Aminokyseliny D jsou skupinou aminokyselin , nebo které jsou největší zájem v biologii je α-aminokyseliny, kde jsou funkční skupiny karboxyl (-COOH) a amino (-NH 2 ), jsou vázány na uhlík alfa v D konfigurace s ohledem na jedné straně na postranní řetězec v závislosti na typu kyseliny a na druhé straně na atom vodíku. Jedná se o enantiomery L aminokyselin .
Ve všech biologických systémech jsou D aminokyseliny mnohem vzácnější než jejich L izomery , které jsou důležitými stavebními kameny živé hmoty, ve formě 22 proteinogenních aminokyselin . To je důvod, proč se již dlouho odvodilo, že D aminokyseliny nemají žádnou biologickou funkci a nejsou „přirozené“. Tento obrázek se úplně změnil od začátku 90. let 20. Dnes je známo, že D- aminokyseliny jsou obsaženy například v peptidových antibiotikách vylučovaných bakteriemi nebo v různých rostlinách, jako je rýže, česnek nebo hrášek.
Některé D- aminokyseliny také plní důležité fyziologické funkce u lidí. Zejména v centrálním nervovém systému jsou to D serin a D - aspartát . Zdá se však, že D- aminokyseliny také hrají roli při určitých onemocněních , jako je schizofrenie . Tato oblast výzkumu je relativně nová a mnoho funkcí volných nebo vázaných D- aminokyselin v peptidech nebo proteinech je stále do značné míry neznámých nebo nepochopených.
D- aminokyseliny byly detekovány v různých potravinách a organismech chromatografickou analýzou . Jednou z aplikací je datování pomocí racemizace aminokyselin pro určení věku fosilií .
Podle současného stavu výzkumu Nejsou volné D- aminokyseliny vstřebávané denně s jídlem pro člověka nebezpečné. Mnoho důležitých léků obsahuje D- aminokyseliny . Uměle vyrobené D- aminokyseliny se používají jako stavební kameny pro výrobu (polo) syntetických antibiotik a velkého množství výrobků každodenní potřeby, včetně léků.
Všechny proteinogenní aminokyseliny (specifikované genetickým kódem ), s výjimkou glycinu , nejjednodušší z nich, mají atom uhlíku navázaný na čtyři různé radikály . Tito radikálové zabírají v prostoru čtyři vrcholy čtyřstěnu . Toto uspořádání způsobuje asymetrii , což má za následek dvě možnosti jejich relativního uspořádání. Tyto dvě formy, nazývané enantiomery nebo reflexní izomery, se chovají jako objekt a jeho obraz v zrcadle. Asymetrický atom uhlíku tam tvoří asymetrické centrum . Enantiomer a jeho zrcadlový obraz nelze překrývat. To se také stává u předmětů každodenní potřeby, které nemají rovinu symetrie . Příkladem jsou obě ruce. Pravá a levá ruka jsou jako předmět a jeho obraz v zrcadle, ale nelze je překrývat. Jejich rozdíl se stává obzvláště důležitým při interakci s jinými chirálními systémy (z řeckého slova pro ruku ). Například když se pravá ruka pokusí vzít jinou pravou nebo levou ruku nebo se pokusí nasadit špatnou rukavici. V chirálním prostředí se rozdíly mezi molekulárními enantiomery objevují obzvláště jasně.
Nobelova cena chemie Emil Fischer vyvinula proces nástřiku, na Fischer výstupek , o který lze popsat jednoznačně dvourozměrnou prostorovou strukturu chirální chemické vazby. K tomu si vybral referenční látku ( glyceraldehyd ). Podle pravidel Fischerovy projekce je kyselá skupina ( karboxyl ) vždy zastoupena nahoře a radikál R, který dělá rozdíl mezi aminokyselinami vždy dole. Pokud je aminová skupina umístěna v této projekci vlevo (v latině laevus ), mluvíme o L aminokyselině . Pokud je aminová skupina ve Fischerově projekci vpravo (latinsky: dexter ), jedná se o D aminokyselinu . Přídavná jména vlevo a vpravo se týkají pouze konfigurace ve Fischerově projekci.
Ve svých fyzikálních vlastnostech , jako je teplota tání , specifická hmotnost , rozpustnost ve vodě nebo jiných médiích, izoelektrické pH , aminokyseliny D a L jsou zcela identické. Kromě toho se v achirálním médiu, tj. V prostředí bez dalších chirálních molekul, chovají úplně stejně, až na jednu výjimku: za stejných podmínek dva enantiomery otáčejí rovinou polarizace lineárně polarizovaného světla stejným množstvím v absolutní hodnotě, ale v opačném směru. Pokud to otočí ve směru hodinových ručiček (pro pozorovatele obráceného ke zdroji světla), označuje se to jako pravotočivý tvar nebo (+) tvar. V opačném případě se jedná o levotočivou formu neboli (-). Tyto rozdíly nehrají v každodenním životě téměř žádnou roli. V literatuře dokonce dochází k záměně mezi L formami a (-) formami. Hodnota rotačního výkonu a dokonce i jeho znaménko navíc silně závisí na podmínkách. Například aminokyselina L - leucin při teplotě místnosti v roztoku 6M molarity kyseliny chlorovodíkové má specifickou optickou rotaci + 15,1 ° (vpravo) a v čisté vodě -10,8 ° (vlevo). V roztoku hydroxidu sodného s molaritou 3 M je opět při + 7,6 ° (vpravo).
Směs 50% D- enantiomeru a 50% L se nazývá racemát . Racemika se vyrábí zejména při operacích umělé syntézy aminokyselin. Nemají žádnou optickou aktivitu, to znamená, že nemění rovinu polarizace světla. Racemika má částečně odlišné fyzikální vlastnosti od čistých enantiomerů (např. Bod tání), ale obvykle odlišné fyziologické vlastnosti.
Fischerova projekce byla dosud preferovaným projekčním systémem pro aminokyseliny a sacharidy . Vedle toho existuje Cahn-Ingold-Pregoldova konvence (CIP System) pro aminokyseliny , která popisuje konfiguraci chirálních molekul. V tomto systému je většina proteinogenních L- aminokyselin S- aminokyseliny . Jejich enantiomery, D aminokyseliny, jsou z velké části v R konfiguraci . Výjimkou jsou L - cystein , L - cystin a L - selenocystein , protože síra nebo selen mají v nomenklatuře CIP vyšší prioritu než kyslík . Tyto tři L aminokyseliny jsou v R konfiguraci . Na druhé straně, jejich enantiomery mají S konfiguraci .
V aminokyselinových sekvencích jsou D aminokyseliny označeny třípísmennou zkratkou malou předponou D.
Například heptapeptid dermorfin :
H-Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser-NH2 .V kanonických jednopísmenných kódech jsou D- aminokyseliny reprezentovány malým písmenem odpovídajícím odpovídající L- aminokyselině .
