Trimethylglycin

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

Trimethylglycin
model molekuly
Obecné
Systematický název	2-(trimethylamonio)acetát
Triviální název	trimetylammonioacetát
Sumární vzorec	C5H11NO2
Identifikace
Registrační číslo CAS	107-43-7
SMILES	C[N+](C)(C)CC(=O)[O-]
InChI	InChI=1S/C5H11NO2/c1-6(2,3)4-5(7)8/h4H2,1-3H3
Vlastnosti
Molární hmotnost	117,146 g/mol
Teplota tání	180 °C (453 K)
Bezpečnost
GHS07 [1] Varování[1]
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Struktura a reakce

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

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

Výroba a biochemické procesy

Při zpracování cukrové řepy přechází glycin betain do melasy. Jeho ekonomická hodnota může dosahovat hodnoty vyrobeného cukru.^[3]

Biosyntéza

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

Biologická funkce

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

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

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

TMG v zemědělství a akvakultuře

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

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

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

TMG v lidské stravě

TMG v potravinách

Jídlo	TMG (mg / 100 g)
Quinoa	630
Špenát	577
Pšeničné otruby	360
Jehnečí čtvrtka	332
Červená řepa	256

Doplněk stravy

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

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

Jiné použití: PCR

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

Spekulativní použití

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

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

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

Chromatografie iontové výměny IEX

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