LEUCÍN: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, BIOSYNTÉZA - BIOLÓGIE - 2026

Leucín je jednou z 22 aminokyselín tvoriacich proteíny v živých organizmoch. Patrí k jednej z 9 esenciálnych aminokyselín, ktoré nie sú syntetizované v tele a musia sa konzumovať s potravou strávenou v potrave.

Leucín bol prvýkrát opísaný v roku 1818 francúzskym chemikom a lekárnikom JL Proustom, ktorý ho nazval „kazeínovým oxidom“. Neskôr ho Erlenmeyer a Kunlin pripravili z kyseliny a-benzoylamido-P-izopropylakrylovej, ktorej molekulový vzorec je C6H13NO2.

Chemická štruktúra aminokyseliny Leucín (Zdroj: Clavecin prostredníctvom Wikimedia Commons)

Leucín bol kľúčom pri objavovaní smeru translácie proteínov, pretože jeho hydrofóbna štruktúra umožnila biochemikovi Howardovi Dintzisovi rádioaktívne označiť vodík uhlíka 3 a pozorovať smer, v ktorom sú aminokyseliny začlenené do peptidovej syntézy hemoglobín.

Bielkoviny známe ako „zipsy leucínu“ alebo „uzávery“ sú spolu s „zinkovými prstami“ najdôležitejšími transkripčnými faktormi v eukaryotických organizmoch. Leucínové zipsy sa vyznačujú hydrofóbnymi interakciami s DNA.

Všeobecne sa proteíny bohaté na leucín alebo tvorené aminokyselinami s rozvetveným reťazcom nemetabolizujú v pečeni, namiesto toho idú priamo do svalov, kde sa rýchlo používajú na syntézu proteínov a výrobu energie.

Leucín je aminokyselina s rozvetveným reťazcom potrebná na biosyntézu proteínov a aminokyselín v mlieku, ktoré sa syntetizujú v mliečnych žľazách. Veľké množstvo tejto aminokyseliny sa nachádza vo voľnej forme v materskom mlieku.

Spomedzi všetkých aminokyselín, ktoré tvoria proteíny, sú najpočetnejšie leucín a arginín a obe boli zistené v proteínoch všetkých kráľovstiev, ktoré tvoria strom života.

vlastnosti

Leucín je známy ako esenciálna aminokyselina s rozvetveným reťazcom, má spoločnú typickú štruktúru s ostatnými aminokyselinami. Rozlišuje sa však, pretože jeho bočný reťazec alebo skupina R má dva lineárne viazané atómy uhlíka a posledný z nich je viazaný na atóm vodíka a na dve metylové skupiny.

Patrí do skupiny nenabitých polárnych aminokyselín, substituenty alebo skupiny R týchto aminokyselín sú hydrofóbne a nepolárne. Tieto aminokyseliny sú zodpovedné najmä za hydrofóbne interakcie a medzi proteínmi a majú tendenciu stabilizovať štruktúru proteínov.

Všetky aminokyseliny, ktoré majú centrálny uhlík, ktorý je chirálny (a-uhlík), to znamená, že má štyri rôzne substituenty, sú v prírode prítomné v dvoch rôznych formách; teda existuje D- a L-leucín, druhý typický pre proteínové štruktúry.

Obe formy každej aminokyseliny majú odlišné vlastnosti, zúčastňujú sa rôznych metabolických ciest a môžu dokonca modifikovať charakteristiky štruktúr, ktorých sú súčasťou.

Napríklad leucín vo forme L-leucínu má mierne horkú chuť, zatiaľ čo vo forme D-leucínu je veľmi sladký.

L-forma akejkoľvek aminokyseliny je pre cicavčie telo ľahšie metabolizovaná. L-leucín sa ľahko degraduje a používa na konštrukciu a ochranu proteínov.

