Arginine

Arginine werd voor het eerst geïsoleerd in 1886 uit gele lupinezaailingen door de Duitse chemicus Ernst Schulze en zijn assistent Ernst Steiger. ^{[8] [9]} Hij noemde het van het Griekse árgyros (ἄργυρος) wat "zilver" betekent vanwege het zilverwitte uiterlijk van arginine-nitraatkristallen. ^[10] In 1897 bepaalden Schulze en Ernst Winterstein (1865–1949) de structuur van arginine. ^[11] Schulze en Winterstein synthetiseerden arginine uit ornithine en cyaanamide in 1899, ^[12] maar sommige twijfels over de structuur van arginine bleven bestaan ^[13] tot de synthese van Sørensen in 1910. ^[14]

Productie

Het wordt traditioneel verkregen door hydrolyse van verschillende goedkope eiwitbronnen, zoals gelatine . ^[15] Het wordt commercieel verkregen door fermentatie. Op deze manier kan 25-35 g / liter worden geproduceerd met glucose als koolstofbron. ^[16]

Voedingsbronnen

Arginine is een voorwaardelijk essentieel aminozuur bij mensen en knaagdieren ^[17], aangezien het nodig kan zijn afhankelijk van de gezondheidstoestand of levenscyclus van het individu. Gezonde volwassenen produceren gewoonlijk voldoende arginine voor hun eigen lichaamsbehoeften, maar onvolwassen en snelgroeiende individuen hebben extra arginine in hun dieet nodig. ^[18] Extra arginine via de voeding is nodig voor gezonde personen die onder fysiologische stress staan, bijvoorbeeld tijdens herstel van brandwonden, verwondingen en sepsis, ^[18] of als de belangrijkste plaatsen van de biosynthese van arginine, de dunne darm en de nieren , een verminderde functie hebben. ^[17]

Arginine is een essentieel aminozuur voor vogels, aangezien ze geen ureumcyclus hebben . ^[19] Voor sommige carnivoren, bijvoorbeeld katten, honden ^[20] en fretten, is arginine essentieel, ^[17] omdat hun zeer efficiënte eiwitkatabolisme na een maaltijd grote hoeveelheden ammoniak produceert die door de ureumcyclus moeten worden verwerkt. en als er niet genoeg arginine aanwezig is, kan de resulterende ammoniakvergiftiging dodelijk zijn. ^[21] In de praktijk is dat geen probleem, omdat vlees voldoende arginine bevat om deze situatie te vermijden. ^[21]

Dierlijke bronnen van arginine zijn onder meer vlees, zuivelproducten en eieren, ^{[22] [23]} en plantaardige bronnen zijn onder meer zaden van alle soorten, bijvoorbeeld granen, bonen en noten. ^[23]

Biosynthese

Arginine wordt gesynthetiseerd uit citrulline in het arginine- en prolinemetabolisme door de opeenvolgende werking van de cytosolische enzymen argininosuccinaatsynthetase en argininosuccinaatlyase . Dit is een energetisch duur proces, omdat voor elk molecuul argininosuccinaat dat wordt gesynthetiseerd, één molecuul adenosinetrifosfaat (ATP) wordt gehydrolyseerd tot adenosinemonofosfaat (AMP), waarbij twee ATP-equivalenten worden verbruikt.

Citrulline kan worden afgeleid uit meerdere bronnen:

• van arginine zelf via stikstofoxide synthase , een bijproduct van de productie van stikstofmonoxide voor signalering doeleinden
• uit ornithine door de afbraak van proline of glutamine / glutamaat
• van asymmetrisch dimethylarginine via DDAH

De routes die arginine, glutamine en proline met elkaar verbinden, zijn bidirectioneel. Het netto gebruik of de productie van deze aminozuren is dus sterk afhankelijk van het celtype en het ontwikkelingsstadium.

Biosynthese van arginine.

Over het hele lichaam vindt synthese van arginine voornamelijk plaats via de darm-nier-as: de epitheelcellen van de dunne darm produceren citrulline, voornamelijk uit glutamine en glutamaat , dat in de bloedbaan naar de proximale tubuluscellen van de nier wordt getransporteerd , die citrulline uit de bloedsomloop halen en omzetten in arginine, dat weer in de bloedsomloop wordt opgenomen. Dit betekent dat een verminderde dunne darm of nierfunctie de argininesynthese kan verminderen, waardoor de voedingsbehoefte toeneemt.

