Trimethylglycin

Trimethylglycin
model molekuly
model molekuly
Obecné
Systematický název2-(trimethylamonio)acetát
Triviální názevtrimetylammonioacetát
Sumární vzorecC5H11NO2
Identifikace
Registrační číslo CAS107-43-7
SMILESC[N+](C)(C)CC(=O)[O-]
InChIInChI=1S/C5H11NO2/c1-6(2,3)4-5(7)8/h4H2,1-3H3
Vlastnosti
Molární hmotnost117,146 g/mol
Teplota tání180 °C (453 K)
Bezpečnost
GHS07 – dráždivé látky
GHS07
[1]
Varování[1]
Není-li uvedeno jinak, jsou použity
jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Trimethylglycin (TMG) je derivát aminokyseliny, který se vyskytuje u rostlin. Trimethylglycin byl první nalezený betain ; původně byl nazýván betainem, protože v 19. století byl objeven v cukrovce (lat. beta = řepa).[2] Od té doby se objevilo mnoho dalších betainů a specifičtější název glycinbetain tento zachycuje.

Struktura a reakce

Trimethylglycin je N-trimethylovaná aminokyselina. Tato kvartérní amoniová sloučenina se při neutrálním pH vyskytuje v podobě zwitteriontu . Silné kyseliny, jako kyselina chlorovodíková, přeměňují TMG na odpovídající soli, což v případě HCl vede k tvorbě hydrochloridu betainu.

Demethylací TMG vzniká dimethylglycin. Degradace TMG vede ke vzniku trimethylaminu, vůně hniloby ryb.

Výroba a biochemické procesy

Zpracování sacharózy z cukrové řepy vytváří glycin betain jako vedlejší produkt. Množství TMG soupeří s obsahem cukru v cukrové řepě. [3]

Biosyntéza

Ve většině organismů je glycinbetain biosyntetizován oxidací cholinu ve dvou krocích. Meziprodukt, betainaldehyd, je generován působením enzymové mitochondriální cholin oxidasy (cholín dehydrogenázy, EC 1.1.99.1). Betainový aldehyd je dále oxidován v mitochondriích u myší na betain pomocí enzymu betaine aldehyddehydrogenázy (EC 1.2.1.8). [4] [5] U lidí se aktivita betainealdehydu provádí nešpecifickým enzymem cytosolové aldehyddehydrogenázy (EC 1.2.1.3)[6]

Biologická funkce

TMG je organický osmolyt. Cukrová řepa byla vyšlechtěna z řepy přímořské (beta vulgaris spp.maritima), která k přežití ve slaných půdách pobřežních oblastí vyžaduje osmolyty. TMG se také vyskytuje ve vysokých koncentracích (~ 10 mM) v mnoha mořských bezobratlých, jako jsou korýši a měkkýši. Slouží jako silný apetitivní atraktant pro masožravce, jako jsou dravý mořský slimák Pleurobranchaea californica.[7]

TMG je důležitým kofaktorem při methylaci, což je proces, který probíhá v savčích buňkách donací methylových skupin (-CH3) pro další procesy v těle. Tyto procesy zahrnují syntézu neurotransmiterů, jako jsou dopamin a serotonin. Methylace je také zapotřebí pro biosyntézu melatoninu a koenzymu Q10 pro elektronový transportní řetězec, stejně jako methylace DNA pro epigenetiku.

Hlavním krokem v methylačním cyklu je remethylace homocysteinu, sloučeniny, která se přirozeně utváří při demethylaci esenciální aminokyseliny methioninu. Navzdory své přirozené tvorbě byl homocystein spojován se záněty, depresí, specifickými formami demence a různými typy vaskulárních onemocnění. Remethylační proces, který detoxikuje homocystein a převede ho zpět na methionin, může probíhat dvěma cestami. Cesta probíhající prakticky ve všech buňkách zahrnuje enzym methioninsyntázu (MS), který vyžaduje vitamín B12 jako kofaktor a také je nepřímo ovlivňován kyselinou listovou a dalšími vitaminy skupiny B. Druhá cesta (omezená na játra a ledviny u většiny savců) zahrnuje betain-homocystein-methyltransferasu (BHMT) a vyžaduje TMG jako kofaktor. Během normálních fyziologických podmínek obě cesty přispívají stejně k odstranění homocysteinu v těle [8]. Další degredace betainu prostřednictvím enzymu dimethylglycindehydrogenázy produkuje folát, čímž přispívá ke zpětné syntéze methioninu. Betain se tedy podílí na syntéze mnoha biologicky důležitých molekul a může být ještě důležitější při ohrožení hlavní cesty regenerace methioninu z homocysteinu genetickými polymorfismy, jako jsou mutace v genu MS.

