Den Aminosyrer D er en klasse av aminosyrer , eller som er mest interessert i biologi , den α-aminosyrer, hvor de funksjonelle grupper som karboksyl (-COOH) og amino (-NH 2 ) er bundet til et karbon α i D konfigurasjon med respekt på den ene siden til en sidekjede avhengig av syretypen og på den andre siden til et hydrogenatom. Dette er enantiomerene til L- aminosyrene .
I alle biologiske systemer er D- aminosyrer mye sjeldnere enn deres L- isomerer , som er de viktigste byggesteinene i levende materie, i form av de 22 proteinogene aminosyrene . Dette er grunnen til at det lenge har blitt utledet at D- aminosyrer ikke har noen biologisk funksjon, og ikke er "naturlige". Dette bildet endret seg helt fra begynnelsen av 1990-tallet. I dag vet vi at D- aminosyrer finnes, for eksempel i peptid antibiotika utskilles av bakterier , ellers ulike planter, som for eksempel ris, hvitløk eller erter.
Noen D- aminosyrer utfører også viktige fysiologiske funksjoner hos mennesker. Spesielt i sentralnervesystemet er disse D serin og D - aspartat . Men D- aminosyrer ser også ut til å spille en rolle i visse sykdommer , for eksempel schizofreni . Dette forskningsområdet er relativt nytt, og mange av funksjonene til frie eller koblede D- aminosyrer i peptider eller proteiner er fremdeles stort sett ukjente, eller misforstått.
D- aminosyrer har blitt demonstrert i en rekke matvarer og organismer ved kromatografisk analyse . En applikasjon er dateringen ved racemisering av aminosyrer for aldersbestemmelse av fossiler .
I henhold til den nåværende tilstanden med forskning , Er ikke D- aminosyrer som absorberes daglig med mat, farlige for mennesker. Mange viktige medikamenter inneholder D- aminosyrer . Kunstig produserte D- aminosyrer brukes som elementer for fremstilling av (semi-) syntetiske antibiotika og et stort antall hverdagsprodukter, og spesielt medisiner.
Alle proteinogene aminosyrer (spesifisert av den genetiske koden ) unntatt glycin , den enkleste av dem, har et karbonatom, festet til fire forskjellige radikaler . Disse radikalene opptar i fire de fire hjørnene til en tetraeder . Dette arrangementet forårsaker asymmetri , noe som resulterer i to muligheter for deres relative arrangement. Disse to formene, kalt enantiomerer eller refleksjonsisomerer, oppfører seg som et objekt og dets bilde i speilet. Det asymmetriske karbonatomet danner det asymmetriske sentrum der . Enantiomeren og speilbildet kan ikke overlegges. Dette skjer også for hverdagsobjekter som ikke har et symmetriplan . Et eksempel er de to hendene. Høyre og venstre hånd er som et objekt og dets bilde i speilet, men de kan ikke legges over. Forskjellen deres blir spesielt viktig når de samhandler med andre chirale systemer (fra det greske ordet for main ). For eksempel når en høyre hånd prøver å ta en annen høyre eller venstre hånd, eller prøver å ta på en dårlig hanske. I kirale miljøer vises forskjellene mellom molekylære enantiomerer spesielt tydelig.
Den Nobels i kjemi Emil Fischer utviklet en sprøyteprosess, den Fischers projeksjons , ved hvilken man kan beskrive entydig to-dimensjonal romlig struktur av et kiralt kjemisk binding. For dette valgte han et referansestoff ( glyseraldehyd ). I henhold til reglene i Fischer-projeksjonen er syregruppen ( karboksyl ) alltid representert øverst, og radikalen R som gjør forskjellen mellom aminosyrer alltid nederst. Hvis amingruppen er lokalisert i denne projeksjonen til venstre (på latin laevus ), snakker vi om en L- aminosyre . Hvis amingruppen er til høyre (latin: dexter ) i Fischer-projeksjon, er det en D- aminosyre . Adjektivene venstre og høyre gjelder bare konfigurasjonen i Fischer-projeksjon.
I sine fysiske egenskaper , som smeltepunkt , spesifikk masse , løselighet i vann eller andre medier, er isoelektrisk pH , aminosyrene D og L helt identiske. I et achiralt medium, det vil si i et miljø uten andre chirale molekyler, oppfører de seg nøyaktig på samme måte, med ett unntak: under identiske forhold roterer to enantiomerer polariseringsplanet for lineært polarisert lys med en mengde lik i absolutt verdi, men i motsatt retning. Hvis de roterer den med klokken (for en observatør som vender mot lyskilden), blir det referert til som en dekstroterende form eller en (+) form. I motsatt tilfelle er det en levorotatorisk form , eller (-). Disse skillene spiller nesten ingen rolle i hverdagen. I litteraturen forekommer til og med forvirring mellom L- former og (-) former. Videre avhenger verdien av rotasjonskraften, og til og med dens tegn, sterkt på forholdene. For eksempel har aminosyren L - leucin ved romtemperatur i en løsning av 6 M molaritet av saltsyre en spesifikk optisk rotasjon på + 15,1 ° (høyre), og i rent vann på -10,8 ° (venstre). I natriumhydroksydoppløsning med 3 M molaritet er den igjen ved + 7,6 ° (til høyre).
En blanding av 50% D- enantiomer og 50% L kalles et racemat . Racemics produseres spesielt i operasjoner av kunstig syntese av aminosyrer. De har ingen optisk aktivitet, det vil si at de ikke forandrer lysets polarisasjonsplan. Racemics har til dels forskjellige fysiske egenskaper fra rene enantiomerer (f.eks. Smeltepunkt), men ofte forskjellige fysiologiske egenskaper.
Fischer-projeksjonen har så langt vært det foretrukne projeksjonssystemet for aminosyrer og karbohydrater . Ved siden av det er det Cahn-Ingold-Pregold-konvensjonen (CIP System) for aminosyrer , som beskriver konfigurasjonen av kirale molekyler. I dette systemet er de fleste proteinogene L- aminosyrer S- aminosyrer . Deres enantiomerer, D- aminosyrene, er for det meste i R- konfigurasjonen . Unntakene er L - cystein , L - cystin og L - selenocystein , fordi svovel eller selen har høyere prioritet i CIP-nomenklaturen enn oksygen . Disse tre L- aminosyrene er i en R- konfigurasjon . På den annen side har enantiomerene deres en S- konfigurasjon .
I aminosyresekvenser er D- aminosyrer betegnet i forkortelsen på 3 bokstaver med et D- prefiks i små bokstaver.
For eksempel heptapeptid dermorfin :
H-Tyr-D-Ala-Phe-Gly-Tyr-Pro-Ser-NH2 .I kanoniske enbokstavskoder er D- aminosyrer representert med små bokstaver som tilsvarer den tilsvarende L- aminosyren .
