Book House. ISBN978-0-87605-467-3.지원되지 않는 변수 무시됨: |name-list-style= (도움말)
↑Cavuoto P, Fenech MF (October 2012). “A review of methionine dependency and the role of methionine restriction in cancer growth control and life-span extension”. 《Cancer Treatment Reviews》 38 (6): 726–736. doi:10.1016/j.ctrv.2012.01.004. PMID22342103.
↑Gomez J, Caro P, Sanchez I, Naudi A, Jove M, Portero-Otin M, Lopez-Torres M, Pamplona R, Barja G (June 2009). “Effect of methionine dietary supplementation on mitochondrial oxygen radical generation and oxidative DNA damage in rat liver and heart”. 《Journal of Bioenergetics and Biomembranes》 41 (3): 309–321. doi:10.1007/s10863-009-9229-3. PMID19633937. S2CID24106490.
↑Wood JM, Decker H, Hartmann H, Chavan B, Rokos H, Spencer JD, 외. (July 2009). “Senile hair graying: H2O2-mediated oxidative stress affects human hair color by blunting methionine sulfoxide repair”. 《FASEB Journal》 23 (7): 2065–75. arXiv:0706.4406. doi:10.1096/fj.08-125435. hdl:10454/6241. PMID19237503. S2CID16069417.
↑Pinnen F, 외. (2009). “Codrugs linking L-dopa and sulfur-containing antioxidants: new pharmacological tools against Parkinson's disease”. 《Journal of Medicinal Chemistry》 52 (2): 559–63. doi:10.1021/jm801266x. PMID19093882.
↑Refsum H, Ueland PM, Nygård O, Vollset SE (1998). “Homocysteine and cardiovascular disease”. 《Annual Review of Medicine》 49 (1): 31–62. doi:10.1146/annurev.med.49.1.31. PMID9509248.
↑Lewis DS, Cuda JP, Stevens BR (December 2011). “A novel biorational pesticide: efficacy of methionine against Heraclides (Papilio) cresphontes, a surrogate of the invasive Princeps (Papilio) demoleus (Lepidoptera: Papilionidae)”. 《Journal of Economic Entomology》 104 (6): 1986–1990. doi:10.1603/ec11132. PMID22299361. S2CID45255198.