Například dermorfin:
YaFGYPS-NH2.D- aminokyseliny jsou v přírodě mnohem vzácnější než jejich L- enantiomery , které společně s nukleovými kyselinami tvoří stavební kameny života . Podobná asymetrie s výskytem dvou enantiomerů se vyskytuje u sacharidů . V druhém případě je to D forma , například D - glukóza , což je „přirozená“ konfigurace. Odhaduje se, že množství D -Glukóza na Zemi rovnat 10 15 krát, že z L -Glukóza. Pro aminokyseliny zatím neexistuje spolehlivý odhad.
Po dlouhou dobu se předpokládalo, že během evoluce byly pro tvorbu peptidů a proteinů vybrány pouze L aminokyseliny . Od 80. let vedly vylepšené analytické metody k revizi této hypotézy. D- aminokyseliny byly nalezeny ve stále více živých věcech, takže mají mnohem větší rozšíření a rozmanitost, než se dříve předpokládalo. V nedávné literatuře jsou nyní D- aminokyseliny považovány za běžné složky rostlin a potravin. A dokonce i u vyšších živých bytostí, dokonce i u lidí, jsou D- aminokyseliny zapojeny do důležitých fyziologických procesů, které jsou stále do značné míry nepochopeny.
Vývoj života na Zemi předpokládal homochiralitu, tj. Homogenní konfiguraci aminokyselin a dalších stavebních kamenů života. V racemickém prostředí nemůže dojít k replikaci . Existuje celá řada hypotéz, pokud jde o příčinu extrémní nerovnováhy mezi množstvím dvou enantiomerních forem aminokyselin. Existuje jednomyslnost ohledně skutečnosti, že mezi aminokyselinami D a L došlo k první nerovnováze v přírodě . Odtud můžeme velmi dobře vysvětlit extrémní obohacení jedné ze dvou forem chirálním zesílením, to znamená samo-zesilujícím účinkem, který vede k chemické reakci, v přítomnosti „mírného přebytku jedné z enantiomerní formy, má ještě nevyváženější výsledek. Problém, že by byla narušena počáteční symetrie, však ještě nebyl zcela vyřešen, pravděpodobně dlouho před začátkem života na Zemi. Z možných zdrojů jsme diskutovali narušení paritní symetrie v β radioaktivitě (Vester-Ulbrichtova hypotéza) nebo kontaminaci primordiální polévky přebytečnými L- aminokyselinami z mimozemšťanů.
Ve prospěch této poslední teorie, hovoří skutečnost, že v Murchison meteoritu , přebytek neproteinogenních L- aminokyselin bylo prokázáno : 2-amino-2,3-dimethylpentanové kyseliny a isovalinu . V Murchinson meteoritu , přebytek L -isovalinu byl asi 18,5%, a tím, že z Orgueil , 15,2%. Tyto přebytky mohly být způsobeny kruhově polarizovaným UV zářením, které - jak bylo experimentálně potvrzeno - přednostně ničí D- aminokyseliny .
Velké množství D- aminokyselin lze z L- aminokyselin odvodit racemizací. Termodynamicky je upřednostňována tvorba racemických aminokyselin, to znamená směsi stejných částí D a L aminokyselin . Je pravda, že entalpie zůstává nezměněna, ale vyšší stupeň „poruchy“ vede ke zvýšení entropie , což vede ke snížení volné entalpie G ΔG. Hodnota tohoto snížení je -1,6 kJ / mol při teplotě 25 ° C .
Vyšší teploty vedou k větší ztrátě volné entalpie, a proto je racemizace podstatně urychlena. Poločas racemizace, definována jako doba, v níž je hodnota nadbytku enantiomeru klesá na polovinu, závisí kromě teploty, pH , typ aminokyseliny, rozpouštědle, vlhkosti a přítomnosti katalyzátorů . Za stálých podmínek lze racemizaci vypočítat dobře a naopak ze stupně racemizace lze vyvodit závěry o stáří vzorku. Tento proces, známý jako „datování racemizací aminokyselin“, lze použít pro datování fosilií, ale také pro živé organismy. Po smrti se zastaví všechny procesy, které bojují proti racemizaci aminokyselin v příslušném organismu. Život je bojem proti entropii a procesy, které jdou proti racemizaci, končí nejpozději smrtí. V některých tkáních, kde je metabolismus bílkovin velmi nízký, začíná tento proces již před koncem tvorby tkáně. Příkladem je kolagen v dentinu na zuby , nebo čočky oka. Relativně konstantní teplota a pH v zubech umožňují definovat věk živého organismu stupněm racemizace aspartátu s přesností přibližně ± 4 roky. Tento proces se používá zejména ve soudním lékařství . Příkladem provádění této metody je výzkum kostí císaře Lothaira z Supplinburgu (1075–1137) provedený v roce 1996 . V této studii bylo zjištěno, že Lothaire má výrazně vyšší stupeň racemizace než jeho manželka Richenza von Northeim a jeho zeť Henry X z Bavorska , což by odpovídalo věku přibližně o 9 000 let starším. Na druhé straně míra racemizace těchto dvou svědků velmi dobře odpovídala jejich věku kolem 850 let. Ve všech třech případech byla měřena rychlost racemizace aspartátu. Vysoký stupeň racemizace Lothaira má souviset s konkrétními okolnostmi jeho smrti. Zemřel poblíž Breitenwangu v Tyrolsku , zhruba 700 km od svého sídla v Königslutter am Elm . Aby bylo tělo chráněno před rozpadem na tuto dlouhou cestu, bylo s mrtvolou zacházeno podle Mos Teutonicus („germánské použití“). To spočívá ve vaření mrtvoly, vyjmutí masa z kostí a transportu pouze kostí. Vaření racemizovalo L- partnera, měřeno o 859 let později, pozoruhodně silnější než u normálně pohřbených mrtvol jeho manželky a zeť. Podle stupně racemizace lze dobu vaření odhadnout na asi šest hodin.
Ve vlasech přibližně 5300 let staré mrtvoly člověka z Ötztalských Alp , známější pod přezdívkou „Ötzi“, se v konfiguraci D objevuje 37% hydroxyprolinu . U 3000 let staré mumie to bylo 31%, u středověkých vlasů (kolem 1000 let) 19% a u moderních vzorků 4%.
Během přípravy jídla mohou být L- aminokyseliny také racemizovány na bílkoviny kvůli teplotě a extrémním hodnotám pH. Různé aminokyseliny se rychle racemizují. Rychlost racemizace velmi závisí na postranním řetězci aminokyseliny a sousedních aminokyselinách. Skupiny, které přitahují elektrony, usnadňují protonaci atomu C a, což usnadňuje racemizaci. To je zvláště důležité pro serin a aspartát. Kromě toho hrají roli sterické účinky. Asparagin a aspartát racemizaci zvláště rychle, když jsou přilehlé k glycinu v peptidové sekvenci. Potom může být vyroben cyklický sukcinimid , který z termodynamického hlediska silně podporuje transformaci jednoho enantiomeru na druhý. Při nízkých hodnotách pH, například v 6M roztoku kyseliny chlorovodíkové, se nejrychleji racemizuje aspartát. Prolin a glutamin je racemizaci podstatně pomaleji, zatímco za těchto podmínek je isoleucin , je valin , serin a threonin dělat racemizaci velmi málo. V roztoku 1M sody racinizuje serin nejrychleji, poté aspartát, fenylalanin , glutamát a valin.