For eksempel dermorfin:
YaFGYPS-NH2.D- aminosyrer er mye mer sjelden i naturen enn deres L- enantiomerer , som sammen med nukleinsyrer danner byggesteinene i livet . En lignende asymmetri, med utseendet til to enantiomerer, forekommer for karbohydrater . I sistnevnte tilfelle er det D- formen , for eksempel D - glukose , som er den "naturlige" konfigurasjonen. Det anslås at mengden D- glukose på jorden tilsvarer 10 15 ganger den av L- glukose. For aminosyrer er det ennå ikke et pålitelig estimat.
I lang tid ble det antatt at bare L- aminosyrer hadde blitt valgt under evolusjon for dannelse av peptider og proteiner. Siden 1980-tallet har forbedrede analysemetoder ført til at denne hypotesen har blitt revidert. D- aminosyrer har blitt funnet i flere og flere levende ting, så de har mye større spredning og variasjon enn tidligere antatt. I nyere litteratur anses D- aminosyrer nå å være vanlige komponenter i planter og matvarer. Og selv i høyere levende vesener, selv hos mennesker, er D- aminosyrer involvert i viktige fysiologiske prosesser, som fremdeles i stor grad misforstås.
Utviklingen av liv på jorden antok homokiralitet, det vil si en homogen konfigurasjon av aminosyrer og andre byggesteiner i livet. I et racemisk miljø kan det ikke forekomme replikering . Det er en hel serie hypoteser om årsaken til den ekstreme ubalansen mellom mengdene av de to enantiomere formene av aminosyrer. Det er enighet om at det var en første i naturen ubalanse mellom aminosyrene D og L . Derfra kan vi veldig godt forklare den ekstreme anrikningen av en av de to formene, ved chiral amplifikasjon, det vil si en selvforsterkende effekt som fører til en kjemisk reaksjon, i nærvær av 'et lite overskudd av en av enantiomere former, har et enda mer ubalansert resultat. Imidlertid er problemet fortsatt at en innledende symmetri ville ha blitt brutt, sannsynligvis lenge før starten på livet på jorden, gjenstår å være fullstendig løst. Blant de mulige kildene har vi diskutert brudd på paritetssymmetri i β-radioaktivitet (Vester-Ulbricht-hypotese) eller forurensning av ur suppen med overflødig L- aminosyrer fra utenomjordiske.
Til fordel for denne siste teorien, taler det faktum at i Murchison- meteoritten er det påvist et overskudd av ikke-proteinogene L- aminosyrer : 2-amino-2,3-dimetylpentansyre og isovalin . I Murchison- meteoritten var overskuddet av L- isovalin omtrent 18,5%, og i det for Orgueil , 15,2%. Disse overdrevene kunne ha vært forårsaket av sirkulær polarisert UV-stråling, som - som det er blitt bekreftet eksperimentelt - fortrinnsvis ødelegger D- aminosyrene .
Store mengder D- aminosyrer kan avledes fra L- aminosyrer ved racemisering. Dannelsen av en racemisk aminosyre, det vil si en blanding av like deler av D- og L- aminosyrer , er termodynamisk favorisert . Riktignok forblir entalpi uendret, men den høyere graden av "lidelse" fører til en økning i entropi , noe som fører til en reduksjon i den frie entalpi G av ΔG. Verdien av denne reduksjonen er -1,6 kJ / mol ved 25 ° C .
Høyere temperaturer fører til et større tap av fri entalpi, og det er derfor rasemisering er betydelig akselerert. Den halveringstid av racemisering, definert som den tid hvor verdien av det overskytende enantiomeren reduseres til det halve, er avhengig, ved siden av temperatur, pH , type aminosyre, oppløsningsmiddel, fuktighet og tilstedeværelse av katalysatorer . Under konstante forhold kan rasemisering beregnes godt, og omvendt, fra graden av racemisering, kan det trekkes konklusjoner om alderen på prøven. Denne prosessen, kjent som "datering ved racemisering av aminosyrer", kan brukes til datering av fossiler, men også for levende organismer. Ved døden stopper alle prosessene som kjemper mot racemisering av aminosyrer i den aktuelle organismen. Livet er en kamp mot entropi, og prosessene som går mot rasemisering slutter ikke senere enn døden. I noen vev, der proteinmetabolismen er veldig lav, begynner denne prosessen allerede før slutten av vevsdannelsen. Et eksempel er kollagen i tannhinnene på tennene , eller linsen i øyet. Den relativt konstante temperaturen og pH i tennene gjør det mulig å definere alderen til en levende organisme ved graden av racemisering av aspartat med en nøyaktighet på ca. ± 4 år. Denne prosessen brukes spesielt i rettsmedisin . Et eksempel på utførelsen av denne metoden er forskningen som ble gjort i 1996 på beinene til keiser Lothair i Supplinburg (1075–1137). I denne studien ble det funnet at Lothaire hadde en betydelig høyere grad av rasemisering enn kona Richenza von Northeim og svigersønnen Henrik X fra Bayern , noe som ville tilsvare en alder på omtrent 9000 år eldre. På den annen side tilsvarte rasemiseringsgraden til de to vitnene veldig godt deres alder på rundt 850 år. I alle tre tilfeller ble frekvensen av racemisering av aspartat målt. Den høye graden av rasemisering av Lothair skal ha sammenheng med de spesielle omstendighetene ved hans død. Han døde nær Breitenwang i Tirol , omtrent 700 km fra hovedkvarteret i Königslutter am Elm . For å beskytte kroppen mot forfall på denne lange reisen, ble liket behandlet i følge Mos Teutonicus ("teutonisk bruk"). Dette består i å tilberede liket, fjerne kjøttet fra beinene og bare transportere beinene. Matlagingen rasemiserte L- aspartat, målt 859 år senere, spesielt sterkere enn for de vanlig begravde likene til kona og svigersønnen. På grunn av rasemisering kunne tilberedningstiden estimeres til omtrent seks timer.
I håret på det rundt 5300 år gamle liket av mennesker fra Ötztal-Alpene , bedre kjent under kallenavnet "Ötzi", vises 37% av hydroksyprolinen i D- konfigurasjonen . I en 3000 år gammel mamma var den 31%, i middelalderens hår (rundt 1000 år gammel) 19% og i moderne prøver 4%.
Under tilberedning av mat kan L- aminosyrer også rasemiseres til proteiner på grunn av temperatur og ekstreme pH-verdier. Ulike aminosyrer rasemiserer raskt raskt. Racemiseringshastigheten er sterkt avhengig av aminosyresidekjeden og nærliggende aminosyrer. Grupper som tiltrekker seg elektroner letter protonering av C α-atomet, noe som letter racemisering. Dette er spesielt relevant for serin og aspartat. I tillegg spiller steriske effekter en rolle. Den asparagin og aspartat rasemisering spesielt raskt når de er tilstøtende til en glycin i peptidsekvensen. Deretter kan det produseres et syklisk succinimid , som fra et termodynamisk synspunkt sterkt favoriserer transformasjonen av den ene enantiomeren til den andre. Ved lave pH-verdier, for eksempel i 6M saltsyreoppløsning, raserer aspartat raskest. Den prolin og glutamin er rasemisering betydelig saktere, mens i disse forholdene, isoleucin , en valin , serin og treonin gjøre rasemisering svært lite. I en 1M brusoppløsning raserer serin den raskeste, deretter aspartat, fenylalanin , glutamat og valin.
