Carnosine

Carnosine
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van Carnosine
Algemeen
Molecuulformule C9H14N4O3
IUPAC-naam (2S)-2-[(3-Amino-1-oxopropyl)amino]-3-(3H-imidazol-4-yl)propaanzuur
Andere namen β-Alanyl-L-histidine
SMILES
O=C(O)C(NC(=O)CCN)Cc1c[nH]cn1
CAS-nummer 305-84-0
PubChem 439224
Wikidata Q413822
Beschrijving Kristallijne vaste stof
Fysische eigenschappen
Smeltpunt (ontleed) 253 °C
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Carnosine, (β-alanyl-L-histidine) is een dipeptide bestaande uit de aminozuren β-alanine en histidine en is vanwege dit laatste aminozuur in het bezit van de karakteristieke imidazool-ring. Het komt in grote hoeveelheden voor in spier- en hersenweefsel. Carnosine (en carnitine) werd ontdekt door de Russische chemicus Vladimir Gulevich.[1]

Etymologie

Net als in de naam carnitine, verwijst de stam van de naam "carnosine", carn naar vlees[2], verwijzend naar het ruime voorkomen in spierweefsel.[3] Een vegetarisch dieet, en zeker een veganistisch, bevat in verhouding weinig carnosine.[4]

Chemische en Fysiologische aspecten

Fysiologische vorm

In neutraal water met een pH van 7,00 komt carnosine vooral voor (bijna 60%) als zwitterion, een neutraal molecuul met een positieve en een negatieve kant: de aminogroep heeft een extra waterstofion en is daardoor positief geladen, de carbonzuurgroep is geïoniseerd en daardoor negatief geladen. De imidazoolring is neutraal.

In de overige 40% van de moleculen heeft het "kale" stikstofatoom in de imidazoolring ook een waterstofion en is het molecuul als geheel eenwaardig positief.

Buffer

Onder fysiologische omstandigheden vormt carnosine dus een oplossing van een zwak zuur (het positieve ion met de geprotoneerde imidazoolring) en zijn geconjugeerde base (het zwitterion). In de chemie is zo'n oplossing bekend onder de naam "buffer".

De bufferende werking van histidine-residuen in peptiden is een algemeen gegeven, maar met een pKz van 6,1 is de bufferende werking van vrij L-histidine onder fysiologische omstandigheden, dus ook in het spier- en hersenweefsel, gering. Gebonden aan andere aminozuren verschuift de pKz echter naar waarden tussen 6,8 tot 7,0. In carnosine, aan β-alanine, is de pKzwaarde gelijk aan 6,83.[5] Hierdoor ontstaat een efficiënte intercellulaire buffer. Bovendien, door de β-positie van de aminogroep in β-alanine, wordt carnosine niet opgenomen in het algemene metabolisme of de synthese van peptides. Eenmaal gevormd carnosine kan in relatief hoge concentraties worden opgeslagen: ook een ideale eigenschap voor een buffer. Carnosine kan voorkomen in concentraties van 17 tot 25 mmol/kg (droog) weefsel,[6] en vormt daarmee 10-20% van de totale intracellulaire buffercapaciteit in dwarsgestreepte spieren.

De bufferende werking van carnosine stelt spieren in staat langer te blijven functioneren bij een onvoldoende aanvoer van zuurstof.

Anti-oxidant

Een groot aantal wereldwijd uitgevoerde onderzoeken heeft aangetoond dat carnosine antioxidant-eigenschappen bezit met een positieve werking op de gezondheid.[7] Zowel reactieve zuurstofcomponenten[8] als αβ-onverzadigde aldehydes, gevormd uit vetzuren van het celmembraan tijdens oxidatieve stress worden door carnosine geneutraliseerd.

Complexvorming

Carnosine vormt makkelijk complexen met tweewaardige ionen.[9]

Geroprotectie

Carnosine is in humane fibroblasten in staat de Hayflick-limiet groter te maken[10] en de snelheid waarmee de telomeren korter worden te verlagen.[11] In het verlengde van deze resultaten wordt carnosine beschouwd als een geroprotector.[12][13]

Naast de hierboven genoemde effecten op het genoom werkt carnosine ook als antiglycant: het vermindert de vorming van AGEs, stoffen die gerelateerd worden aan het optreden of erger worden van veel degeneratieve ziektes, zoals diabetes mellitus, atherosclerose, chronisch nierfalen en Alzheimer.[9] [14] [15] [16]