Racemizace katalyzovaná bázemi nebo kyselinami vyžaduje velmi přísné podmínky k dosažení úplné racemizace během několika hodin. Naproti tomu enzymaticky katalyzovaná racemizace v biologických systémech je podstatně rychlejší a probíhá za mírnějších podmínek: blízko neutrálního pH a teploty místnosti nebo těla. Tyto racemases katalyzují uhlíku alfa deprotonaci aminokyseliny. V této poloze je atom vodíku jen velmi slabě kyselý. Konstanta kyselosti protonované formy má pK s ≈ 21 a je v izoelektrickém bodě ještě nižší s ≈ 29. Deprotonaci usnadňuje pro většinu racemáz pyridoxal fosfát (PALP). Na aktivním centru těchto enzymů je PALP navázán na lysinový zbytek . Aminoskupina aminokyseliny L se poté váže na aldehydovou skupinu PALP a poté tvoří imin ( aldimin nebo Schiffova báze ). Jako katalyzátor elektrofilu se palp táhne na kroužku Aromatic z elektronů uhlíku extraktů alfa aminokyselinu, která je pak snadnější pro deprotonaci. Kromě toho je zbývající anion stabilizován mezomerním účinkem . Reprotonace s přídavkem vody pak uvolní racemizovanou aminokyselinu jako reakční produkt hydrolýzou Schiffovy báze.
Kromě toho existují také racemázy nezávislé na PALP, v jejichž aktivním centru katalyzují protonaci thiolové skupiny dvou cysteinů. V dvousložkovém mechanismu zachycuje deprotonovaný thiolát (RS - ), který hraje roli báze, proton α uhlíku. Thiol skupina druhého cysteinu je zodpovědná za reprotonaci. Tyto enzymem katalyzované racemizační procesy produkují většinu D- aminokyselin v organismech.
Mnoho peptidových antibiotik se vyrábí z D- aminokyselin . Jsou to přírodní látky vyrobené prokaryoty pomocí nerebozomálních syntéz . Farmakologicky velmi důležitá skupina penicilinů obsahuje jako základní strukturní prvek D- penicilamin, neproteinogenní aminokyselinu . Tyto polymyxiny a aktinomyciny jsou postaveny kolem aminokyselin D (respektive D fenylalaninu a D -valin). Bacitracinu produkovaný Bacillus subtilis se skládá zejména z aspartátu, glutamátu, ornithinem a fenylalaninu v D konfiguraci . Valinomycin produkován Streptomyces fulvissimus obsahuje D -valinu a cirkulinu A připravený pomocí Bacillus circulans obsahuje D -leucin. Z D- aminokyselinových antibiotik jsou to zejména: fungisporin ( D- fenylalanin a D- valin), gramicidin a tyrocidin ( D- fenylalanin), malformin C ( D- leucin a D- cystein), mykobacilin ( D - aspartát a D- glutamát).
Houby Ascomycete také produkují přírodní léky obsahující D- aminokyseliny , jako je tolypocladium inflatum , produkující imunosupresivum cyklosporin s D- alaninem, nebo penicillium chrysogenum , produkující penicilin M s D- valinem.
Chemicky relativně jednoduché cykloserin používá při léčbě tuberkulózy je produkován streptomycet , jako je Streptomyces garyphalus , s D -serin.
Po dlouhou dobu se předpokládalo, že v přírodě dominuje jediný enantiomer aminokyselin, tj. L forma . Do 60. let 20. století byly D- aminokyseliny považovány za laboratorní artefakty (chyby závislé na systému) a byly klasifikovány jako „nepřirozené izomery“. Dokonce i dnes najdeme toto označení „nepřirozených izomerů“ pro D enantiomery .
Oxidázy aminokyseliny D - enzymy bez substrátu?
V roce 1933 německý lékař a chemik, budoucí nositel Nobelovy ceny za fyziologii nebo medicínu , Hans Adolf Krebs objevil enzym oxidázu aminokyselin D a o dva roky později jej podrobně popsal. Krebs uvádí, že D- aminokyseliny , které se „nevyskytují v přírodě“, jsou za přítomnosti čerstvé vymačkané vepřové ledviny nebo jater významně rychleji deaktivovány než jejich „přírodní“ L- izomery . S vybraným inhibitorem , například s oktan-1-olem , by mohl deaktivovat oxidázu L- aminokyselin , a tak skončit selektivně pouze deaktivací D- aminokyselin . Krebs k závěru, že v orgánech byly použity, nebo extrakty, byly dva aminokyselinové oxidázy, které v tomto pořadí, které působí na aminokyselin L a D . Krebs byl ohromen tím, že existuje enzym, který působí výhradně na nepřirozené látky. Poukázal však na to, že Felix Ehrlich v roce 1914, Edmund von Lippmann v roce 1884 a Sigmund Fränkel v letech 1923/24 hlásili příležitostný výskyt D- aminokyselin v přírodě. Jedním z takových časných důkazů byl D -alanin izolovaný z houby Bordeaux porcini E. Winterstein et al v roce 1913.
D- aminokyseliny v rostlinách
V rostlinách lze ukázat existenci D- aminokyselin jak volných, tak vázaných v peptidových řetězcích. Často jsou obsaženy v rostlinách ve formě N - malonyl nebo N - acetyl deriváty .
Například, v slunečnicových semen ( Helianthus annuus ), 40% z alaninu je v D konfiguraci . D -alaninu a dipeptid D -Ala- D -Ala jsou v různých bylin; podobně u rýže ( Oryza australiensis ), kde asi 10% serinu je v D konformaci . Je vyrobena samotnou rostlinou s racemázou serinu. Odpovídající gen pro tento enzym, v Oryza sativa ssp. Japonica cv. Nipponbare , se nachází na chromozomu 4. D- aminokyseliny byly prokázány v nižších koncentracích u mnoha potravinářských rostlin. Patří sem hrášek ( Pisum sativum ), česnek, různé druhy zelí a ovoce. Stále není vůbec jasné, jakou funkci tyto volné D- aminokyseliny a peptidy hrají v rostlinách.
Bakterie a D- aminokyseliny
Před objevením aminokyselin neobsahujících D byly aminokyseliny identifikovány D v řadě mikrobiálních sloučenin. Například penicilin G, vytvořený v plísňových kulturách penicillium notatum , objevený v roce 1928 Alexandrem Flemingem , obsahuje jako pozoruhodný prvek D- penicilamin (nebo 3-merkapto- D- valin).