Racemisering katalysert av baser eller syrer krever meget strenge forhold for å oppnå fullstendig racemisering innen få timer. I motsetning til dette er enzymkatalysert racemisering i biologiske systemer betydelig raskere og foregår under mildere forhold: nær nøytral pH og rom- eller kroppstemperatur. De racemases katalyserer karbon α deprotonering av aminosyren. I denne posisjonen er hydrogenatomet bare veldig svakt surt. Den surhet konstant av den protonerte form har en pK s ≈ 21, og er ved det isoelektriske punkt enda lavere med ≈ 29. Deprotonering er tilrettelagt for de fleste racemases ved pyridoxalfosfat (PALP). På det aktive sentrum av disse enzymene er PALP knyttet til en lysinrest . Aminogruppen til aminosyren L binder seg deretter til aldehydgruppen i PALP og danner deretter en imin ( aldimin , eller Schiff's base ). Som katalysator elektrofil , de PALP trekker på ringen aromatiske av elektroner karbonekstrakter a aminosyre, som derved blir lettere å deprotonere. I tillegg stabiliseres det gjenværende anionet ved en mesomerisk effekt . Ombeskyttelse med tilsetning av vann frigjør deretter den racemiserte aminosyren som et reaksjonsprodukt ved hydrolyse av Schiff-basen.
Foruten dette er det også PALP-uavhengige racemaser, i hvilke det aktive sentrum tiolgruppene av to cysteiner katalyserer protonering. I en to-basismekanisme fanger et deprotonert tiolat (RS - ) som spiller rollen som base, protonen til α-karbonet. Tiolgruppen i det andre cysteinet er ansvarlig for reprotonering. Disse enzymkatalyserte racemiseringsprosessene produserer det meste av D- aminosyrene i organismer.
Mange peptidantibiotika er laget av D- aminosyrer . De er naturlige stoffer, laget av prokaryoter ved hjelp av ikke- ribosomale synteser . Den farmakologisk meget viktige gruppen penicilliner inneholder som et elementært strukturelt element D- penicillamin, en ikke-proteinogen aminosyre . De polymyxiner og actinomycins er også bygget rundt aminosyrene D (henholdsvis D- fenylalanin og D -valin). Den bacitracin produseres av Bacillus subtilis består spesielt av aspartat, glutamat, ornitin og fenylalanin i D -konfigurasjon . Den valinomycin som produseres av Streptomyces fulvissimus inneholder D -valin og circulin A dannet av Bacillus circulans inneholder D -leucin. Blant D- aminosyreantibiotika er det også spesielt: fungisporin ( D - fenylalanin og D- valin), gramicidin og tyrocidin ( D- fenylalanin), malformin C ( D- leucin og D- cystein), mykobacillin ( D - aspartat og D- glutamat).
Ascomycete sopp produserer også naturlige medikamenter som inneholder D- aminosyrer , slik som tolypocladium inflatum , og produserer det immunsuppressive ciklosporin med D- alanin, eller penicillium chrysogenum , og produserer penicillin M med D- valin.
Det kjemisk relativt enkle sykloserinet som brukes i behandlingen av tuberkulose produseres av streptomyceter , slik som Streptomyces garyphalus , med D- serin.
I lang tid ble det antatt at i naturen dominerer en enkelt enantiomer av aminosyrer, dvs. L- formen . Fram til 1960-tallet ble D- aminosyrer betraktet som laboratorieartefakter (systemavhengige feil), og klassifisert som "unaturlige isomerer". Selv i dag finner vi denne betegnelsen "unaturlige isomerer" for D- enantiomerene .
Oxidases aminosyrer D - enzymer uten substrat?
I 1933 oppdaget den tyske legen og kjemikeren, fremtidig Nobelprisvinner i fysiologi eller medisin , Hans Adolf Krebs enzymet oksidase av aminosyrene D , og beskrev det i detalj to år senere. Krebs fastslår at D- aminosyrer , som "ikke forekommer i naturen" er deaminert betydelig raskere enn deres "naturlige" L- isomerer , i nærvær av frisk presset svin nyre eller lever . Med en valgt hemmer , for eksempel med oktan-1-ol , kan den deaktivere L- aminosyreoksidasen , og dermed ende opp med å selektivt bare deaminere D- aminosyrene . Krebs konkluderer med at i de organer som brukes, eller ekstrakter, var det to aminosyre-oksidase som henholdsvis virker på aminosyrene L og D . Krebs var overrasket over at det finnes et enzym som utelukkende virker på unaturlige stoffer. Men han påpekte at Felix Ehrlich i 1914, Edmund von Lippmann i 1884 og Sigmund Fränkel i 1923/24 hadde rapportert om sporadisk utseende av D- aminosyrer i naturen. Et slikt tidlig bevis var D- alanin isolert fra Bordeaux porcini sopp av E. Winterstein et al i 1913.
D- aminosyrer i planter
I planter kan eksistensen av D- aminosyrer både frie og kobles i peptidkjeder vises. De er ofte inneholdt i planter i form av N - malonyl eller N - acetyl -derivater .
For eksempel er 40% av alaninen i solsikkefrøet ( Helianthus annuus ) i D- konfigurasjonen . Den D -alanin og dipeptide D -Ala- D -Ala er i forskjellige urter; tilsvarende i ris ( Oryza australiensis ), hvor omtrent 10% av serinen er i D- konformasjon . Den er laget av selve planten med en serin racemase. Det tilsvarende genet for dette enzymet, i Oryza sativa ssp. Japonica cv. Nipponbare , ligger på kromosom 4. D- aminosyrer har blitt vist i lavere konsentrasjoner i mange matplanter. Disse inkluderer erter ( Pisum sativum ), hvitløk, forskjellige kålarter og frukt. Det er fortsatt ikke i det hele tatt klart hvilken funksjon disse gratis D- aminosyrene og peptidene spiller i planter.
Bakterier og D- aminosyrer
Før oppdagelsen av aminosyrer D- frie, har aminosyrer blitt identifisert D i en serie mikrobielle forbindelser. For eksempel inneholder penicillin G, dannet i penicillium notatum moldkulturer , oppdaget i 1928 av Alexander Fleming , som et bemerkelsesverdig element D- penicillamin (eller 3-merkapto- D -valin).