štruktúra

Leucín sa skladá zo 6 atómov uhlíka. Centrálny uhlík, bežný vo všetkých aminokyselinách, je viazaný na karboxylovú skupinu (COOH), aminoskupinu (NH2), atóm vodíka (H) a bočný reťazec alebo skupinu R, ktorá sa skladá zo 4 atómov uhlíka.

Atómy uhlíka v aminokyselinách sa dajú identifikovať gréckymi písmenami. Číslovanie začína uhlíkom karboxylovej kyseliny (COOH), zatiaľ čo anotácia gréckou abecedou začína od centrálneho uhlíka.

Leucín má ako substitučnú skupinu vo svojom R reťazci izobutylovú alebo 2-metylpropylovú skupinu, ktorá sa vytvára stratou atómu vodíka za vzniku alkylového zvyšku; Tieto skupiny sa javia ako vetvy v aminokyselinovej štruktúre.

Vlastnosti

Leucín je aminokyselina, ktorá môže slúžiť ako ketogénny prekurzor pre ďalšie zlúčeniny zapojené do cyklu kyseliny citrónovej. Táto aminokyselina predstavuje dôležitý zdroj pre syntézu acetyl-CoA alebo acetoacetyl-CoA, ktoré sú súčasťou formovacích ciest ketónových teliesok v pečeňových bunkách.

Je známe, že leucín je nevyhnutný pre signálne dráhy inzulínu, zúčastňuje sa na iniciovaní syntézy proteínov a bráni strate proteínov degradáciou.

Typicky sú vnútorné štruktúry proteínov zložené z hydrofóbnych aminokyselín, ako je leucín, valín, izoleucín a metionín. Takéto štruktúry sa zvyčajne zachovávajú pre enzýmy bežné medzi živými organizmami, ako je to v prípade cytochrómu C.

Leucín môže aktivovať metabolické dráhy v bunkách mliečnych žliaz, aby stimuloval syntézu laktózy, lipidov a proteínov, ktoré slúžia ako signálne molekuly pri regulácii energetickej homeostázy mladých u cicavcov.

Domény bohaté na leucín sú nevyhnutnou súčasťou špecifických proteínov viažucich DNA, ktoré sú vo všeobecnosti štruktúrnymi dimérmi v superškrupinovej forme a sú známe ako proteíny leucínového zipsu.

Tieto proteíny majú ako charakteristickú charakteristiku pravidelný vzorec opakovaných leucínov spolu s ďalšími hydrofóbnymi aminokyselinami, ktoré sú zodpovedné za reguláciu väzby transkripčných faktorov na DNA a medzi rôznymi transkripčnými faktormi.

Leucínové zipsové proteíny môžu vytvárať homo- alebo heterodiméry, ktoré im umožňujú viazať sa na špecifické oblasti transkripčných faktorov, aby regulovali ich párovanie a interakciu s molekulami DNA, ktoré regulujú.

biosyntéza

Všetky aminokyseliny s rozvetveným reťazcom, vrátane leucínu, sa syntetizujú hlavne v rastlinách a baktériách. V kvitnúcich rastlinách dochádza k významnému zvýšeniu produkcie leucínu, pretože je dôležitým prekurzorom všetkých zlúčenín zodpovedných za vôňu kvetov a ovocia.

Jedným z faktorov, ktorým sa pripisuje veľké množstvo leucínu v rôznych bakteriálnych peptidoch, je to, že 6 rôznych kodónov genetického kódu pre leucín (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG) to isté platí pre arginín.

Leucín sa syntetizuje v baktériách päťstupňovou cestou, ktorá ako východiskový bod používa keto kyselinu príbuznú valínu.

Tento proces je alostericky regulovaný, takže keď je v bunke nadbytok leucínu, inhibuje enzýmy, ktoré sa zúčastňujú na ceste a zastavuje syntézu.