Zie ook

  • Acetylcarnosine, op de aminogroep geacetyleerd carnosine, wordt gebruikt in de behandeling van cataract.
  • Anserine, een dipeptide dat in vogels voorkomt.
Bronnen, noten en/of referenties
  • Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Carnosine op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.
  1. ↑ Gulewitsch, Wl., Amiradžibi, S. (1900). Ueber das Carnosin, eine neue organische Base des Fleischextractes. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 33 (2): 1902–1903. DOI: 10.1002/cber.19000330275.
  2. ↑ Vergelijk Carnivoor: vleeseter.
  3. ↑ Hipkiss, A. R. (2006). Does chronic glycolysis accelerate aging? Could this explain how dietary restriction works?. Annals of the New York Academy of Sciences 1067: 361–8. PMID 168040121. DOI: 10.1196/annals.1354.051.
  4. ↑ Alan R. Hipkiss (2009). Advances in Food and Nutrition Research, "Chapter 3: Carnosine and Its Possible Roles in Nutrition and Health".
  5. ↑ Bate-Smith, EC (1938). The buffering of muscle in rigor: protein, phosphate and carnosine. Journal of Physiology 92 (3): 336–343. PMID 16994977. PMC 1395289.
  6. ↑ Mannion, AF, Jakeman, PM, Dunnett, M, Harris, RC, Willan, PLT (1992). Carnosine and anserine concentrations in the quadriceps femoris muscle of healthy humans. Eur. J. Appl. Physiol 64: 47–50. DOI: 10.1007/BF00376439.
  7. ↑ Zie onder andere:
    • Aruoma, OI, Laughton, MJ, Halliwell, B (1989). Carnosine, homocarnosine and anserine: could they act as antioxidants in vivo?. The Biochemical Journal 264 (3): 863–9. PMID 2559719. PMC 1133665. DOI: 10.1042/bj2640863.
    • Choi, Soo Young, Kwon, Hyeok Yil, Kwon, Oh Bin, Kang, Jung Hoon (1999). Hydrogen peroxide-mediated Cu,Zn-superoxide dismutase fragmentation: protection by carnosine, homocarnosine and anserine. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 1472 (3): 651–657. DOI: 10.1016/S0304-4165(99)00189-0.
    • Klebanov, GI, Teselkin, YuO, Babenkova, IV, Lyubitsky, OB, Rebrova, OYu (1998). Effect of carnosine and its components on free-radical reactions. Membrane & cell biology 12 (1): 89–99. PMID 9829262.
    • Babizhayev, MA, Seguin, MC, Gueyne, J, Evstigneeva, RP, Ageyeva, EA (1994). L-carnosine (beta-alanyl-L-histidine) and carcinine (beta-alanylhistamine) act as natural antioxidants with hydroxyl-radical-scavenging and lipid-peroxidase activities. The Biochemical Journal 304 (2): 509–16. PMID 7998987. PMC 1137521. DOI: 10.1042/bj3040509.
    • A. Karton, R. J. O’Reilly, D. I. Pattison (2012). Computational design of effective, bioinspired HOCl antioxidants: the role of intramolecular Cl+ and H+ shifts. Journal of the American Chemical Society 134 (46): 19240–5. PMID 23148773. DOI: 10.1021/ja309273n.
    • Chan, Kin M., Decker, Eric A., Feustman, Cameron (1994). Endogenous skeletal muscle antioxidants. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 34 (4): 403–26. PMID 7945896. DOI: 10.1080/10408399409527669.
    • Kohen, R., Yamamoto, Y., Cundy, K. C., Ames, B. N. (1988). Antioxidant activity of carnosine, homocarnosine, and anserine present in muscle and brain. Proceedings of the National Academy of Sciences 85 (9): 3175–3179. DOI: 10.1073/pnas.85.9.3175.
  8. ↑ Reactieve zuurstofcomponent: vaak met de Engelse afkorting ROS - Reacative Oxygen Species - aangeduid.
  9. ↑ a b Reddy, V. P., Garrett, MR, Perry, G, Smith, MA (2005). Carnosine: A Versatile Antioxidant and Antiglycating Agent. Science of Aging Knowledge Environment 2005 (18): pe12. PMID 15872311. DOI: 10.1126/sageke.2005.18.pe12.
  10. ↑ McFarland, G, Holliday, R (1994). Retardation of the Senescence of Cultured Human Diploid Fibroblasts by Carnosine. Experimental Cell Research 212 (2): 167–75. PMID 8187813. DOI: 10.1006/excr.1994.1132.
  11. ↑ Shao, Lan, Li, Qing-Huan, Tan, Zheng (2004). L-Carnosine reduces telomere damage and shortening rate in cultured normal fibroblasts. Biochemical and Biophysical Research Communications 324 (2): 931–6. PMID 15474517. DOI: 10.1016/j.bbrc.2004.09.136.
  12. ↑ Boldyrev, A. A. (2010). Carnosine as a natural antioxidant and geroprotector: From molecular mechanisms to clinical trials. Rejuvenation Research 13 (2-3): 156–8. PMID 20017611. DOI: 10.1089/rej.2009.0923.
  13. ↑ Hipkiss, A. R. (2006). Does Chronic Glycolysis Accelerate Aging? Could This Explain How Dietary Restriction Works?. Annals of the New York Academy of Sciences 1067: 361–8. PMID 16804012. DOI: 10.1196/annals.1354.051.
  14. ↑ Vistoli, G, De Maddis, D, Cipak, A (Aug 2013). Advanced glycoxidation and lipoxidation end products (AGEs and ALEs): an overview of their mechanisms of formation.. Free Radic Res. 47: Suppl 1:3–27.. PMID 23767955. DOI: 10.3109/10715762.2013.815348.
  15. ↑ Rashid, Imran, Van Reyk, David M., Davies, Michael J. (2007). Carnosine and its constituents inhibit glycation of low-density lipoproteins that promotes foam cell formation in vitro. FEBS Letters 581 (5): 1067–70. PMID 17316626. DOI: 10.1016/j.febslet.2007.01.082.
  16. ↑ Hipkiss, A. R. (2005). Glycation, ageing and carnosine: Are carnivorous diets beneficial?. Mechanisms of Ageing and Development 126 (10): 1034–9. PMID 15955546. DOI: 10.1016/j.mad.2005.05.002.