Texan Esmond E. Snell lagt merke til i 1943, ved eksperimenter med kulturer av Enterococcus faecalis og Lactobacillus casei at for vekst av disse arter av bakterier, nødvendige pyridoksin (vitamin B- 6 ) kan bli fullstendig erstattet med D -alanin i dietten. Det heter videre at D -alanin er betydelig mer effektiv i denne rollen enn L -alanin. Da det senere ble demonstrert at store mengder D- alanin var til stede i peptidoglykaner - biopolymerene som gir bakteriecellevegger sin styrke - var det klart hvorfor celler trengte disse "unaturlige" aminosyrene. Inkluderingen av D- alanin, og spesielt D- glutamat, forhindrer ødeleggelse av peptidoglykaner av peptidaser . Interessant er det nettopp denne “beskyttende demningen” av D- aminosyrer som danner angrepspunktet for β-laktamantibiotika , som penicillin. Disse antibiotika hemmer transpeptidaseenzymet av D- alanin, som finnes utelukkende i bakterier, og som katalyserer tverrbindingen av peptidoglykaner, spesielt av D- alanin.
I 1951 isolerte Irwin Clyde Gunsalus og Willis A. Wood fra enterococcus faecalis en alanin-racemase, et enzym som katalyserer racemiseringen av naturlig L- alanin . Alr- genet som koder for alaninracemase er til stede i alle bakterier. Den D -alanin racemase dannes ved bruk av alanin er avgjørende for peptidoglykansyntesen i praktisk talt alle bakterier. Foruten D- alanin og D- glutamat, finnes det også i noen arter av enterokokker av D- serin i celleveggen. Dette D- serin danner der med D- alanin i den C-terminale enden et dipeptid D- Ala- D- Ser , som er ansvarlig for motstanden til disse bakterieartene mot glykopeptider , slik som vancomycin .
D- aminosyrer i svamper
Polytheonamider er funnet i svamper . De er peptid giftstoffer som har aminosyrene veksler mellom D og L- formene . De er tilsynelatende syntetisert av ribosomer som L- peptider , og deretter blir epimerisert annenhver aminosyre etter translasjon . Dette skjer ved hjelp av noen få enzymer, hvis gener, tilsynelatende fra bakterier, har ankommet svampene ved horisontal genoverføring .
D- aminosyrer i flercellede organismer
Dankwart Ackermann og Mr. Mohr kunne finne i leveren spiny dogfish of D -ornithine. D- aminosyreoksidasen oppdaget av Krebs ble oppdaget i de påfølgende årene i alle pattedyr . H. Blaschko og Joyce Hawkins fant den først i 1951 hos virvelløse dyr . Men funksjonen til dette enzymet i forskjellige organismer er fortsatt uklar. På slutten av 1960-tallet ble det spekulert i at enzymet ble brukt i fordøyelseskanalen for ødeleggelse av celleveggkomponenter av grampositive bakterier , som inneholder store mengder D- aminosyrer . Teorien om at D- aminosyreoksidase bare tjente til å ødelegge aminosyrer hentet fra utsiden (eksogent) vedvarte til begynnelsen av 1990-tallet.
Det var i 1950 at Auclair og Patton først fant D- alanin i en flercellet organisme , i hemolymfen til stinkdyren Oncopeltus fasciatus . De brukte todimensjonal papirkromatografi for analysen . Etter eluering sprayet de tørkede kromatogrammer med D- aminosyreoksidase , som bare deaminerer D- alanin til ketokarbonsyre, som lett kan identifiseres med fenylhydrazin . Det ble antatt at D- alanin var til stede på grunn av mikrobiell flora, forurensning fra mat, samt spontan racemisering på grunn av alder.
Den biosyntesen av D -serin ble demonstrert i 1965 av en arbeidsgruppe rundt John J. Corrigan ved Tufts University i Massachusetts . De silkeormer alimentésavec av D -glukose radiomerket produsere både D- serin som den L- serin. D- aminosyrer ble senere funnet i andre insekter og pattedyr.
I 1962, en italiensk gruppe rundt Vittorio Erspamer isolert i tailless Søramerikansk physalaemus fuscomaculatus den tachykininfamilien physalémine. Dette polypeptidet er sammensatt av tolv aminosyrer, og begynner ved N-terminalen, med en D- prolin. I en bokstavskode skrives sekvensen pEADPNKFYGLM-NH2. Det er det første naturlige peptidet oppdaget med en D- aminosyre som ikke er av mikrobiell opprinnelse. Men selv, tre år senere, skrev den amerikanske biokjemikeren Alton Meister, for eksempel i sitt standardverk Biokjemi av aminosyrene , “at det foreløpig ikke er noen avgjørende bevis for eksistensen av D- aminosyrer i aminosyrenes proteiner. planter og dyr. Først la vi nesten ikke merke til oppdagelsen av Erspamer. Først den samme gruppen, 19 år senere, isolerte dermorfin i Phyllomedusa sauvagii , også hjemmehørende i Sør-Amerika, at betydningen av denne oppdagelsen sakte begynte å bli anerkjent. Fra N-terminalen inneholder dermorfin, som består av syv aminosyrer, i posisjon 2 en D- alanin. D- konfigurasjonen av denne alaninen er viktig for farmakologisk aktivitet. Dermorfin binder seg til µ 1- reseptoren og er tydeligvis mer selektiv og potent der enn endogene endorfiner ( dynorfin og enkefalin ) og den utbredte morfin , av planteopprinnelse. Oppdagelsen motsatte seg en rekke paradigmer, så mye at Erspamer hadde visse vanskeligheter med å finne et spesialmagasin som gikk med på å publisere sitt arbeid. En av disse paradigmer er det, i proteinbiosyntese , den DNA i en organisme koder kun de 22 proteinogene aminosyrer , som alle er i den L- konformasjon . Det er ikke noe gen som koder D- aminosyrer . Det var bare mer enn ti år senere at motsetningen ble løst: det er en stereoselektiv posttranslasjonell modifisering katalysert av epimeraser som er ansvarlig for utseendet av D- aminosyrer i eukaryote peptider. Det vil si, etter translasjon, blir konformasjonen av en bestemt L- aminosyre endret av et spesifikt endogent enzym.