Texan Esmond E. Snell si v roce 1943 při pokusech na kulturách enterococcus faecalis a lactobacillus casei všiml, že pro růst těchto druhů bakterií může být nezbytný pyridoxin (vitamin B 6 ) ve stravě zcela nahrazen D -alaninem. Dále uvádí, že D -alanin je v této roli výrazně účinnější než L -alanin. Když se později ukázalo, že v peptidoglykanech - biopolymerech, které dodávají buněčným stěnám bakteriím jejich sílu - bylo přítomno velké množství D -alaninu , bylo jasné, proč buňky tyto „nepřirozené“ aminokyseliny potřebují. Zahrnutí D -alaninu, a zejména D- glutamátu, zabraňuje destrukci peptidoglykanů peptidázami . Je zajímavé, že právě tato „ochranná hráz“ D- aminokyselin tvoří místo útoku na β-laktamová antibiotika , jako je penicilin. Tato antibiotika inhibují enzym transpeptidázy D- alaninu, který se nachází výlučně v bakteriích a který katalyzuje zesíťování peptidoglykanů, zejména D- alaninem.
V roce 1951 Irwin Clyde Gunsalus a Willis A. Wood izolovali z enterococcus faecalis alanin racemázu, enzym, který katalyzuje racemizaci přírodního L- alaninu. Alr gen, který kóduje alanin racemázu, je přítomen ve všech bakteriích. D -alanin racemázu vytvořeny s použitím alaninu je nezbytný pro syntézu peptidoglykanu prakticky ve všech bakterií. Kromě D -alaninu a D -glutamate, je také u některých druhů z enterokoků z D serinu v buněčné stěně. Tento D -serin formy tam s D -alaninu na C-terminálním konci dipeptid D -Ala- D Ser, který je zodpovědný za odolnost těchto druhů bakterií na glykopeptidy , jako je vancomycin .
D- aminokyseliny v houbách
Polytheonamidy byly nalezeny ve houbách . Jsou to peptidové toxiny, jejichž aminokyseliny se střídají mezi D a L formami . Zjevně jsou syntetizovány ribozomy jako L peptidy a poté po translaci jsou epimerizovány všechny ostatní aminokyseliny . To se děje pomocí několika enzymů, jejichž geny, zjevně z bakterií, dorazily do hub pomocí horizontálního přenosu genů .
D- aminokyseliny v mnohobuněčných organismech
Dankwart Ackermann a M. Mohr dokázali v roce 1937 najít D- ornithin v játrech ostnatých žraloků . Krebsova objevená D- aminokyselinová oxidáza byla objevena v následujících letech u všech savců . H. Blaschko a Joyce Hawkins ji poprvé našli v roce 1951 u bezobratlých . Funkce tohoto enzymu v různých organismech však zůstává nejasná. Na konci 60. let se spekulovalo, že se tento enzym používá v zažívacím traktu k ničení složek buněčné stěny grampozitivních bakterií , které obsahují velké množství D- aminokyselin . Teorie, že D- aminokyselinová oxidáza sloužila pouze ke zničení aminokyselin přivedených zvenčí (exogenní), přetrvávala až do počátku 90. let.
Bylo to v roce 1950, kdy Auclair a Patton poprvé našli D -alanin v mnohobuněčném organismu , v hemolymfě smradlavého brouka Oncopeltus fasciatus . Pro analýzu použili dvourozměrnou papírovou chromatografii . Po eluci nastříkali vysušené chromatogramy na D- aminokyselinu oxidázu , která pouze deaminuje D -alanin na kyselinu ketokarbonovou, která se snadno identifikuje fenylhydrazinem . Předpokládalo se, že D -alanin byl přítomen v důsledku mikrobiální flóry, kontaminace z potravy a spontánní racemizace v důsledku věku.
Biosyntéza z D -serin byla prokázána v roce 1965 pracovní skupina kolem John J. Corrigan na Tufts University v Massachusetts . K bource morušového alimentésavec z D -Glukóza radioaktivně značenou produktů jak D serinu jako L serinu. D- aminokyseliny byly později nalezeny u jiného hmyzu a savců.
V roce 1962 italská skupina okolních Vittorio Erspamer izolován v tailless jihoamerické physalaemus fuscomaculatus na tachykininu physalémine. Tento polypeptid se skládá z dvanácti aminokyselin a začíná na N-konci D-pro- linem. V jednopísmenovém kódu je sekvence zapsána pEADPNKFYGLM-NH2. Je to první přírodní peptid objevený s D aminokyselinou, která není mikrobiálního původu. Ale dokonce, o tři roky později, americký biochemik Alton Meister napsal například ve své standardní práci Biochemie aminokyselin , „že v současné době neexistuje žádný přesvědčivý důkaz o existenci aminokyseliny D v proteinech aminokyselin. Rostliny a zvířata. Zpočátku jsme objevení Erspameru sotva věnovali pozornost. Význam tohoto objevu se pomalu začal uvědomovat až u stejné skupiny, o 19 let později, izolovaného dermorfinu z Phyllomedusa sauvagii , původem také z Jižní Ameriky. Z N-konce obsahuje dermorfin složený ze sedmi aminokyselin na pozici 2 D -alanin. Konfigurace D tohoto alaninu je nezbytná pro farmakologickou aktivitu. Dermorfin se váže na µ 1 receptor a je tam zjevně selektivnější a účinnější než endogenní endorfiny ( dynorphin a enkefalin ) a rozšířený morfin rostlinného původu. Objev byl v rozporu s řadou paradigmat, a to natolik, že Erspamer měl určité potíže s hledáním specializovaného časopisu, který souhlasil se zveřejněním jeho práce. Jeden z těchto vzorů je, že v biosyntéze proteinů je DNA organismu kóduje pouze 22 proteinogenní aminokyseliny , z nichž všechny jsou v L konformaci . Neexistuje žádný gen, který by kódoval D aminokyseliny . O více než deset let později byl rozpor vyřešen: jedná se o stereoselektivní posttranslační modifikaci katalyzovanou epimerázami, která je zodpovědná za výskyt D- aminokyselin v eukaryotických peptidech. To znamená, že po translaci je konformace stanovené L- aminokyseliny změněna specifickým endogenním enzymem.