TMG v zemědělství a akvakultuře

Tovární farmy obohacují krmivo TMG a lysinem za účelem zvýšení svalové hmoty hospodářských zvířat (množství použitelného masa).

Lososí farmy používají TMG k uvolnění osmotického tlaku na lososích buňkách, při přenášení ryb ze sladké vody do slané vody.[3] [9]

Doplněk TMG snižuje množství tukové tkáně u prasat; výzkumy u lidí však neprokázaly žádný účinek na tělesnou hmotnost, složení těla nebo výdaje na odpočinek. [10]

TMG v lidské stravě

TMG v potravinách
JídloTMG (mg / 100 g)
Quinoa630
Špenát577
Pšeničné otruby360
Jehnečí čtvrtka332
Červená řepa256

Doplněk stravy

Přestože TMG snižuje množství tukové tkáně u prasat, výzkum na lidských subjektech neprokázal žádný účinek na tělesnou hmotnost, složení těla ani na spotřebu energie na odpočinek, pokud se používá ve spojení s nízkokalorickou dietou.[10] Úřad pro kontrolu potravin a léčiv Spojených států schválil bezvodý trimethylglycin (také známý pod značkou Cystadane) pro léčbu homocystinurie, choroby způsobené abnormálně vysokými hladinami homocysteinu při narození.[11] TMG se také používá jako hydrochloridová sůl (prodává se jako hydrochlorid betainu nebo betain HCl). Betainhydrochlorid byl povolen ve Spojených státech v lécích, které nejsou v prodeji (OTC), jako žaludeční antacidum. Americký kodex federálních předpisů, hlava 21, oddíl 310.540, který vstoupil v platnost dne 10. listopadu 1993, zakázal použití betainhydrochloridu v OTC produktech kvůli nedostatečným důkazům pro jeho klasifikaci jako "všeobecně uznávané jako bezpečné a účinné".[12]

TMG může způsobit průjem, žaludeční nevolnost nebo nevolnost. Doplněk TMG snižuje hladinu homocysteinu, ale také zvyšuje hladinu LDL.[13]

Jiné použití: PCR

Trimethylglycin může působit jako adjuvans procesu polymerázové řetězové reakce (PCR) a dalších DNA polymerázových testů, jako je sekvenování DNA. Neznámým mechanismem pomáhá při prevenci sekundárních struktur v molekulách DNA a zabraňuje problémům spojeným s amplifikací a sekvenováním oblastí bohatých na GC. Trimethylglycin dává guanosinu a cytidinu (silným pojivům) termodynamiku podobnou termodynamice thymidinu a adenosinu (což jsou slabá pojidla). Experimenty bylo zjištěno, že se nejlépe uplatňuje při konečné koncentraci 1 M.[14]

Spekulativní použití

Laboratorní studie a dvě klinické studie ukázaly, že TMG by mohl být použit k léčbě nealkoholické steatohepatitidy.[15][16][17]

TMG byl navržen pro léčby deprese. SAMe jako výživový doplněk funguje jako nespecifické antidepresivum.[18]

Při výzkumu zaměřený na vývoj ekologicky nezávadných biomimetických povlaků lodí se TMG využívá mimo jiné jako netoxický protipovodňový nátěr.

Chromatografie iontové výměny IEX

V knize od společnosti Amersham Biosciences / GE Healthcare, Ion Exchange Chromatography & Chromatofocusing - Principy a metody, strana 48. "Zwitterionové přísady, jako je betain, mohou zabránit srážení a mohou být použity ve vysokých koncentracích bez zásahu do gradientové eluce"[zdroj?]