D- aminosyrer hos pattedyr
Fram til 1992 ble det ekskludert at aminosyrene D hadde en biologisk funksjon hos lezpattedyr. Ved å forbedre analytiske målemetoder som høyytelsesgass eller væskekromatografi , ble det mulig fra 1980-tallet å skille D- aminosyrer rent fra L- enantiomerene , og å demonstrere dem ytterligere i svært små mengder. Atsushi Hashimoto et al således funnet i 1992 i hjernen til lige rotter forholdsvis store mengder fri D -serin. De indikerte en konsentrasjon på ca. 0,27 µmol / g hjernemasse, noe som antydet et D- serin / L- serin-forhold på 0,23. Det var allerede kjent før at D- serin tilført fra utsiden (eksogen) var en potent og selektiv allosterisk agonist av NMDA-reseptoren (NMDA = N-metyl- D- aspartat). Kilden til den relativt høye konsentrasjonen av D -serin, som senere ble demonstrert også i hjernen til andre pattedyr, inkludert mennesker, var opprinnelig uklar. Spekulasjoner, som målrettet absorpsjon av racemisert L- serin fra mat, og transporten til hjernen over blod-hjerne-barrieren , opphørte i 1999 med oppdagelsen av enzymet serin-racemase i hjernen til rotter av Herman Wolosker et al . Serin racemase katalyserer racemisering av serin. Aminosyreraser var tidligere kun kjent fra bakterier og noen få insekter. Enzymet er funnet i gliaceller , som viser relativt høye konsentrasjoner av D- serin. Med oppdagelsen av serin-racemase ble det vist at denne arkaiske metabolismen av D- aminosyrer har blitt bevart under evolusjonen til pattedyr, og at den fremdeles utøver en viktig funksjon i nevrotransmisjon - slik dette skulle vises i fremtiden. Vi må forlate dogmen om at D- aminosyrer ikke har noen spesiell funksjon i eukaryoter . Vi vet nå at D -serin spiller en viktig rolle i mange prosesser i sentralnervesystemet , som læring og hukommelse , men også i psykiske lidelser , nevropatier og nevrodegenerative sykdommer .
Fram til slutten av 1990-tallet ble det antatt at D- aminosyrer ikke hadde noen fysiologisk funksjon hos virveldyr. Med oppdagelsen av relativt store mengder D- serin og D- aspartat i hjerner fra pattedyr, startet studien av den fysiologiske virkningen av disse to uvanlige aminosyrene. Denne studien er en relativt ung disiplin, med fortsatt mange åpne spørsmål.
The D serin
Den D- serin er også gliacellene også i neuronene . Den stammer fra L- serin under den katalytiske virkningen av enzymet serin racemase ( EC 5.1.1.18), som uttrykkes av disse cellene. Destruksjon katalyseres av D- aminosyreoksidase (EC 1.4.3.3). Konsentrasjonen av D -serin bestemmes av disse to prosessene for dannelse og destruksjon. Den D- serin er et ko-agonist til NMDA-reseptoren , som blant annet den naturlige ligand er glycin. Denne reseptoren er av stor betydning for en rekke fysiologiske og også patologiske prosesser. Den D- serin forsterker aktiviteten til NMDA-reseptoren. Dette kalles også en nevromodulator .
Overekspresjon av D- aminosyreoksidase , som fører til økt nedbrytning av D- serin, reduserer følgelig aktiviteten til NMDA-reseptorer. Denne reduserte aktiviteten er primært relatert til schizofreni . Allerede små mengder reseptorantagonister kan utløse symptomer som milde kognitive og fysiologiske forstyrrelser hos friske forsøkspersoner, som tilsvarer de med schizofreni.
I 2002 etablerte en stor internasjonal forskningsgruppe at det nylig oppdagede genet G72 ( DAOA- genet , aminosyreoksidaseaktivator ) er nært beslektet med schizofreni. Produktet av G72 aktiverer oksidasen av D- aminosyrene , noe som reduserer konsentrasjonen av D- serin i hjernen. Men de fant bare en svak sammenheng mellom D- aminosyreoksidaseaktivitet og utbruddet av schizofreni. Derfor støttet kombinasjonen av D- aminosyreoksidase og G72-aktivator hverandre ( synergi ). Forfatterne konkluderte med at til slutt konsentrasjonen av fritt D- serin spiller en viktig rolle i schizofreni. Andre studier har også vist en genetisk sammenheng mellom D- aminosyreoksidase og schizofreni. Disse funnene stemmer overens med resultatene fra grupper som har vært i stand til å vise at konsentrasjonen av D- serin i blodserumet og i cerebrospinalvæsken hos schizofrene pasienter, sammenlignet med en gruppe friske personer, er betydelig redusert. I tillegg ble hjernen til avdøde schizofrene pasienter vist å ha høyere uttrykk for D- aminosyreoksidase . Supplerende administrering av D- serin under behandling av schizofrene pasienter har vist mange oppmuntrende resultater i kliniske studier. I en metaanalyse av 18 kliniske studier ble en reduksjon i symptomer på schizofreni etablert. Forbedringen var imidlertid bare moderat.
Funnene om funksjonen til D- serin og aminosyreoksidase av D førte til utvikling av forskjellige oksidasehemmere aminosyrer D , som kan være potensielle medikamenter for behandling med schizofreni. D- aminosyreoksidasehemmere er fortsatt i en veldig tidlig utviklingsfase, slik at det i 2012 ikke er noen medisiner på dette prinsippet som ennå har fått markedsføringstillatelse (AMM).
På den annen side blir det undersøkt om for høy konsentrasjon av disse aminosyrene i gliaceller, og den tilhørende eksitotoksisiteten , kan være en årsak til amyotrof lateral sklerose , en degenerativ sykdom i nervesystemet.
Den D -aspartat
Det var i 1986 at gruppen rundt amerikaneren David S. Dunlop fant betydelige mengder D- aspartat i hjernen til gnagere og i menneskeblod. Den høyeste konsentrasjonen ble funnet i telencefalon hos nyfødte rotter, med 164 nmol / g D- aspartat. Dette tilsvarte 8,4% av total aspartat. Denne konsentrasjonen overstiger den for mange essensielle L- aminosyrer i hjernen. Utenfor hjernen var de også i stand til å demonstrere relativt høye konsentrasjoner av D- aspartat i pinealkjertelen , hypofysen , binyrene og testiklene . Analogt til D -serin, D er aspartat produsert i kroppen ved enzymatisk racemisering av L -aspartat, og i dette tilfellet ved den racemase fra D -aspartat (EC 5.1.1.13), og nedbrytning er produsert av D -aspartat oksidase ( EC 1.4.3.1). Med alderen synker konsentrasjonen av D- aspartat drastisk. De høye racemase-aktivitetene til D- aspartat finnes i organer hvor det også finnes høye konsentrasjoner av D- aspartat. Aktiviteten er maksimal i hypofysen. D- aspartat- racemase- deaktivering, for eksempel ved et retrovirus , som fremkaller et målrettet tap av funksjon i ribonukleinsyre (RNA) komplementært til D- aspartat- racemase , fører til en betydelig reduksjon i D- konsentrasjon. -Aspartat. Konsekvensen er at dendrittisk utvikling forstyrres massivt, noe som deretter fører til markert skade for neurogenese i hippocampus . Basert på disse eksperimentelle resultatene antas det at D- aspartat er en viktig regulator for nevral utvikling. Den detaljerte fysiologiske virkningen av D- aspartat er fortsatt stort sett ukjent. Dette forskningsområdet er ganske nytt. Dermed var det først i 2010 at aspartat-racemasen ble klonet hos pattedyr.