D- aminokyseliny u savců
Do roku 1992 bylo vyloučeno, že aminokyseliny D mají biologickou funkci u lez savců. Zlepšením analytických metod měření, jako je vysoce účinná plynová nebo kapalinová chromatografie , bylo od 80. let umožněno čistě oddělit D aminokyseliny od jejich L enantiomerů a dále je demonstrovat ve velmi malých množstvích. Atsushi Hashimoto et al tak v roce 1992 nalezli v mozcích domácích potkanů relativně velké množství volného D- serinu. Indikovali koncentraci přibližně 0,27 umol / g mozkové hmoty, z čehož vyplývá poměr D -serin / L -serin 0,23. Již dříve bylo známo, že zvenčí dodávaný D- serin (exogenní) byl silným a selektivním alosterickým agonistou receptoru NMDA (NMDA = N-methyl- D- aspartát). Zdroj relativně vysoké koncentrace D- serinu, který byl následně prokázán také v mozcích jiných savců, včetně lidí, byl zpočátku nejasný. Spekulace, jako je cílená absorpce racemizovaného L -serinu z potravy a jeho transport do mozku přes hematoencefalickou bariéru , byly ukončeny v roce 1999 objevením enzymu serin racemázy v mozku potkanů Hermanem Woloskerem a kol . Serinová racemáza katalyzuje racemizaci serinu. Aminokyselinové racemázy byly dříve známy pouze z bakterií a několika druhů hmyzu. Enzym byl nalezen v gliových buňkách , které vykazují poměrně vysoké koncentrace D- serinu. S objevem serin racemázy se ukázalo, že tento archaický metabolismus D- aminokyselin byl během evoluce zachován až do doby, kdy budou savci, a že stále vykonává důležitou funkci v neurotransmisi - jako by se to mělo v budoucnu objevit. Musíme opustit dogma, že D- aminokyseliny nemají u eukaryot žádné zvláštní funkce . Nyní víme, že D -serin hraje důležitou roli v mnoha procesech centrálního nervového systému , jako je učení a paměť , ale také v duševních poruchách , neuropatiích a neurodegenerativních onemocněních .
Do konce 90. let se předpokládalo, že D- aminokyseliny nemají u obratlovců žádnou fyziologickou funkci. S objevem relativně velkého množství D- serinu a D- aspartátu v mozcích savců začalo studium fyziologického působení těchto dvou neobvyklých aminokyselin. Tato studie je relativně mladá disciplína a stále má mnoho otevřených otázek.
D serin
D serin je také gliové buňky i v neuronech . Pochází z L- serinu za katalytického působení enzymu serin racemázy ( EC 5.1.1.18), který je těmito buňkami exprimován . Destrukce je katalyzována oxidázou D- aminokyselin (EC 1.4.3.3). Koncentrace D- serinu je určena těmito dvěma procesy tvorby a destrukce. D serin je ko-agonista NMDA receptoru , včetně přirozeného ligandu je glycin. Tento receptor má velký význam pro řadu fyziologických a také patologických procesů. D serin zvyšuje aktivitu NMDA receptoru. Proto se mu také říká neuromodulátor .
Nadměrná exprese D- aminokyseliny oxidázy , vedoucí ke zvýšené degradaci D- serinu, následně snižuje aktivitu NMDA receptorů. Tato snížená aktivita primárně souvisí se schizofrenií . Již malé množství antagonistů receptorů může u zdravých jedinců vyvolat příznaky, jako jsou mírné kognitivní a fyziologické poruchy, které odpovídají schizofrenii.
V roce 2002 velká mezinárodní výzkumná skupina zjistila, že nově objevený gen G72 (gen DAOA , aktivátor aminokyselinové oxidázy ) je úzce spjat se schizofrenií. Produkt G72 aktivuje oxidázu D- aminokyselin , což snižuje koncentraci D- serinu v mozku. Zjistili však pouze slabou korelaci mezi aktivitou oxidázy D- aminokyselin a nástupem schizofrenie. Proto se kombinace D- aminokyseliny oxidázy a aktivátoru G72 navzájem podporovala ( synergie ). Autoři dospěli k závěru, že v konečném důsledku hraje při schizofrenii významnou roli koncentrace volného D- serinu. Další studie rovněž prokázaly genetický vztah mezi oxidázou D- aminokyselin a schizofrenií. Tato zjištění jsou v souladu s výsledky skupin, které dokázaly, že koncentrace D- serinu v krevním séru a v mozkomíšním moku schizofrenních pacientů je ve srovnání s kohortou zdravých subjektů významně snížena. Kromě toho bylo zjištěno, že mozky zemřelých schizofrenních pacientů vykazují vyšší expresi D- aminokyselinové oxidázy . Dodatečné podávání D- serinu během léčby schizofrenických pacientů ukázalo mnoho povzbudivých výsledků v klinických studiích. V metaanalýze 18 klinických studií bylo zjištěno snížení symptomů schizofrenie. Zlepšení však bylo jen mírné.
Zjištění funkce D serinu a aminokyselinové oxidázy D vedla k vývoji různých inhibitorů oxidázy aminokyselin D , které by mohly být potenciálními léky pro zpracování se schizofrenií. D- aminokyselinové oxidasy inhibitory kyseliny jsou ještě ve velmi rané fázi vývoje, tak, že v roce 2012, žádný lék na tomto principu dosud přijaté marketingové povolení (AMM).
V opačném směru se zkoumá, zda příliš vysoká koncentrace těchto aminokyselin v gliových buňkách a související excitotoxicita mohou být příčinou amyotrofické laterální sklerózy , degenerativního onemocnění nervového systému.
D -aspartate
Bylo to v roce 1986, kdy skupina kolem Američana Davida S. Dunlopa našla značné množství D- aspartátu v mozku hlodavců a v lidské krvi. Nejvyšší koncentrace byla nalezena v telencephalonu novorozených potkanů s 164 nmol / g D- aspartátu. To odpovídalo 8,4% z celkového aspartátu. Tato koncentrace převyšuje koncentraci mnoha esenciálních L aminokyselin v mozku. Mimo mozek byli také schopni prokázat relativně vysoké koncentrace D- aspartátu v epifýze , hypofýze , nadledvinách a varlatech . Analogicky k D- serinu je D- aspartát produkován v těle enzymatickou racemizací L- aspartátu, v tomto případě racemázou D- aspartátu (EC 5.1.1.13), a degradace je produkována D- aspartát oxidázou ( EC 1.4.3.1). S věkem drasticky klesá koncentrace D- aspartátu. Vysoké racemázové aktivity D- aspartátu se nacházejí v orgánech, kde se také nacházejí vysoké koncentrace D- aspartátu. Aktivita je maximální v hypofýze. Deaktivace D- aspartátové racemázy , například retrovirem , který vyvolává cílenou ztrátu funkce v ribonukleové kyselině (RNA) komplementární s D- aspartátovou racemázou, vede k podstatnému snížení koncentrace D. -aspartátu. Důsledkem je, že dendritický vývoj je masivně narušen, což pak vede k výraznému poškození neurogeneze v hipokampu . Na základě těchto experimentálních výsledků se předpokládá, že D- aspartát je důležitým regulátorem nervového vývoje. Podrobný fyziologický účinek D- aspartátu je stále do značné míry neznámý. Tato oblast výzkumu je zcela nová. Aspartátová racemáza tedy byla klonována do savců až v roce 2010.