Synthese van arginine uit citrulline komt ook op een laag niveau voor in veel andere cellen, en de cellulaire capaciteit voor argininesynthese kan aanzienlijk worden verhoogd onder omstandigheden die de productie van induceerbare NOS verhogen . Hierdoor kan citrulline, een bijproduct van de door NOS gekatalyseerde productie van stikstofmonoxide, worden gerecycled tot arginine via een route die bekend staat als de citrulline-NO- of arginine-citrulline-route. Dit wordt aangetoond door het feit dat in veel celtypen de NO-synthese tot op zekere hoogte kan worden ondersteund door citrulline, en niet alleen door arginine. Deze recycling is echter niet kwantitatief, omdat citrulline zich ophoopt in NO-producerende cellen samen met nitraat en nitriet , de stabiele eindproducten van NO-afbraak. ^[24]

Arginine speelt een belangrijke rol bij de celdeling , wondheling , ammoniak te verwijderen uit het lichaam, het immuunsysteem , ^[25] en de afgifte van hormonen. ^{[4] [26] [27]} Het is een voorloper voor de synthese van stikstofmonoxide (NO), ^[28] waardoor het belangrijk is bij de regulering van de bloeddruk . ^{[29] [30] [31] [32]}

Eiwitten

De zijketen van arginine is amfipatisch , omdat het bij fysiologische pH een positief geladen guanidiniumgroep bevat, die zeer polair is, aan het einde van een hydrofobe alifatische koolwaterstofketen. Omdat globulaire eiwitten een hydrofobe binnenkant en hydrofiele oppervlakken hebben ^{[33], wordt} arginine typisch aangetroffen aan de buitenkant van het eiwit, waar de hydrofiele kopgroep kan interageren met de polaire omgeving, bijvoorbeeld door deel te nemen aan waterstofbinding en zoutbruggen. ^[34] Om deze reden wordt het vaak aangetroffen op het grensvlak tussen twee eiwitten. ^[35] Het alifatische deel van de zijketen blijft soms onder het oppervlak van het eiwit. ^[34]

Arginineresiduen in eiwitten kunnen door PAD-enzymen worden afgebroken om citrulline te vormen, in een posttranslationeel modificatieproces dat citrullinatie wordt genoemd. Dit is belangrijk bij de ontwikkeling van de foetus, maakt deel uit van het normale immuunproces, evenals de controle van genexpressie, maar is ook significant bij auto-immuunziekten . ^{[36] : 275} Een andere posttranslationele modificatie van arginine betreft methylering door proteïne- methyltransferasen . ^{[36] : 176}

Voorloper

Arginine is de directe voorloper van NO, een belangrijk signaalmolecuul dat kan dienen als een tweede boodschapper , evenals een intercellulaire boodschapper die vasodilatatie reguleert, en heeft ook functies in de reactie van het immuunsysteem op infectie.

Arginine is ook een voorloper voor ureum , ornithine en agmatine ; is noodzakelijk voor de synthese van creatine ; en kan ook worden gebruikt voor de synthese van polyaminen (voornamelijk via ornithine en in mindere mate via agmatine, citrulline en glutamaat.) De aanwezigheid van asymmetrisch dimethylarginine (ADMA), een naaste verwant, remt de stikstofoxidereactie; daarom wordt ADMA beschouwd als een marker voor vaatziekten , net zoals L- arginine wordt beschouwd als een teken van een gezond endotheel .

Delokalisatie van lading in guanidiniumgroep van l- arginine

De aminozuur zijketen van arginine bestaat uit een alifatische rechte keten met 3 koolstofatomen , waarvan het distale uiteinde wordt afgedekt door een guanidiniumgroep met een p K a van 12,48, en is daarom altijd geprotoneerd en positief geladen bij fysiologische pH . Vanwege de conjugatie tussen de dubbele binding en het stikstofatoom vrije elektronenparen , wordt de positieve lading gedelokaliseerd, waardoor de vorming van meervoudige waterstofbindingen .