Under aldring av en organisme fører multipliseringen av racemisering, spesielt aspartat, til et økende tap av homokiralitet. Den oksidativt stress og stråler UV kan akselerere tap. Racemisering av aspartat går spesielt lett på grunn av dannelsen av et mellomprodukt, et succinimid , som bare trenger en veldig lav aktiveringsenergi. Denne in vivo- racemiseringen av ikke-enzymatiske proteiner er en autonom aldringsprosess, som primært gjelder langlivede proteiner, slik som dentinkollagen eller linsen . For eksempel racemiseres 0,14% av linseaspartat per år. En 30 år gammel mann har i gjennomsnitt 4,2% aspartat i linsen, noe som er rasemisert. I tillegg påvirkes også andre funksjonelle proteiner, som enzymer eller semiokjemikalier , av racemisering. Peptider som inneholder D- aminosyrer er spesielt mer stabile for enzymatisk nedbrytning av proteaser enn de hvis aminosyrer bare er i L- konformasjon . I mange tilfeller fører racemisering av et endogent protein til fysiologiske problemer. Racemisering fører til tap av funksjon og en akkumulering av proteinet i de mest forskjellige vev, der kroppen ikke kan nedbryte dem. I noen kliniske bilder observeres en økning i racemisering. Ved atherom , lungeemfysem , presbyopi , grå stær , degenerative manifestasjoner av brusk og hjerne, anses racemisering av aspartat for å være en relevant patologisk faktor.
Det var i 1988 at det ble funnet en høy grad av racemisering i senile beta-amyloidplakk i hjernen til pasienter med Alzheimers sykdom for første gang . Det var fremfor alt D- aspartat og D- serin som ble demonstrert. Det ble senere erkjent at racemisering av aspartat i posisjon 23 fører til en akselerasjon av peptidaggregering som anses å være en vesentlig komponent i patogenesen av Alzheimers sykdom. I motsetning til racemisering ved posisjon 23, fører racemisering ved posisjon 7 til en reduksjon i aggregering av peptider. I begynnelsen av Alzheimers sykdom tilskrives prosessene for racemisering av beta-amyloid ved aldring av proteinet, som foregår som de av dentin. Racemisering akselererer aggregering av peptider og gjør disaggregering av proteaser vanskeligere.
I et achiralt miljø er aminosyrene L og D identiske i sine kjemiske og fysiske egenskaper, bortsett fra deres virkning på lysretningens retning. På den annen side, i et chiralt miljø, kan bemerkelsesverdige forskjeller etableres. Dette gjelder spesielt i biokjemiske prosesser, som naturlig er chirale. Et praktisk eksempel på dette er forskjellen i smak mellom enantiomerer av aminosyrer. De chemoreceptors smak konstruert aminosyren L- formen et chiralt miljø, som kommuniserer annerledes vis-a-vis enantiomerene. For eksempel blir smaken til de fleste L- aminosyrer beskrevet som bitter , mens den til D- aminosyrer er beskrevet som søt . Et ekstremt eksempel er D- tryptofan, den søteste av alle D- aminosyrer , over 37 ganger mer enn sukrose. På den annen side er L -tryptofan, sammen med L- tyrosin, den mest bitre. På samme måte kan interaksjoner med andre reseptorer eller enzymer gå annerledes i biokjemiske prosesser. Dette gjelder spesielt peptider og proteiner som inneholder en eller flere D- aminosyrer .
Inkluderingen av en D- aminosyre , eller spesielt epimeriseringen av en L- aminosyre i et protein, gir stereokjemisk dannelsen av en diastereomer , som gir hele proteinet helt nye kjemiske og fysiske egenskaper. Denne biokjemiske intervensjonen på peptidets primære struktur har bemerkelsesverdige konsekvenser for dens sekundære , tertiære og kvartære strukturer . Dens biokjemiske effekt blir så sterkt modifisert. I ekstreme tilfeller kan den enten miste funksjonen helt eller påta seg en helt ny, muligens giftig, funksjon. D- aminosyrer forhindrer dannelsen av en alfa-helix i et peptid som består av L- aminosyrer . De er propellbrytere . Bare proteiner som består helt av enten D- aminosyrer eller L- aminosyrer, kan bygge helixer med aminosyrene som er i stand til å bygge dem (valin, glutamin, isoleucin, alanin, metionin, leucin, glutamat eller tryptofan). Disse propellene roterer i motsatt retning. Dette er ikke mulig med en blanding av aminosyrer med forskjellige konformasjoner.
D- isomerer av proteinogene aminosyrer
I undersøkelser hvor oralt inntak av aminosyrer, for eksempel i form av kosttilskudd, har vært undersøkt, har alle aminosyrer bortsett fra serin og aspartat blitt vist å ha mer uttalte toksiske virkninger i L -konfigurasjon. "Naturlig" i konfigurasjon D . D- aminosyrer er en normal del av mange matvarer. De stammer fremfor alt fra rasemiseringsprosessene til L- aminosyrer . I matvarer som har gjennomgått gjæring, som meieriprodukter, er det store mengder D- aminosyrer . For eksempel inneholder Emmental ca. 0,7 g / kg D- aminosyrer . Allerede i fersk kumelk er omtrent 1,5% av aminosyrene i D- konfigurasjon .
Det anslås at omtrent en tredjedel av D- aminosyrene som tas i mat, er av mikrobiell opprinnelse. For å kunne bruke aminosyrene i maten og satt inn i proteiner i kroppen, må proteiner brytes ned i deres elementer, de frie aminosyrene. Hvis det finnes i et D- aminosyreprotein , kan proteinets tilgang til proteolytiske enzymer være betydelig begrenset. Enzymer i det menneskelige fordøyelsessystemet kan ikke bryte bindingene mellom D og L aminosyrer . Nedbrytningen til frie aminosyrer, eller dipeptider eller tripeptider , som er nødvendige for absorpsjon i tarmslimhinnen, blir vanskeligere. De større delene av peptider kan ikke assimileres og skilles ut med avføringen . Den biologiske tilgjengeligheten, og også næringsverdien, reduseres da sterkt. Dipeptider eller tripeptider som inneholder D- aminosyrer , og frie D- aminosyrer kan resorberes av peptidtransportører. En stor del av de således absorberte D- aminosyrene elimineres av nyrene. Avhengig av matforsyningen og typen aminosyre, kan en del av D- aminosyrene transformeres ved epimerisering til L- aminosyrer , og derfor gjøres tilgjengelig for proteinbiosyntese.
Inkludering av D- aminosyrer i celleveggen til bakterier resulterer i deres motstand mot proteaser. Denne motstanden er veldig viktig for mennesker, siden det i tarmen til en voksen er flere hundre gram tarmbakterier , som er nødvendige for fordøyelsen, med et mangfold av proteaser.