Během stárnutí organismu vede rozmnožování racemizace, zejména aspartátu, ke zvýšení ztráty homochirality. Oxidační stres a paprsky UV záření může urychlit ztrátu. Racemizace aspartátu probíhá obzvláště snadno díky tvorbě meziproduktu, sukcinimidu , který potřebuje jen velmi nízkou aktivační energii. Tato in vivo racemizace neenzymatických proteinů je autonomním procesem stárnutí, který se primárně týká proteinů s dlouhou životností, jako je dentinový kolagen nebo čočka . Například 0,14% aspartátu čočky je racemizováno ročně. Třicetiletý muž má v čočce průměrně 4,2% aspartátu, který je racemizovaný. Kromě toho jsou racemizací ovlivněny také další funkční proteiny, jako jsou enzymy nebo semiochemikálie . Peptidy, které obsahují D aminokyseliny, jsou zejména stabilnější vůči enzymatické degradaci proteázami než ty, jejichž aminokyseliny jsou pouze v L konformaci . V mnoha případech vede racemizace endogenního proteinu k fyziologickým problémům. Racemizace vede ke ztrátě funkce a hromadění bílkovin v nejrůznějších tkáních, kde je tělo nemůže degradovat. U některých klinických obrazů je pozorován nárůst racemizace. U ateromu , plicního emfyzému , presbyopie , katarakty , degenerativních projevů chrupavky a mozku je racemizace aspartátu považována za relevantní patologický faktor.
Bylo to v roce 1988, kdy byla nalezena vysoká míra racemizace v senilních beta-amyloidových placích v mozku pacientů, kteří zemřeli s Alzheimerovou chorobou poprvé . Byly prokázány především D- aspartát a D- serin. Později bylo zjištěno, že racemizace aspartátu v poloze 23 vede ke zrychlení agregace peptidů, což je považováno za podstatnou složku patogeneze Alzheimerovy choroby. Na rozdíl od racemizace v poloze 23 vede racemizace v poloze 7 ke snížení agregace peptidů. Na počátku Alzheimerovy choroby je důležitá role přisuzována procesům racemizace beta-amyloidu stárnutím proteinu, které probíhají jako u dentinu. Racemizace urychluje agregaci peptidů a ztěžuje jejich disagregaci podle proteáz.
V achirálním prostředí jsou aminokyseliny L a D stejné ve svých chemických a fyzikálních vlastnostech, s výjimkou jejich působení na směr polarizace světla. Na druhou stranu v chirálním prostředí lze zjistit výrazné rozdíly. To platí zejména v biochemických procesech, které jsou přirozeně chirální. Praktickým příkladem je rozdíl v chuti mezi enantiomery aminokyselin. Tyto chemoreceptory chuť konstruovány aminokyseliny L formě chirálním prostředí, které vzájemně reagují odlišně vůči vis enantiomerů. Například chuť většiny L- aminokyselin je popsána jako hořká , zatímco chuť D- aminokyselin je popsána jako sladká . Extrémním příkladem je D- tryptofan, nejsladší ze všech D- aminokyselin , více než 37krát více než sacharóza. Na druhé straně je L- tryptofan spolu s L- tyrosinem nejhořklejší. Podobně mohou interakce s jinými receptory nebo enzymy probíhat odlišně v biochemických procesech. To platí zejména pro peptidy a proteiny, které obsahují jednu nebo více D- aminokyselin .
Zahrnutí D- aminokyseliny nebo zejména epimerizace L- aminokyseliny do proteinu stereochemicky vede k tvorbě diastereomeru , který dává celému proteinu zcela nové chemické a fyzikální vlastnosti. Tento biochemický zásah do primární struktury peptidu má významné důsledky pro jeho sekundární , terciární a kvartérní struktury . Jeho biochemický účinek je poté značně upraven. V extrémních případech může buď zcela ztratit svou funkci, nebo převzít zcela novou, možná toxickou funkci. D- aminokyseliny zabraňují tvorbě alfa šroubovice v peptidu tvořeném L- aminokyselinami . Jsou to jističe vrtule . Pouze proteiny, které se skládají výhradně z D- aminokyselin nebo L- aminokyselin, mohou vytvářet helixy s aminokyselinami schopnými je vytvářet (valin, glutamin, isoleucin, alanin, methionin, leucin, glutamát nebo tryptofan). Tyto vrtule se otáčejí v opačném směru. To není možné u směsi aminokyselin různých konformací.
D izomery z proteinogenních aminokyselin
Ve studiích, kde perorální příjem aminokyselin, například ve formě doplňků výživy, byla hodnocena, všechny aminokyseliny kromě serinu a aspartátu bylo prokázáno, že mají výraznější toxické účinky v L konfiguraci. „Přírodní“ v konfiguraci D . D- aminokyseliny jsou běžnou součástí mnoha potravin. Pocházejí především z racemizačních procesů L- aminokyselin . V potravinách, které prošly fermentací, jako jsou mléčné výrobky, se nachází vysoké množství D- aminokyselin . Například Emmental obsahuje přibližně 0,7 g / kg D- aminokyselin . Již v čerstvého kravského mléka, 1,5% aminokyselin jsou v D konfiguraci .
Odhaduje se, že asi třetina D- aminokyselin užívaných v potravinách je mikrobiálního původu. Aby bylo možné v těle použít aminokyseliny obsažené v potravinách a vložené do bílkovin, musí se bílkoviny rozložit na jejich prvky, volné aminokyseliny. Pokud se nachází v proteinu D- aminokyseliny , může být přístup proteinu k proteolytickým enzymům významně omezen. Enzymy v zažívacím systému člověka nemohou rozbít vazby mezi D a L aminokyselinami . Degradace na volné aminokyseliny nebo dipeptidy nebo tripeptidy potřebné pro absorpci ve střevní sliznici je obtížnější. Větší části peptidů nelze asimilovat a vylučují se stolicí . Biologická dostupnost a také nutriční hodnota se pak výrazně sníží. Dipeptidy nebo tripeptidy obsahující D- aminokyseliny a volné D- aminokyseliny mohou být resorbovány transportéry peptidů. Velká část takto absorbovaných D- aminokyselin je vylučována ledvinami. V závislosti na dodávce potravy a typu aminokyseliny může být část D- aminokyselin transformována epimerizací na L- aminokyseliny , a proto může být k dispozici pro biosyntézu bílkovin.
Zahrnutí D- aminokyselin do buněčné stěny bakterií vede k jejich odolnosti vůči proteázám. Tato rezistence je pro člověka velmi důležitá, protože ve střevě dospělého člověka je několik stovek gramů střevních bakterií , které jsou nezbytné pro trávení, s množstvím proteáz.