Biosyntetická cesta

Biosyntéza leucínu v baktériách začína premenou derivátu ketokyseliny 3-metyl-2-oxobutanoátu valínu na (2S) -2-izopropylmalát vďaka pôsobeniu enzýmu 2-izopropylmalto syntázy, ktorý na tento účel používa acetyl-Coa a vodu.

(2S) -2-izopropylmalát stráca molekulu vody a 3-izopropylmalát dehydratázou sa premení na 2-izopropylmaleát. Následne ten istý enzým pridá ďalšiu molekulu vody a transformuje 2-izopropylmaleát na (2R-3S) -3-izopropylmalát.

Táto posledná zlúčenina sa podrobí oxidoredukčnej reakcii, ktorá si zaslúži účasť molekuly NAD +, s ktorou sa vytvára (2S) -2-izopropyl-3-oxosukcinát, čo je možné za účasti enzýmu 3-. izopropylmalát dehydrogenáza.

(2S) -2-izopropyl-3-oxosukcinát spontánne stráca atóm uhlíka vo forme CO2, pričom vytvára 4-metyl-2-oxopentanoát, ktorý pôsobením aminokyseliny s rozvetveným reťazcom (najmä leucín transaminázy) a pri súčasnom uvoľňovaní L-glutamátu a 2-oxoglutarátu vzniká L-leucín.

degradácia

Hlavnou úlohou leucínu je pôsobiť ako signalizačné zariadenie, ktoré hovorí bunke, že je dostatok aminokyselín a energie na začatie syntézy svalových proteínov.

Rozklad aminokyselín s rozvetveným reťazcom, ako je leucín, sa začína transamináciou. Tento a dva nasledujúce enzymatické kroky sú katalyzované rovnakými tromi enzýmami v prípade leucínu, izoleucínu a valínu.

Transaminácia týchto troch aminokyselín vedie k ich derivátom a-ketokyselín, ktoré sú podrobené oxidačnej dekarboxylácii za vzniku tioesterov acyl-CoA, ktoré sú a, p-dehydrogenované za vzniku a, p-nenasýtených acyl-CoA tioesterov.

Počas katabolizmu leucínu sa používa zodpovedajúci a, P-nenasýtený acyl-CoA tioester na výrobu acetoacetátu (kyselina acetooctová) a acetyl-CoA cestou, ktorá zahŕňa metabolit 3-hydroxy-3-metylglutaryl-CoA. (HMG-CoA), čo je medziprodukt v biosyntéze cholesterolu a ďalších izoprenoidov.

Katabolická dráha leucínu

Od vzniku a, P-nenasýteného acyl-CoA tioesteru odvodeného od leucínu sa katabolické dráhy pre túto aminokyselinu a pre valín a izoleucín značne líšia.

A, P-nenasýtený acyl-CoA tioester leucínu sa spracováva po prúde tromi rôznymi enzýmami známymi ako (1) 3-metylkrotonyl-CoA karboxyláza, (2) 3-metylglutaconyl-CoA hydratáza a (3) 3-hydroxy 3-metylglutaryl-CoA lyáza.

V baktériách sú tieto enzýmy zodpovedné za konverziu 3-metylkrotonyl-CoA (odvodeného od leucínu) na 3-metylglutaconyl-CoA, 3-hydroxy-3-metylglutaryl-CoA a acetoacetát a acetyl-CoA.

Leucín, ktorý je k dispozícii v krvi, sa používa na syntézu svalových / myofibrilárnych proteínov (MPS). V tomto procese pôsobí ako aktivačný faktor. Tiež interaguje priamo s inzulínom, čo ovplyvňuje prísun inzulínu.

Potraviny bohaté na leucín

Spotreba proteínov bohatých na aminokyseliny je nevyhnutná pre bunkovú fyziológiu živých organizmov a leucín nie je výnimkou medzi esenciálnymi aminokyselinami.