De fleste av D- aminosyrene i maten stammer fra tilberedningen. Høye temperaturer eller sterkt sure eller basiske forhold fører til delvis racemisering. For eksempel er i chips omtrent 14% av aspartatet i D- form ; i erstatning av melk å legge i kaffen, er den 17%, og i en baconskive til frokost, 13%. Gratis L- aminosyrer racemiserer omtrent ti ganger langsommere enn om de er bundet i et protein. Rasemiseringshastigheten avhenger videre sterkt av aminosyren. For eksempel kan serin, på grunn av sin hydroksylgruppe , spesielt rasemiseres. De drastiske forholdene som kreves ved produksjon av gelatin - sur eller basisk fusjon ved høy temperatur - fører til sterk racemisering, særlig av aspartat, i kollagenet av gelatinen. Fraksjonen av D- aspartat til totalt aspartat kan lett overstige 30% i kommersielt tilgjengelige gelatiner.
D- aminosyrer tatt av pattedyr er ikke innlemmet i proteiner eller peptider, eller andre (makro-) molekyler av metabolisme. Ingen berikelse av kroppsvev blir observert. D- aminosyrer elimineres delvis i urinen , og delvis ved deaminering av D- aminosyreoksidaseenzymet som er tilstede i leveren og nyrene, og oksyderes til normale metabolske produkter, keto-syrer. Når det gjelder toksisitet av D aminosyre infusjoner , vi har mange års mer eller mindre frivillig erfaring, noe som fører til den konklusjon at de ikke er skadelig for helsen. Grunnlaget for denne påstanden er den gode toleransen for det parenterale dietten som i mange år besto av høydose aminosyreracemat. Disse infusjonsløsninger ble oppnådd ved syrehydrolyse av proteiner, noe som uunngåelig fører til sterk racemisering. Racemisk metionin, DL- metionin, er en del av mange fôr hos storfe . Hos melkekyr er det vist at mer enn 75% av D- metionin omdannes til L- metionin, og dermed gjøres biotilgjengelig .
Uansett disse verdiene avledet fra bruk, må eksperimentelle resultater på dyremodellen til rotten vurderes. Høye doser (i området 0,8 g / kg ) av D- serin fører i disse modellorganismer til akutt tubulær nekrose , som er reversibel etter undertrykkelse av D- serinadministrasjon. Etter omtrent seks dager er full regenerering av nyrefunksjonen ervervet. De patologiske endringene er stort sett lik nyreskade på grunn av lysinoalanin (en kombinasjon av lysin og dehydroalanin , en ikke-proteinogen aminosyre ). Det er ingen klar forklaring ennå på hvorfor D- serin i disse høye konsentrasjonene er giftig for nyrene. Det er mulig at D -serin reduserer konsentrasjonen av renal glutation , hvis funksjon er å beskytte cellene i den distale tubuli mot skadelige påvirkninger på grunn av reaktive oksygen-derivater (ROS). I den enzymatiske nedbrytningen av D- serin ved oksidase av D- aminosyrene , dannes det som et biprodukt av hydrogenperoksid, noe som betydelig senker butikken med glutation i cellen.
Et papir publisert i desember 1989 i den anerkjente spesialtidsskriftet The Lancet vakte stor oppmerksomhet. Den ble signert av tre wieners leger, som hadde oppvarmet melk i en mikrobølgeovn, og fant store mengder D- prolin, tilsynelatende på grunn av rasemisering av L- prolin i melk. Deretter tilskrev de dette D- prolin giftige egenskaper for nerver, nyrer og lever. Dette innlegget var et brev til redaksjonen, ikke et fagfellevurdert innlegg eller til og med en kontrollert studie. Forfatterne spesifiserte ikke vilkårene for eksperimentet som hadde ført til dette racemiseringspunktet. Uansett disse begrensningene, ble denne annonsen publisert i dags- og ukepressen med dramatiske setninger og advarsler om bruk av mikrobølgeovner. IAugust 1990utgav det føderale helsekontoret en oppdatering, som praktisk talt ikke hadde noen innvirkning på publikum. Andre forskere har påpekt at D- prolin normalt er en del av daglig mat, og at den raskt brytes ned og elimineres etter oral absorpsjon. Imidlertid iAugust 1991, dukket det opp en avis med overskriften “ Mikrobølger forgifter nerver, lever og nyrer . Lignende uttalelser kan fremdeles finnes i dag på tilsvarende nettsteder.
Forsøk fra andre grupper på å spore resultatene fra de wienske legene begynte med å mislykkes. Dermed kunne ingen økning i D- prolin etter 30 minutter med tilberedning av melk på komfyr måles. To år senere ble vilkårene for eksperimentet publisert. Forfatterne av brevet på Lancet hadde oppvarmet melk i et lukket trykk-kar i 10 minutter ved 174 -176 ° C , et temperaturområde som lige beholdere for oppvarming av melk ikke kan oppnå. Når det gjaldt deres påstand om nevrotoksisitet av D- prolin, stolte forfatterne av brevet til Lancet på eksperimenter i 1978, hvor stoffet ble injisert direkte i hjertekammene . Påfølgende eksperimenter med toksisitet av D- prolin hos rotter har vist at denne forbindelsen er trygg, selv ved høy konsentrasjon.
Den virkelige faren for oppvarming av melk i mikrobølgeovner oppstår - spesielt for små barn - ved ujevn oppvarming av flaskeinnholdet, noe som ofte fører til klinisk alvorlige forbrenninger.
D- isomerer av ikke-proteinogene aminosyrer
En generell indikasjon på toksisiteten til D- isomerer av ikke-proteinogene aminosyrer kan ikke gis. Det avhenger veldig individuelt av hvilken type aminosyre som er involvert. Interessant, visse kombinasjoner som inneholder D- aminosyrer, er spesielt mindre giftige enn deres L- isomerer : for eksempel cykloserin og penicillamin . Således er for eksempel median dødelig dose for oral absorpsjon av racemisk penicillamin D og L 365 mg / kg . For D- penicillamin er det ingen tegn på toksisitet selv for en dose på 1200 mg / kg .
D- peptider
Ingen generelle påstander kan gjøres om de toksikologiske egenskapene til D- peptider. Deres følsomhet overfor proteaser er spesielt lavere og deres immunogene potensial betydelig lavere enn for de tilsvarende L- peptidene.
Med et polarimeter kan rotasjonsvinkelen til polarisasjonen av en løsning av aminosyrer bestemmes, hvorfra innholdet av D- og L- enantiomerene kan beregnes . For dette må standardiserte betingelser være oppfylt (fremfor alt konsentrasjon, temperatur og løsemiddel). Videre er denne metoden bare anvendelig for enkeltaminosyrer, og ikke for blandinger av forskjellige aminosyrer. På 1960- til 1980-tallet ble ionebyttekromatografi brukt til separering av avledede aminosyrer. For dette transformeres aminosyrene som skal analyseres før separering i diastereomere dipeptider med L- aminosyrer . Også enzymatiske metoder, som er basert på transformasjoner med spesifikke enzymer, så som oksidaser av aminosyrene D eller L, utgjør en del av de konvensjonelle metodene for å bestemme enantiomerer av aminosyrer.
