Karnosiini

Karnosiini (ß-alanyyli-L-histidiini) on beta-alaniini- ja histidiiniaminohapoista muodostunut dipeptidi. Sen kemiallinen kaava on C9H14N4O3, moolimassa 226.23 g/mol, sulamispiste 253 °C ja CAS-numero 305-84-0. Ihmisessä karnosiinia esiintyy erityisesti lihas- ja aivokudoksissa.

 Yleistä 
Karnosiini on yleinen dipeptidi, jota tavataan kaloista, linnuista, matelijoista ja nisäkkäistä.The Distribution of Carnosine in the Animal Kingdom, Winifred Mary Clifford, Biochem J. 1921; 15(6): 725–735. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1259040/Fish, Ariño A. et al, page 252, Encyclopedia of Human Nutrition, 2nd ed., 2005, Elsevier,  Jackson MC, Lenney JF. The distribution of carnosine and related dipeptides in rat and human tissues. Inflamm Res 1996, 45(3): 132–135 Karnosiinia ei ole suositeltavaa antaa henkilölle, jonka aivot ovat vielä kehitysvaiheessa.  

Karnosiini toimii lihasaineenvaihdunnassa puskuroivana aineena; muuta selkeää fysiologista tehtävää ei tunneta. Karnosiini on luokiteltu neuropeptideihin.Carnosine - Compound Summary  (CID 9369), PubChem, http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/summary/summary.cgi?cid=9369

Karnosiinilla on kelaatio- ja antioksidantti-ominaisuuksia.Amino Acids, Chemistry and Classification, P. W. Emery, page 82, Encyclopedia of Human Nutrition, 2nd ed., 2005, Elsevier, Physiological role of carnosine in contracting muscle, Begum G, Cunliffe A, Leveritt M., Int J Sport Nutr Exerc Metab., 2005 Oct;15(5):493-514., abstrakti http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16327029 Karnosiini on ravinnossa myös alaniini-aminohapon lähde.

Karnosiini eristettiin luurankolihaksesta vuonna 1900.[Gulewitch W, Amiradgibi S. Ber. Dtsch Chem. Ges. 1900;33;1902–1903] Sittemmin havaittiin, että karnosiinia esiintyy muun muassa sydänlihaksessa, aivoissa, ihossa, maksassa ja munuaisissa.O'Dowd JJ, Robins DJ, Miller DJ. Detection, characterisation, and quantification of carnosine and other histidyl derivatives in cardiac and skeletal muscle. Biochim Biophys Acta. 1988;967(2):241–249[Kohen R, Yamamoto Y, Cundy KC, Ames BN. Antioxidant activity of carnosine, homocarnosine, and anserine present in muscle and brain. Proc Natl Acad Sci U S A. 1988 May; 85(9): 3175–3179 Free Full Text Lähes kaikkien eläinlajien lihasten karnosiinipitoisuudet tunnetaan.Abe H. Role of Histidine-Related Compounds as Intracellular Proton Buffering Constituents in Vertebrate Muscle. Biochemistry (Mosc) 2000;65:7

 Aineenvaihdunnassa  
Karnosiinia syntyy aineenvaihdunnassa karnosiinisyntetaasin yhdistäessä alaniinin ja histidiinin, jossa alaniinin määrä on synteesiä rajoittava tekijä.Muscle Carnosine Metabolism and beta-Alanine Supplementation in Relation to Exercise and Training, Derave W, Everaert I, Beeckman S, Baguet A., Sports Med. 2010 Mar 1;40(3):247-63. doi: 10.2165/11530310-000000000-00000., http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20199122 Dipeptidaasit eli karnosinaasi-entsyymit (EC 3.4.13.3) pilkkovat karnosiinia veressä ja muissa kudoksissa.Pegova A, Abe H, Boldyrev A. Hydrolysis of carnosine and related compounds by mammalian carnosinases. Comp Biochem Physiol B. 2000;127(4):443–446.Teufel M, Saudek V, Ledig JP et al. Sequence identification and characterization of human carnosinase and a closely related non- specific dipeptidase. J Biol Chem. 2002 Dec 6 [epub PubMed