Groeihormoon

Intraveneus toegediende arginine wordt gebruikt in groeihormoonstimulatietesten ^[37] omdat het de afscheiding van groeihormoon stimuleert . ^[38] Een overzicht van klinische onderzoeken concludeerde dat oraal arginine het groeihormoon verhoogt, maar de secretie van groeihormoon vermindert, wat normaal gesproken wordt geassocieerd met lichaamsbeweging. ^[39] Een recentere studie meldde echter dat hoewel oraal arginine de plasmaspiegels van L- arginine verhoogde, het geen toename van groeihormoon veroorzaakte. ^[40]

Herpes-Simplex-virus (koortsblaasjes)

Onderzoek uit 1964 naar de aminozuurvereisten van herpes simplex-virus in menselijke cellen gaf aan dat "... het gebrek aan arginine of histidine , en mogelijk de aanwezigheid van lysine , de virussynthese aanzienlijk zou verstoren", maar concludeert dat "geen eenduidige verklaring is beschikbaar voor elk van deze observaties ". ^[41]

Verder medisch bewijs geeft aan dat "het absorberen van meer arginine indirect koortsblaasjes kan veroorzaken door de lichaamsbalans van arginine en een ander aminozuur genaamd lysine te verstoren." ^{[42] [43]}

Verdere beoordelingen concluderen dat "de werkzaamheid van lysine voor herpes labialis meer kan liggen in preventie dan in behandeling." en dat "het gebruik van lysine om de ernst of duur van uitbraken te verminderen" niet wordt ondersteund, terwijl verder onderzoek nodig is. ^[44] Een studie uit 2017 concludeert dat "clinici zouden kunnen overwegen patiënten te adviseren dat er een theoretische rol is van lysinesuppletie bij de preventie van herpes simplex-zweren, maar het onderzoeksbewijs is onvoldoende om dit te ondersteunen. Patiënten met cardiovasculaire of galblaasaandoeningen moeten worden gewaarschuwd en gewaarschuwd voor de theoretische risico's. " ^[45]

Hoge bloeddruk

Een meta-analyse toonde aan dat L- arginine de bloeddruk verlaagt met gepoolde schattingen van 5,4 mmHg voor systolische bloeddruk en 2,7 mmHg voor diastolische bloeddruk. ^[31]

Suppletie met l- arginine verlaagt de diastolische bloeddruk en verlengt de zwangerschap bij vrouwen met zwangerschapshypertensie , inclusief vrouwen met hoge bloeddruk als onderdeel van pre-eclampsie . Het verlaagde de systolische bloeddruk niet en verbeterde het gewicht bij de geboorte niet . ^[46]

Schizofrenie

Zowel vloeistofchromatografie als vloeistofchromatografie / massaspectrometrische assays hebben aangetoond dat hersenweefsel van overleden schizofrenen een veranderd argininemetabolisme vertoont. Assays bevestigden ook significant verlaagde niveaus van γ-aminoboterzuur (GABA), maar verhoogde agmatineconcentratie en glutamaat / GABA-verhouding in de gevallen van schizofrenie. Regressieanalyse gaf positieve correlaties aan tussen arginase-activiteit en de leeftijd waarop de ziekte begon en tussen L-ornithine-niveau en de duur van de ziekte. Bovendien toonden clusteranalyses aan dat L-arginine en zijn belangrijkste metabolieten L-citrulline, L-ornithine en agmatine verschillende groepen vormden, die veranderd waren in de schizofreniegroep. Desondanks wordt de biologische basis van schizofrenie nog steeds slecht begrepen.Een aantal factoren, zoals dopaminehyperfunctie, glutamaterge hypofunctie, GABAergische tekorten, cholinerge systeemstoornissen, stressgevoeligheid en neurologische ontwikkelingsstoornissen, zijn in verband gebracht met de etiologie en / of pathofysiologie van de ziekte. ^[47]

• Arginine glutamaat
• AAKG
• Canavanine en canaline zijn giftige analogen van arginine en ornithine.

L-arginine wordt erkend als veilig (GRAS-status) bij innames tot 20 gram per dag. ^[48]

• NIST Chemistry Webbook
• Mayo Clinic bespreking van arginine.
• National Institute of Health bespreking van arginine.