Kvantitative analyser, selv av komplekse blandinger av aminosyrer, kan utføres ved hjelp av kromatografiske metoder . Dette innebærer å skille de enkelte komponentene i blandingen på kromatografens stasjonære fase og deretter måle dem med en detektor. Sistnevnte er hovedsakelig spektroskoper eller massespektometre , eller i gasskromatografi ved flammeioniseringsdeteksjon (fr ) . For separasjon av blandingen på den stasjonære fasen brukes to strategier. I det enkleste tilfellet foregår denne separasjonen av de to enantiomerene på en kiral stasjonær fase, som samhandler forskjellig med de to isomerer, og derfor elueres med en annen hastighet. Separasjon til en achiral stasjonær fase er bare mulig når enantiomerene erstattes av diastereomerer. De analytiske metodene som har blitt etablert er gasskromatografi (GC) og høyytelses væskekromatografi (HPLC) . Som en ikke-kromatografisk metode brukes kapillærelektroforese spesielt til analyse av D- aminosyrer . Det var bare gjennom utvikling av spesielle kromatografiske metoder at D- aminosyrer ble funnet og kvantifisert i organene til høyere organismer.
Gasskromatografi
Aminosyrer kan ikke fordampes uten å bryte ned. For separering og analyse ved gasskromatografi, må de omdannes til fordampbare forbindelser uten spaltning. For dette formål blir de generelt utsatt for en kjemisk reaksjon i to trinn. For eksempel er det i et første trinn mulig å omdanne karboksylgruppen til en ester med etanol, deretter i et andre trinn, å omdanne aminogruppen til trifluoracetyl under påvirkning av trifluoreddiksyreanhydrid . Den N TFA / O -etyl-derivat av aminosyren kan deretter fordampes i kromatografen uten spaltning, og bli separert på en chiral stasjonær fase. Den separate reaksjonen på hver av α-karbonligandene beskytter mot faren for racemisering, og garanterer at reaksjonen vil ha samme kinetikk for de to enantiomerene. En av disse mulighetene kan endre resultatet av målingen.
Væskekromatografi med høy ytelse
I motsetning til gasskromatografi i HPLC er det vanlig å kombinere produktet som skal analyseres med chirale reagenser, og å bruke en ikke-chiral fase. Som det chirale reagenset kan L - N -acetylcystein brukes med benzol-1,2-dikarbaldehyd. Paret diastereomerer ( D - L og L - L ) har forskjellige fysiske og kjemiske egenskaper, slik at de kan separeres og påvises i en konvensjonell (achiral) kolonne.
Det meste av de proteinogene L- aminosyrene oppnås ved gjæring . Denne mikrobiologiske prosessen er ikke egnet for produksjon av D- aminosyrer . For å imøtekomme det økende behovet for D- aminosyrer er det utviklet ulike produksjonsprosesser.
Klassiske kjemiske synteser, som Streckers syntese, fører alltid til racemater av aminosyrer. Enantiomerene kan skilles fra denne blandingen, som er dyr, eller L- aminosyrene kan omdannes enzymatisk til keto- syrer ved hjelp av L- aminosyredeaminaser , og de kan deretter enkelt separeres.
En mer elegant metode er syntesen av D- aminosyrer ved å erstatte hydantoiner . Hydantoiner produseres ved store volumteknikker i henhold til Bucherer-Bergs-reaksjonen fra aldehyder, kaliumcyanid og ammoniumkarbonat . Avhengig av valget av anvendt aldehyd vil den ønskede aminosyren oppnås. Det således fremstillede hydantoin kan deretter omdannes ved hjelp av hydantoinase-metoden til D- aminosyren . Denne prosessen med flere enzymer ble utviklet av Degussa (nå Evonik ), og består av tre trinn. Først hydrolyseres det racemiske hydantoinderivatet under katalytisk påvirkning av en D- hydantoinase til N- karbamoyl- D- aminosyre. I et andre trinn hydrolyseres N- karbamoyl- D- aminosyren ved hjelp av en D- karbamoylase til en ren enantiomer aminosyre. I det tredje trinnet raseres den ukonverterte enantiomeren av hydantoinforbindelsen kjemisk eller enzymatisk. Kjemisk racemisering finner sted ved pH> 8, og kan akselereres vesentlig ved tilsetning av en racemase. I sammenligning med de andre prosessene produserte hydantoinprosessen fra en racemisk ren enantiomer aminosyre med et teoretisk utbytte på 100%.
Den globale etterspørselen etter D- aminosyrer har kontinuerlig økt de siste årene. For året 2017 spår vi et marked på rundt 3,7 milliarder dollar.
D- aminosyrer brukes som viktige bestanddeler, for eksempel i søtningsmidler , insektmidler , kosmetikk og fremfor alt i en rekke medikamenter , som representerer en viktig vekstfaktor for utviklingen av markedet.
Således trenger vi hvert år flere tusen tonn D -4-hydroksyfenylglycin og D- fenylglycin for syntese av penicilliner (for eksempel amoksicillin ) og cefalosporiner (for eksempel Cefaclor ).
Ikke bare øker D- aminosyrer stabiliteten til bakterielle cellevegger mot proteolytisk nedbrytning, deres velstyrte inkludering i medikamenter forbedrer stabiliteten, spesielt mot oral administrering. I tillegg gir endringen i rekkefølgen av funksjonelle grupper i deres konformasjon en ny grad av frihet for konstruksjon av nye molekyler som kan føre til bedre egenskaper. Den cetrorelix (i) , som brukes i medisin til kjønnsorganene for å hemme hormonfrigivelsen av gonadotropiner hypofysen , som er et analogt, for eksempel består av ti aminosyrer, hvorav fem er i konfigurasjon D . Cetrorelix er laget helt syntetisk fra individuelle aminosyrer. Andre lignende medikamenter, som leuproreline, buserelin, degarelix, histrelin, nafarelin eller abarelix inneholder minst en D- aminosyre .
Den tadalafil , som brukes i behandling av erektil dysfunksjon , bedre kjent under merkenavnet Cialis , har i sin struktur et D -tryptofan. Det antidiabetiske nateglinidet , fra gruppen glinider, er laget av D- fenylalanin og cis -4-isopropyl-cykloheksan-karbonsyre. Fenylalanin har blitt brukt siden 1970-tallet som et antidepressivt middel . For bruk som medikament brukes den mye billigere rasemikken. En betydelig brøkdel av antidepressiva og smertestillende virkning skyldes D- fenylalanin, som ikke metaboliseres som L- fenylalanin til L- tyrosin, L- DOPA eller noradrenalin, noe som forbedrer humøret, men det blokkerer humøret. Primær måte enzymet enkefalinase . Denne blokkeringen fører til en økning i konsentrasjonen av enkefaliner i blodet, noe som fremkaller den smertestillende effekten. Deretter metaboliseres D- fenylalanin hovedsakelig til fenyletylamin
Insekticid fluvalinate som brukes for kontroll av Varroa av pyretroid -gruppen inneholder i sin sammensetning D -valin.
Den D -alanin er en komponent av søtningsmiddel Alitam .