Laajan kansainvälisen munuaisklinikoiden tutkimuksen mukaan karnosiini suojasi diabeetikoiden munuaisia korkean verensokerin aiheuttamilta vaurioilta.Janssen B, Hohenadel D, Brinkkoetter P et al. Carnosine as a Protective Factor in Diabetic Nephropathy: Association With a Leucine Repeat of the Carnosinase Gene CNDP1. Diabetes. 2005;54(8):2320–2327

 Lihastyö ja lihassairaudet 
Karnosiini kuuluu yhdisteisiin, jotka puskuroivat lihassolujen sisäistä pH-arvoa. Tällöin lihassolujen sisäinen pH-luku säilyy pitempään suoritusta tukevana rasituksen aikana syntyneen maitohapon pH-lukua laskevasta vaikutuksesta huolimatta.Kivikari Riitta. Buffering capacity of meat. Väitöskirja 1997, Helsingin yliopisto, ETK-sarjaRubtsov AM. Molecular mechanisms of regulation of the activity of sarcoplasmic reticulum Ca-release channels (ryanodine receptors), muscle fatigue, and Severin's phenomenon. Biochemistry (Mosc). 2001;66(10):1132–1143. Review

Lihasten korkea karnosiinitaso korreloi lihasten kestävyyskyvyn kanssa.Suzuki Y, Ito O, Mukai N, Takahashi H, Takamatsu K. High Level of Skeletal Muscle Carnosine Contributes to the Latter Half of Exercise Performance during 30-s Maximal Cycle Ergometer Sprinting. Jpn J Physiol. 2002;52(2):199–205

Vuonna 1938 todettiin, että lihasrappeumatauteja sairastavien henkilöiden lihaksissa on normaalia vähemmän karnosiinia.Reinhold JG, Kingsley GR. The chemical composition of voluntary muscle in muscle disease: A comparison of progressive muscular dystrophy with other diseases together with a study of effects of glycine and creatine therapy. J Clin Invest. 1938; 17(4): 377–383 Full Free Text Ikääntymisen myötä lihasten ja aivojen karnosiini vähenee myös terveissä ihmisissä.  Stuerenburg HJ. The roles of carnosine in aging of skeletal muscle and in neuromuscular diseases. Biochemistry (Mosc). 2000 Jul;65(7):862–865. Review.

Karnosiinilla on merkitystä lihashermotaudeissa. Kang JH, Eum WS. Enhanced oxidative damage by the familial amyotrophic lateral sclerosis-associated Cu,Zn- superoxide dismutase mutants. Biochim Biophys Acta. 2000 Dec 15;1524(2–3):162–170Tameyasu T, Yamada M, Tanaka M, Takahashi S. Effect of zinc-carnosine chelate compound on muscle function in mdx mouse. Jpn J Physiol. 2002;52(1):111–120 ALS-tautia ja lihasrappeumaa sairastavien potilaiden lihasten karnosiinipitoisuus on huomattavasti vähentynyt.  Stuerenburg HJ, Kunze K; Concentrations of free carnosine (a putative membrane- protective antioxidant) in human muscle Biopsies and rat muscles. Archives of Gerontology and Geriatrics, 1999, 29: 107–113

 Karnosiinin lähteet ravinnossa 
Merilevä, kananmuna, liha, kala, pavut ja useat vihreälehtiset kasvit sisältävät paljon alaniiniä josta keho syntetisoi karnosiinia. Foods highest in Alanine based on calorie count http://www.nutritiondata.com/foods-000091000000000000000.html Myös suun kautta nautittu beta-alaniini kohottaa kehon karnosiinitasoja.

Lihan karnosiini menettää kuumennettaessa antioksidantti- ja muita vaikutuksiaanCarlsen CU, Kroger-Ohlsen M, Lund MN et al. Antioxidant properties of carnosine re-evaluated in a ferrylmyoglobin model system and in cooked pork patties. J Agric Food Chem. 2002;50(24):7164–7168. Sata grammaa naudan pihvilihaa sisältää noin 125 mg karnosiiniaPark YJ, Volpe SL, Decker EA. Quantitation of Carnosine in Humans Plasma after Dietary Consumption of Beef. J Agric Food Chem. 2005 Jun 15;53(12):4736–4739 AbstractPark YJ, Volpe SL, Decker EA. Quantitation of Carnosine in Humans Plasma after Dietary Consumption of Beef. J Agric Food Chem. 2005 Jun 15;53(12):4736–4739. Pihvin syönnin jälkeen plasman karnosiinipitoisuus nouse noin 10 mg/l:aan ja korkeimmillaan se on 3,5 tunnin kuluessa, jolloin pitoisuus on noin 30 mg/l. Sen jälkeen plasman karnosiini alkaa vähetä, kunnes 5,5 tunnin kuluttua sitä ei enää ole mitattavia määriä.