Většina D- aminokyselin v potravinách pochází z jejich přípravy. Vysoké teploty nebo silně kyselé nebo bazické podmínky vedou k částečné racemizaci. Například v brambůrkách je asi 14% aspartátu ve formě D ; v náhradě mléka do kávy je to 17% a v plátku slaniny na snídani 13%. Volné aminokyseliny L racemizují asi desetkrát pomaleji, než kdyby byly vázány v proteinu. Rychlost racemizace dále silně závisí na aminokyselině. Například serin je díky své hydroxylové skupině obzvláště snadno racemizován. Drastické podmínky vyžadované výrobou želatiny - kyselé nebo bazické fúze při vysoké teplotě - vedou k silné racemizaci, zejména aspartátu, v kolagenu želatiny. Frakce D- aspartátu na celkový aspartát může snadno překročit 30% v komerčně dostupných želatinách.
D- aminokyseliny přijímané savci nejsou inkorporovány do proteinů nebo peptidů nebo jiných (makro) molekul metabolismu. Nebylo pozorováno žádné obohacení tělesných tkání. D- aminokyseliny se vylučují částečně močí a částečně deaminací enzymem oxidace D- aminokyselin přítomným v játrech a ledvinách a oxidují se na normální metabolické produkty, ketokyseliny. Pokud jde o toxicitu infuzí D aminokyselin , máme mnohaleté více či méně dobrovolné zkušenosti, které vedou k závěru, že nejsou zdraví škodlivé. Základem tohoto tvrzení je dobrá snášenlivost parenterální stravy, která po mnoho let sestávala z vysokých dávek racemátů aminokyselin. Tyto infuzní roztoky byly získány kyselou hydrolýzou proteinů, což nevyhnutelně vede k silné racemizaci. Racemický methionin, DL- methionin, tvoří součást mnoha krmiv pro dobytek . U dojnic bylo prokázáno, že více než 75% D- methioninu je přeměněno na L- methionin, a je tak biologicky dostupné .
Bez ohledu na tyto hodnoty odvozené z použití je třeba vzít v úvahu experimentální výsledky na zvířecím modelu krysy. Vysoké dávky (v rozmezí 0,8 g / kg ) D- serinu vedou v těchto modelových organismech k akutní tubulární nekróze , která je reverzibilní po potlačení podání D- serinu. Asi po šesti dnech je dosaženo úplné regenerace funkce ledvin. Patologické změny jsou obecně podobné poškození ledvin v důsledku lysinoalaninu (kombinace lysinu a dehydroalaninu , neproteinogenní aminokyseliny ). Dosud není jasné vysvětlení, proč je D- serin při těchto vysokých koncentracích toxický pro ledviny. Je možné, že D -serin snižuje koncentraci renálního glutathionu , jehož funkcí je chránit buňky distálního tubulu před škodlivými vlivy v důsledku reaktivních derivátů kyslíku (ROS). Při enzymatické degradaci D- serinu oxidázou D- aminokyselin se tvoří jako vedlejší produkt peroxidu vodíku, který významně snižuje zásobu glutathionu v buňce.
Příspěvek publikovaný v prosinci 1989 v renomovaném odborném periodiku The Lancet vzbudil velkou pozornost. Podepsali to tři vídeňští lékaři, kteří ohřáli mléko v mikrovlnné troubě, a našli velké množství D-pro- rolinu, zjevně kvůli racemizaci L-pro- liinu v mléce. Následně tomuto D-pro- rolinu připisovaly toxické vlastnosti pro nervy, ledviny a játra. Tento příspěvek byl dopisem redakci, nikoli recenzovaným příspěvkem, nebo dokonce kontrolovanou studií. Autoři nespecifikovali podmínky experimentu, který vedl k tomuto bodu racemizace. Bez ohledu na tato omezení byla tato reklama zveřejněna v denním a týdenním tisku s dramatickými frázemi a varováními o používání mikrovlnných trub. vSrpna 1990vydal federální úřad pro zdraví aktualizaci, která neměla na veřejnost prakticky žádný dopad. Jiní vědci poukázali na to, že D- prolin je obvykle součástí každodenního jídla a že se po perorální absorpci rychle rozkládá a vylučuje. Nicméně, vSrpna 1991se objevily noviny s titulkem „ Mikrovlny otrávily nervy, játra a ledviny . Podobné výroky lze dodnes najít na příslušných webových stránkách.
Pokusy jiných skupin vystopovat výsledky vídeňských lékařů začaly neúspěchem. Po 30 minutách vaření mléka na sporáku tedy nebylo možné měřit žádné zvýšení D-pro- liinu. O dva roky později byly zveřejněny podmínky experimentu. Autoři dopisu pro Lancet zahřívali mléko v uzavřené tlakové nádobě po dobu 10 minut na 174 −176 ° C , což je teplotní rozsah, kterého nemohou dosáhnout domácí nádoby na ohřev mléka. Pokud jde o jejich tvrzení o neurotoxicitě D-pro- rolinu, autoři dopisu pro Lancet se spoléhali na experimenty z roku 1978, kdy byla látka injikována přímo do komor mozku . Následné experimenty na toxicitu D-pro- rolinu u potkanů ukázaly, že tato sloučenina je bezpečná i při vysoké koncentraci.
Skutečné nebezpečí ohřevu mléka v mikrovlnných troubách vzniká - zejména u malých dětí - nerovnoměrným ohřevem obsahu lahve, který obvykle vede ke klinicky vážným popáleninám.
D izomery neproteinogenních aminokyselin
Nelze uvést obecný údaj o toxicitě D- izomerů neproteinogenních aminokyselin. Závisí to velmi individuálně na typu použité aminokyseliny. Je zajímavé, že určité kombinace obsahující D aminokyseliny jsou pozoruhodně méně toxické než jejich L izomery : například cykloserin a penicilamin . Tedy například střední letální dávka pro orální absorpci racemického penicilaminu D a L u potkanů je 365 mg / kg . U D- penicilaminu nejsou známky toxicity ani při dávce 1 200 mg / kg .
D- peptidy
O toxikologických vlastnostech D- peptidů nelze obecně tvrdit . Jejich citlivost na proteázy je pozoruhodně nižší a jejich imunogenní potenciál významně nižší než u odpovídajících L- peptidů.
S polarimetru úhel otáčení polarizace roztoku aminokyselin může být určena, ze kterého je obsah D a L enantiomerů se může vypočítat . Za tímto účelem musí být splněny standardizované podmínky (především koncentrace, teplota a rozpouštědlo). Dále je tato metoda použitelná pouze pro jednotlivé aminokyseliny, nikoli pro směsi různých aminokyselin. V 60. až 80. letech se pro separaci odvozených aminokyselin používala iontoměničová chromatografie . K tomu se analyzované aminokyseliny transformují před separací na diastereomerní dipeptidy s L aminokyselinami . Také enzymatické metody, které jsou založeny na transformacích se specifickými enzymy, jako jsou oxidázy aminokyselin D nebo L, tvoří součást běžných metod pro stanovení enantiomerů aminokyselin.