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Trimethylglycine na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b Betaine. pubchem.ncbi.nlm.nih.gov [online]. PubChem [cit. 2021-05-24]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. ↑ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Příprava vydání Wiley-VCH. 1. vyd. [s.l.]: Wiley Dostupné online. ISBN 978-3-527-30385-4, ISBN 978-3-527-30673-2. DOI 10.1002/14356007.a25_345.pub2. (anglicky) DOI: 10.1002/14356007. 
  3. ↑ a b MÄKELÄ, P. Agro-industrial uses of glycinebetaine. Sugar Tech.. 2004, s. 207–212. DOI 10.1007/BF02942500. 
  4. ↑ KEMPF, B.; BREMER, E. Uptake and synthesis of compatible solutes as microbial stress responses to high-osmolality environments. Arch. Microbiol.. 1998, s. 319–330. DOI 10.1007/s002030050649. PMID 9818351. 
  5. ↑ BRENDA - Information on EC 1.2.1.8 - betaine-aldehyde dehydrogenase [online]. [cit. 2016-07-07]. Dostupné online. 
  6. ↑ CHERN, M. K.; PIETRUSZKO, R. Evidence for mitochondrial localization of betaine aldehyde dehydrogenase in rat liver: purification, characterization, and comparison with human cytoplasmic E3 isoenzyme. Biochem. Cell Biol.. 1999, s. 179–187. DOI 10.1139/o99-030. PMID 10505788. 
  7. ↑ GILLETTE, R.; HUANG, R. C.; HATCHER, N.; MOROZ, L. L. Cost-benefit analysis potential in feeding behavior of a predatory snail by integration of hunger, taste, and pain. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. March 2000, s. 3585–3590. DOI 10.1073/pnas.97.7.3585. PMID 10737805. 
  8. ↑ FINKELSTEIN, J. D. The metabolism of homocysteine: pathways and regulation. European Journal of Pediatrics. 1998-03-24, s. S40–S44. Dostupné online. ISSN 0340-6199. DOI 10.1007/pl00014300. (anglicky) 
  9. ↑ XUE, M.; XIE, S.; CUI, Y. Effect of a feeding stimulant on feeding adaptation of gibel carp Carassius auratus gibelio (Bloch), fed diets with replacement of fish meal by meat and bone meal. Aquacult. Res.. 2004, s. 473–482. 
  10. ↑ a b SCHWAB, U.; TÖRRÖNEN, A.; TOPPINEN, L. Betaine supplementation decreases plasma homocysteine concentrations but does not affect body weight, body composition, or resting energy expenditure in human subjects. Am. J. Clin. Nutr.. November 2002, s. 961–967. Dostupné online. PMID 12399266. 
  11. ↑ HOLM, P. I.; UELAND, P. M.; VOLLSET, S. E. Betaine and folate status as cooperative determinants of plasma homocysteine in humans. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol.. February 2005, s. 379–385. DOI 10.1161/01.ATV.0000151283.33976.e6. PMID 15550695. 
  12. ↑ CFR - Code of Federal Regulations Title 21 [online]. Dostupné online. 
  13. ↑ Olthof MR, van Vliet T, Verhoef P, Zock PL, Katan MB. Effect of homocysteine-lowering nutrients on blood lipids: results from four randomised, placebo-controlled studies in healthy humans. PLoS Med.. 2005, s. e135. DOI 10.1371/journal.pmed.0020135. PMID 15916468. 
  14. ↑ HENKE, W.; HERDEL, K.; JUNG, K.; SCHNORR, D.; LOENING, S. A. Betaine improves the PCR amplification of GC-rich DNA sequences.. Nucleic Acids Res.. October 1997, s. 3957–3958. Dostupné online. DOI 10.1093/nar/25.19.3957. PMID 9380524. [nedostupný zdroj]
  15. ↑ ANGULO, P.; LINDOR, K. D. Treatment of nonalcoholic fatty liver: present and emerging therapies. Semin. Liver Dis.. 2001, s. 81–88. DOI 10.1055/s-2001-12931. PMID 11296699. 
  16. ↑ ABDELMALEK, M. F.; SANDERSON, S. O.; ANGULO, P. Betaine for nonalcoholic fatty liver disease: results of a randomized placebo-controlled trial. Hepatology. December 2009, s. 1818–26. DOI 10.1002/hep.23239. PMID 19824078. 
  17. ↑ MIGLIO, F.; ROVATI, L. C.; SANTORO, A.; SETNIKAR, I. Efficacy and safety of oral betaine glucuronate in non-alcoholic steatohepatitis. A double-blind, randomized, parallel-group, placebo-controlled prospective clinical study. Arzneimittelforschung. August 2000, s. 722–7. DOI 10.1055/s-0031-1300279. PMID 10994156. 
  18. ↑ Mischoulon D, Fava M. Role of S-adenosyl-L-methionine in the treatment of depression: a review of the evidence. Am. J. Clin. Nutr.. 2002, s. 1158S–61S. PMID 12420702. 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Betaine-from-xtal-1999-3D-balls.png

Ball-and-stick model of the betaine (trimethylglycine) molecule, C5H11NO2.

X-ray crystallographic data from J. Mol. Struct. (1999) 447, 23-29.

Model constructed in CrystalMaker 8.1.

Image generated in Accelrys DS Visualizer.