 Ravintolisänä 
Beta-alaniini- tai karnosiinilisän nauttiminen muutti lihasten suorituskykyä viivästyttämällä väsymystilaa ja joissain tutkimuksissa nopeutti palautumista, mutta ei lisännyt lihasvoimaa. Effects of beta-alanine supplementation on the onset of neuromuscular fatigue and ventilatory threshold in women. Stout, J.R.; Cramer, J.T.; Zoeller, R.F.; Torok, D.; Costa, P.; Hoffman, J.R.; Harris, R.C.; O'Kroy,  Amino Acids  2007, 32,  381-386. doi:10.1007/s00726-006-0474-z; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17136505Suzuki Y, Nakao T, Maemura H., et al. Carnosine and anserine ingestion enhances contribution of nonbiocarbonate buffering. Med Sci Sport Exerc. 2006;38:334–338Maemura H, Goto K, Yoshioka T, et al. Effects of carnosine and anserine supplementation on relatively high intensity endurance performance. International journal of sport and health science 2006;4:86–94 Free Full TextHill CA, Harris RC, Kim HJ et al. Influence of beta-alanine supplementation on skeletal muscle carnosine concentrations and high intensity cycling capacity. Amino Acids. 2006 Jul 28;β-Alanine supplementation augments muscle carnosine content and attenuates fatigue during repeated isokinetic contraction bouts in trained sprinters, Wim Derave et al, Journal of Applied Physiology 103: 1736-1743, 2007. http://jap.physiology.org/cgi/content/abstract/103/5/1736 

Suun kautta nautittu karnosiini hajoaa ruuansulatusjärjestelmässä beta-alaniiniksi ja L-histidiiniksi ja katoaa melko nopeasti aineenvaihdunnasta.[Pharmacokinetics of Carnosine, a Novel Oral Inotrope, in a Phase I Trial in Healthy Volunteers, Michael H. Wall, M.D.; Robert L. James, M.S.; Miyuki N. Shouse, M.S.; Pamela R. Roberts, M.D.; Richard C. Prielipp, M.D., Wake Forest Univ. School of Medicine, Winston-Salem, North Carolina, United States http://www.asaabstracts.com/strands/asaabstracts/abstract.htm;jsessionid=5EA9B3B76B168C6E67F88D182B962A5E?year=2001&index=3&absnum=1193] Elimistön karnosiinimäärän kannalta rajoittava tekijä on beta-alaniini, jota suun kautta nauttimalla lihasten karnosiinitasoja voi korottaa.[The absorption of orally supplied β-alanine and its effect on muscle carnosine synthesis in human vastus lateralis, R. C. Harris et al, Amino Acids, Volume 30, Number 3 / May, 2006, 10.1007/s00726-006-0299-9 http://www.springerlink.com/content/j471337168464032/]["Beta-Alanine supplementation augments muscle carnosine content and attenuates fatigue during repeated isokinetic contraction bouts in trained sprinters.", J Appl Physiol. 2007 Nov;103(5):1736-43. Epub 2007 Aug 9., Derave W et al, Dept. of Movement and Sport Sciences, Ghent Univ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17690198]

 Sairauksien hoidossa 
Karnosiinilisällä on yksittäisessä tutkimuksessa saatu myönteisiä tuloksia autismin hoidossa.Chez MG, Buchanan CP, Aimonovitch MC, Becker M, Schaefer K, Black C, Komen J. Double-blind, placebo-controlled study of L-carnosine supplementation in children with autistic spectrum disorders. J Child Neurol. 2002;17(11):833–837

Karnosiini ehkäisee mahahaavaa ja nopeuttaa sen paranemista. Jin M, Otaka M, Watanabe S. [New therapeutic approaches to peptic ulcer using mucosal protective agents] Nippon Rinsho. 2002;60 Suppl 2:377–381. Review