Kvantitativní analýzy, dokonce i složitých směsí aminokyselin, lze provádět pomocí chromatografických metod . To zahrnuje oddělení jednotlivých složek směsi na stacionární fázi chromatografu a jejich následné měření detektorem. Jedná se hlavně o spektroskopy nebo hmotnostní spektrometry nebo o plynovou chromatografii detekcí plamenovou ionizací (fr ) . Pro oddělení směsi na stacionární fázi se používají dvě strategie. V nejjednodušším případě k této separaci dvou enantiomerů dochází na chirální stacionární fázi, která interaguje odlišně s dvěma izomery, a proto je eluována jinou rychlostí. Separace na achirální stacionární fázi je možná pouze tehdy, když jsou enantiomery nahrazeny diastereomery. Osvědčenými analytickými metodami jsou plynová chromatografie (GC) a vysoce účinná kapalinová chromatografie (HPLC) . Jako nechromatografická metoda se kapilární elektroforéza používá zejména pro analýzu D- aminokyselin . Teprve vývojem speciálních chromatografických metod byly nalezeny a kvantifikovány D- aminokyseliny v orgánech vyšších organismů.
Plynová chromatografie
Aminokyseliny nelze odpařit, aniž by se rozpadly. Pro jejich separaci a analýzu pomocí plynové chromatografie musí být transformovány na odpařitelné sloučeniny bez rozkladu. Za tímto účelem jsou obvykle podrobeny chemické reakci ve dvou fázích. Například v prvním kroku může být karboxylová skupina transformována na ester pomocí ethanolu, poté ve druhém kroku může být aminoskupina převedena na trifluoracetyl působením anhydridu trifluoroctové kyseliny . N -TFA / O -ethyl-derivát aminokyseliny může být potom odpařuje do chromatografu bez rozkladu, a být odděleny na chirální stacionární fázi. Samostatná reakce na každém z a uhlíkových ligandů chrání před nebezpečím racemizace a zaručuje, že reakce bude mít stejnou kinetiku pro dva enantiomery. Kterákoli z těchto možností by mohla změnit výsledek měření.
Vysoce účinná kapalinová chromatografie
U HPLC je na rozdíl od plynové chromatografie obvyklé kombinovat analyzovaný produkt s chirálními činidly a používat nechirální fázi. Jako chirální činidlo lze L - N- acetylcystein použít s benzol-1,2-dikarbaldehydem. Dvojice diastereomerů ( D - L a L - L ) mají různé fyzikální a chemické vlastnosti, takže je lze oddělit a detekovat na konvenční (achirální) koloně.
Většina proteinogenních L aminokyselin se získává fermentací . Tento mikrobiologický proces není vhodný pro produkci D- aminokyselin . Pro uspokojení rostoucí potřeby D- aminokyselin byly vyvinuty různé výrobní procesy.
Klasické chemické syntézy, jako je Streckerova syntéza, vždy vedou k racemátům aminokyselin. Enantiomery se mohou z této směsi oddělit, což je nákladné, nebo se mohou L- aminokyseliny enzymaticky převést na ketokyseliny pomocí L- aminokyselin deamináz , které se pak snadno oddělí.
Elegantnější metodou je syntéza D- aminokyselin substitucí hydantoinů . Hydantoiny se vyrábějí velkoobjemovými technikami podle Bucherer-Bergovy reakce z aldehydů, kyanidu draselného a uhličitanu amonného . V závislosti na volbě použitého aldehydu bude získána požadovaná aminokyselina. Takto připravený hydantoin lze poté převést hydantoinázovou metodou na D- aminokyselinu . Tento multienzymový proces byl vyvinut společností Degussa (nyní Evonik ) a skládá se ze tří kroků. Nejprve se racemický derivát hydantoinu hydrolyzuje za katalytického působení D- hydantoinázy na N- karbamoyl- D- aminokyselinu. Ve druhém kroku se N- karbamoyl- D- aminokyselina hydrolyzuje pomocí D- karbamoylázy na čistou enantiomerní aminokyselinu. Ve třetím kroku se nepřeměněný enantiomer sloučeniny hydantoinu chemicky nebo enzymaticky racemizuje. Chemická racemizace probíhá při pH> 8 a lze ji podstatně urychlit přidáním racemázy. Ve srovnání s jinými způsoby se hydantoinový proces vyrábí z racemických čistých enantiomerních aminokyselin s teoretickým výtěžkem 100%.
Globální poptávka po D- aminokyselinách se v posledních letech neustále zvyšuje. Pro rok 2017 předpovídáme trh kolem 3,7 miliardy USD.
D- aminokyseliny se používají jako důležité složky, například v sladidlech , insekticidech , kosmetice a především v různých léčivech , které představují důležitý růstový faktor pro rozvoj trhu.
Každý rok tedy potřebujeme několik tisíc tun D -4-hydroxyfenylglycinu a D- fenylglycinu pro syntézu penicilinů (například amoxicilin ) a cefalosporinů (například Cefaclor ).
Nejen, že D- aminokyseliny zvyšují stabilitu bakteriálních buněčných stěn proti proteolytické degradaci, jejich dobře cílené začlenění do léčiv zlepšuje jejich stabilitu, zejména proti orálnímu podávání. Kromě toho změna uspořádání funkčních skupin v jejich konformaci nabízí nový stupeň volnosti pro konstrukci nových molekul, což může vést k lepším vlastnostem. Cetrorelix (v) , který se používá v lékařství k pohlavního ústrojí inhibovat uvolňování hormonů hypofýzy gonadotropinů , což je analog, například skládá z deseti aminokyselin, z nichž pět jsou v konfiguraci D . Cetrorelix je vyroben zcela synteticky z jednotlivých aminokyselin. Další podobné léky, jako je leuproreline, buserelin, degarelix, histrelin, nafarelin nebo abarelix, obsahují alespoň jednu D aminokyselinu .
Tadalafil , který se používá k léčbě erektilní dysfunkce , známější pod svým obchodním názvem Cialis , obsahuje ve své struktuře nebyla D -tryptophan. Antidiabetická nateglinid , ze skupiny glinidy, je vyroben z D fenylalanin a cis -4-isopropyl-cyklohexan-karbonové kyseliny . Fenylalanin se používá od 70. let jako antidepresivum . Pro použití jako léčivo se používá mnohem levnější racemický. Podstatná část antidepresivního a analgetického účinku je způsobena D- fenylalaninem, který se nemetabolizuje jako L- fenylalanin na L- tyrosin, L- DOPA nebo norepinefrin, což zlepšuje náladu, ale blokuje náladu primárním způsobem enzym enkefalináza . Toto blokování vede ke zvýšení koncentrace enkefalinů v krvi, což vyvolává analgetický účinek. Následně je D- fenylalanin metabolizován hlavně na fenylethylamin
Insekticid fluvalinát používaný pro kontrolu varroa pyrethroidní skupiny obsahuje ve svém složení D- valin.
D -alanin je součástí sladidla alitam .