Bielkoviny získané zo srvátky sa považujú za najbohatšie na zvyšky L-leucínu. Avšak všetky potraviny s vysokým obsahom bielkovín, ako sú ryby, kuracie mäso, vajcia a červené mäso, poskytujú telu veľké množstvo leucínu.

Kukuričné ​​jadrá majú nedostatok aminokyselín lyzín a tryptofán, majú veľmi tuhé terciárne štruktúry na trávenie a majú z nutričného hľadiska malú hodnotu, majú však vysoké hladiny leucínu a izoleucínu.

Plody strukovín sú bohaté na takmer všetky esenciálne aminokyseliny: lyzín, treonín, izoleucín, leucín, fenylalanín a valín, ale ich obsah metionínu a cysteínu je nízky.

Leucín sa extrahuje, čistí a koncentruje v tabletách ako potravinový doplnok pre športovcov na vysokej úrovni a predáva sa ako droga. Hlavným zdrojom izolácie tejto aminokyseliny je odtučnená sójová múka.

Športovci používajú doplnok výživy na regeneráciu svalov známy ako BCAA (aminokyseliny s rozvetveným reťazcom). To poskytuje vysoké koncentrácie aminokyselín s rozvetveným reťazcom: leucín, valín a izoleucín.

Výhody jeho príjmu

Potraviny bohaté na leucín pomáhajú kontrolovať obezitu a ďalšie metabolické ochorenia. Mnohí odborníci na výživu poukazujú na to, že potraviny bohaté na leucín a potravinové doplnky na základe tejto aminokyseliny prispievajú k regulácii chuti do jedla a úzkosti u dospelých.

Všetky proteíny bohaté na leucín stimulujú syntézu svalových proteínov; Ukázalo sa, že zvýšenie podielu požitého leucínu vzhľadom na ďalšie esenciálne aminokyseliny môže zvrátiť zoslabenie syntézy proteínov v muskulatúre starších pacientov.

Dokonca aj ľudia s ťažkými makulárnymi poruchami, ktorí sú ochrnutí, môžu zastaviť stratu svalovej hmoty a sily správnym perorálnym doplnením leucínu, okrem toho, že vykonávajú cvičenia so systémovým odporom svalov.

Leucín, valín a izoleucín sú základné zložky hmoty, ktorá tvorí kostrový sval stavovcov, takže ich prítomnosť je nevyhnutná pre syntézu nových proteínov alebo pre opravu existujúcich proteínov.

Poruchy nedostatku

Nedostatky alebo malformácie komplexu a-ketoacid dehydrogenázového enzýmu, ktorý je zodpovedný za metabolizáciu leucínu, valínu a izoleucínu u ľudí, môžu spôsobiť vážne psychické poruchy.

Ďalej existuje patologický stav súvisiaci s metabolizmom týchto aminokyselín s rozvetveným reťazcom, ktorý sa nazýva "choroba moču javorového sirupu".

Doteraz sa nepreukázala existencia nepriaznivých účinkov pri nadmernej spotrebe leucínu. Odporúča sa však maximálna dávka 550 mg / kg denne, pretože neexistujú žiadne dlhodobé štúdie týkajúce sa nadmerného vystavenia tkanív tejto aminokyseline.

Referencie

1. Álava, MDC, Camacho, ME, a Delgadillo, J. (2012). Zdravie svalov a prevencia sarkopénie: účinok bielkovín, leucínu a ß-hydroxy-ß-metylbutyrátu. Journal of Bone and Mineral Metabolism, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Food Chemistry (č. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, a Conrad, RS (1976). Katabolizmus aminokyselín s rozvetveným reťazcom v baktériách. Bakteriologické prehľady, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biochémie. Pearson Education.
5. Mero, A. (1999). Doplnenie leucínu a intenzívne školenie. Sports Medicine, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (Ed.). (2012). Metabolizmus cicavčích bielkovín (zväzok 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, a Cox, MM (2008). Lehningerove princípy biochémie. Macmillan.