 Sivuvaikutukset 

 Karnosiini koeputkikokeissa 
Karnosiini ehkäisee triglyseridien ja kolesterolin hapettumista sekä glykaatiota koeputkikokeissa.  Lee YT, Hsu CC, Lin MH, et al. Histidine and carnosine delay diabetic deterioration in mice and protect human low density lipoprotein against oxidation and glycation. European Journal of Pharmacology 2005;513(1–2):145–150Rashid I, van Reyk DM, Davies MJ. Carnosine and its constituents inhibit glycation of low-density lipoproteins that promotes foam cell formation in vitro. FEBS Lett. 2007;581(5):1067–1070Decker EA, Ivanov V, Zhu BZ, Frei B. Inhibition of low-density lipoprotein oxidation by carnosine histidine. J Agric Food Chem. 2001;49(1):511–516 Price DL, Rhett PM, Thorpe SR, et al. Chelating activity of advanced glycation end-product inhibitors. J Biol Chem. 2001;276(52):48967–48972

Karnosiini saattaa suojata viljeltyjä soluja hapettumistressiltä, ja proteiinejä glykaatiolta.Calabrese V, Cornelius C, Mancuso C, et al. Cellular Stress Response: A novel target for chemoprevention and nutritional neuroprotection in aging, neurodegenerative disorders and longevity. Neurochem Res. 2008 Jul 16. ahead of printSonneborn JS. Hormetic triggers for intervention in aging, disease and trauma. American Journal of Pharmacology and Toxicology 3 (1): 1-10, 2008[Full Free text Karnosiini hidastaa ihmisen viljeltyjen sidekudossolujen (fibroblastien) vanhenemista ja pidentää niiden elinikää huomattavasti.Kantha SS, Wada S, Tanaka H, et al. Carnosine sustains the retention of cell morphology in continuous fibroblast culture subjected to nutritional insult. Biochem Biophys Res Commun 1996; 223(2):278–282 McFarland GA ,Holliday R. Further evidence for the rejuvenating effects of the dipeptide I L--carnosine on cultured human diploid fibroblast. Exp Gerontol 1999 34(l):35–45Hipkiss AR. Biosynthesis, Release, and Uptake of Carnosine in Primary Cultures. Review. Biochemistry (Mosc) 2000 c;65:7. Vaikutus perustunee kromosomien DNA:n telomeerien vaurioiden ehkäisyyn.Shao L, Li QH, Tan Z. l-Carnosine reduces telomere damage and shortening rate in cultured normal fibroblasts. Biochem Biophys Res Commun. 2004 Nov 12;324(2):931–936

L-karnosiini lisää sydänlihaksen iskuvoimaa yhtä tehokkaasti kuin verapamiili. Bharadwaj LA, Davies GF, Xavier IJ, Ovsenek N. L-carnosine and verapamil inhibit hypoxia-induced expression of hypoxia inducible factor (HIF-1 alpha) in H9c2 cardiomyoblasts. Pharmacol Res. 2002;45(3):175–181

Eräät tutkijat ovat esittäneet hypoteesin, että karnosiini voi antioksidanttivaikutuksillaan lievittää Alzheimerin taudin aiheuttamaa solukuolemaa, muun muassa lievittää taudin alkuvaiheeseen liittyviä hapetusvaurioita sekä estää proteiinien glykaatiota ja siten  karnosiinilla saattaisi mahdollisesti olla potentiaalista käyttöä Alzheimerin taudin hoidossa.Nicoletti VG, Santoro AM, Grasso G et al. Carnosine interaction with nitric oxide and astroglial cell protection. Journal of Neuroscience Research 2007;85(10) 2239-45 AbstractHipkiss AR. Could Carnosine or Related Structures Suppress Alzheimer's Disease? Journal of Alzheimer´s Disease. 2007(11(2)229-240 Abstract

 Lähteet 

 Aiheesta muualla 
PubChem: Carnosine 
Human Metabolome Database: Carnosine 
DrugBank: Carnosine 
KEGG: Carnosine 
ChemBlink: L-Carnosine 

Luokka:Peptidit
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit