IZOLEUCIN: KARAKTERISTIKE, FUNKCIJE, BIOSINTEZA, HRANA - BIOLOGIJA - 2025

Izoleucin (Ile, I), jedan je od 22 aminokiseline kao dio proteina. Kako ljudsko tijelo, poput onog kod drugih sisavaca, ne može ga sintetizirati, izoleucin je među 9 esencijalnih aminokiselina koje se moraju dobiti iz prehrane.

Tu je aminokiselinu prvi put izolirao znanstvenik F. Ehrlich 1903. godine iz dušičnih sastojaka repe ili repe. Kasnije je isti autor odvojio izoleucin od produkata raspadanja fibrina i drugih proteina.

Kemijska struktura aminokiseline Izoleucin (Izvor: Clavecin via Wikimedia Commons)

To je nepolarna aminokiselina prisutna u velikom dijelu staničnih proteina živih organizama, osim toga, ona je dio skupine aminokiselina razgranatih lanaca BCAA (od engleskog B rančanog C hain A mino A cids), zajedno s leucinom i valin.

Ima funkcije u uspostavljanju tercijarne strukture mnogih proteina, a osim toga sudjeluje u stvaranju različitih metaboličkih prekursora povezanih sa staničnim metabolizmom energije.

karakteristike

Izoleucin se klasificira u skupinu nepolarnih aminokiselina s R skupinama ili lancima alifatičke prirode, to jest, s hidrofobnim ugljikovodičnim lancima.

Zbog ove karakteristike, aminokiseline ove skupine, kao što su alanin, valin i leucin, imaju tendenciju da ostanu bliske jedna drugoj, što doprinosi stabilizaciji proteina čiji dio su kroz hidrofobne interakcije.

Ta nepolarna aminokiselina teži otprilike 131 g / mol, a prisutna je u proteinima u omjeru blizu 6%, često „ukopanom“ u njihovo središte (zahvaljujući hidrofobnim svojstvima).

Struktura

Izoleucin je α-aminokiselina koja, kao i ostale aminokiseline, ima središnji ugljikov atom nazvan α ugljik (koji je kiralni), na koji su vezane četiri različite skupine: atom vodika, amino skupina (-NH2), karboksilna skupina (-COOH) i bočni lanac ili R skupina.

R skupinu izoleucina sastoji se od jednog razgranatog ugljikovodika s 4 atoma ugljika (-CH3-CH2-CH (CH3)) u čijem lancu se nalazi i kiralni atom ugljika.

Zbog ove karakteristike, izoleucin ima četiri moguća oblika: dva od njih su optički izomeri poznati kao L-izoleucin i D-izoleucin, a ostala dva su dijastereoizomeri L-izolevcina. Prevladavajući oblik u proteinima je L-izoleucin.

Molekularna formula izoleucina je C6H13NO2, a njegov kemijski naziv je α-amino-p-metil-p-etilpropionska kiselina ili 2-amino-3-metil pentatonska kiselina.

Značajke

Izoleucin ima više fizioloških funkcija kod životinja uključujući i

- Zarastanje rana

- Detoksikacija dušičnog otpada

- Poticanje imunoloških funkcija i

- Poticanje izlučivanja različitih hormona.

Smatra se glukogenom aminokiselinom, jer služi kao molekula prekursora za sintezu intermedijara ciklusa limunske kiseline (Krebsov ciklus) koji kasnije doprinose stvaranju glukoze u jetri.

Iz tog razloga se vjeruje da izoleucin sudjeluje u regulaciji razine glukoze u plazmi, što ima važne posljedice s energetskog aspekta tijela.

Izoleucin doprinosi putovima sinteze glutamina i alanina, djelujući u korist ravnoteže između aminokiselina razgranatog lanca.

U kliničkom okruženju, neki autori ističu da porast koncentracije izoleucina, leucina, tirozina i valina mogu biti karakteristični markeri stanica zahvaćenih tumorima, nakon čega slijedi porast razine glutamina.

Ostale funkcije

Različita znanstvena istraživanja pokazala su da je izoleucin potreban za sintezu hemoglobina, proteina koji je odgovoran za transport kisika u krvi mnogih životinja.

Uz to, ova aminokiselina aktivira ulazak hranjivih tvari u stanice; Neke studije otkrivaju da je tijekom dužeg posta sposobna zamijeniti glukozu kao izvor energije, a uz to je i ketogena aminokiselina.

Ketogene aminokiseline su one čiji se ugljikovi kostori mogu skladištiti kao masne kiseline ili ugljikohidrati, tako da djeluju u rezervi energije.

Izoleucin i ostale aminokiseline razgranatog lanca (osim faktora rasta i uvjeta okoliša) djeluju na aktiviranje ciljanog signalnog puta Rapamicina, mTOR (m ehanički T arget R apamicina).

Taj je put važan signalni put u eukariotama sposobnim kontrolirati stanični rast i metabolizam, kao i događaje sinteze proteina i autofagije. Osim toga, kontrolira napredak starenja i neke patologije poput raka ili dijabetesa.

biosinteza

Ljudi i druge životinje nisu u mogućnosti sintetizirati izoleucin, ali to je dio staničnih proteina zahvaljujući njegovom stjecanju iz hrane koju svakodnevno konzumiramo.

Biljke, gljivice i većina mikroorganizama sposobni su sintetizirati ovu aminokiselinu s pomalo složenih putova koji su, općenito, međusobno povezani s onima drugih aminokiselina koje se također smatraju neophodnim za čovjeka.

Postoje, na primjer, putevi za proizvodnju izolevcina, lizina, metionina i treonina iz aspartata.

Specifično, u bakterijama izoleucin se stvara iz aminokiseline treonin, preko piruvata, putem koji uključuje kondenzaciju 2 piruvatnih ugljika s molekulom α-ketobutirata dobivenom iz treonina.

Reakcija započinje djelovanjem enzima treonin dehidratataza, koji katalizira dehidraciju treonina, čime nastaje α-ketobutirat i amonij (NH3). Nakon toga, isti enzimi koji sudjeluju u biosintezi valina doprinose koracima

- Transaminacija

- Oksidativna dekarboksilacija odgovarajućih keto kiselina i

- Dehidrogenacija.

Kod ove vrste mikroorganizama sinteza aminokiselina kao što su lizin, metionin, treonin i izoleucin je visoko koordinirana i regulirana, posebno negativnim povratnim informacijama, gdje produkti reakcija inhibiraju aktivnost enzima koji su uključeni.

Unatoč činjenici da su izoleucin, poput leucina i valina, esencijalne aminokiseline za čovjeka, enzimi aminotransferaze prisutni u tjelesnim tkivima mogu ih reverzibilno pretvoriti u odgovarajuće α-keto kiseline, što ih može s vremenom zamijeniti u dijeta.

degradacija

Kao i mnoge aminokiseline koje su u prirodi poznate, izoleucin se može razgraditi tako da tvori posrednike različitih metaboličkih putova, među kojima se ističe Krebsov ciklus (koji pruža najveću količinu koenzima koji djeluju na proizvodnju energije ili za biosintezu drugih spojeva).

Izoleucin, triptofan, lizin, fenilalanin, tirozin, treonin i leucin mogu se svi upotrijebiti za dobivanje acetil-CoA, ključnog metaboličkog intermedijara za više staničnih reakcija.

Za razliku od ostalih aminokiselina, aminokiseline razgranatog lanca (leucin, izoleucin i valin) ne razgrađuju se u jetri, već se oksidiraju kao gorivo u mišićima, mozgu, bubrezima i masnom tkivu.

Ovi organi i tkiva mogu koristiti ove aminokiseline zahvaljujući prisutnosti enzima aminotransferaze koji može djelovati na sve tri i stvarati odgovarajuće α-keto aminokiseline.

Jednom kada se dobiju ovi oksidirani derivati ​​aminokiselina, enzim α-keto kiselina dehidrogenaza katalizira njihovu oksidacijsku dekarboksilaciju, gdje se oslobađa molekula ugljičnog dioksida (CO2) i stvara acil-CoA derivat dotičnih aminokiselina.

Patologije povezane s metabolizmom izolevcina

Neispravnosti u metabolizmu izoleucina i drugih aminokiselina mogu uzrokovati razne čudne i složene patologije, kao što je, na primjer, bolest "Javorov sirup urin" (urin s mirisom javorovog sirupa) ili ketoacidurija razgranatog lanca.

Kao što mu ime govori, ovu bolest karakterizira izrazita aroma mokraće pacijenata koji pate od nje, kao i povraćanje, napadaji, mentalna retardacija i prerana smrt.

To se posebno mora dogoditi s pogreškama u enzimskom kompleksu α-keto kiseline dehidrogenaze s kojim se aminokiseline razgranatog lanca poput izoleucina i njegovih oksidiranih derivata izlučuju u urinu.

Sve u svemu, patologije povezane s katabolizmom aminokiselina razgranatog lanca, poput izoleucina, poznate su kao organske kiseline, iako su one koje su izravno povezane s ovom aminokiselinom prilično rijetke.

Hrana bogata izoleucinom

Ta aminokiselina obiluje mišićnim tkivima životinja, zbog čega je meso životinjskog podrijetla poput govedine, svinjetine, ribe i drugih sličnih poput janjetine, piletine, puretine, divljači, između ostalog, bogati su njime.

Nalazi se i u mliječnim proizvodima i njihovim derivatima poput sira. Nalazi se u jajima, kao i u različitim vrstama sjemenki i orašastih plodova, kao bitnog dijela proteina koji ih čine.

Obiluje je sojom i graškom, kao i ekstraktima kvasca koji se koriste u razne namirnice.

Razina izoleucina u plazmi za odraslog čovjeka iznosi između 30 i 108 µmol / l, za djecu i mlade u dobi od 2 do 18 godina između 22 i 107 µmol / l, a za dojenčad između 0 i 2 godine otprilike između 26 i 86 µmol / l.

Ovi podaci sugeriraju da je konzumiranje hrane bogate ovom i drugim srodnim aminokiselinama neophodno za održavanje mnogih fizioloških funkcija organizma, jer ljudska bića nisu u stanju sintetizirati ga novo.

Prednosti njegovog unosa

Prehrambeni dodaci izoleucin obično sadrže druge esencijalne aminokiseline razgranatog lanca, kao što su valin ili leucin ili druge.

Među najčešćim primjerima konzumacije izoleucina su dodaci prehrani koje sportaši koriste za povećanje postotka mišićne mase ili sinteze proteina. Međutim, o znanstvenim osnovama na kojima se podržavaju ove prakse neprestano se raspravlja, a njihovi rezultati nisu u potpunosti zajamčeni.

Izoleucin se, međutim, koristi za suzbijanje metaboličkih učinaka nedostatka vitamina (pellagra) karakterističnog za bolesnike koji imaju dijetu bogatu sirkom i kukuruzom, a to je hrana bogata leucinom, što može utjecati na metabolizam triptofana i nikotinske kiseline u ljudi.

Učinci pellagre kod pokusnih štakora uključuju, primjerice, odgode rasta, koje se prevladavaju dodatkom izoleucina.

- U industriji proizvodnje životinja

U području proizvodnje životinja, aminokiseline poput lizina, treonina, metionina i izoleucina korištene su u pilot testovima za hranjenje svinja koje uzgajaju u kontroliranim uvjetima.

Čini se da naročito izoleucin djeluje na asimilaciju dušika, iako ne pridonosi povećanju tjelesne težine kod ovih domaćih životinja.

- U nekim kliničkim stanjima

Neke publikacije sugeriraju da izoleucin može smanjiti razinu glukoze u plazmi, pa se njegov unos preporučuje bolesnicima koji pate od poremećaja poput dijabetesa ili niske stope proizvodnje inzulina.

Virusne infekcije

Dopuna izolevcina pokazala se korisnom u bolesnika zaraženih rotavirusom koji uzrokuje bolesti poput gastroenteritisa i proljeva u male djece i drugih mladih životinja.

Nedavna istraživanja zaključuju da konzumiranje ove aminokiseline kod eksperimentalnih životinja s gore spomenutim karakteristikama (zaraženih rotavirusom) pomaže u rastu i učinku urođenog imunološkog sustava zahvaljujući aktiviranju PRR signalnih putova ili receptora s prepoznavanjem uzoraka.

Poremećaji nedostatka

Manjak izoleucina može dovesti do problema s vidom, kožom (poput dermatitisa) i crijevima (očituje se kao proljev i druge gastrointestinalne manifestacije).

Budući da je bitna aminokiselina za stvaranje i sintezu hemoglobina, kao i za regeneraciju eritrocita (krvnih stanica), ozbiljni nedostatak izoleucina može imati ozbiljne fiziološke posljedice, posebno povezane s anemijom i drugim hematološkim bolestima., To je eksperimentalno dokazano kod "normalnih" glodavaca kojima je određena dijeta siromašna ovim izoleucinom, što se završava razvojem značajnih anemičnih stanja.

Međutim, izoleucin sudjeluje u stvaranju hemoglobina samo u dojenčadi, jer protein odraslog čovjeka nema značajne količine ove aminokiseline; to znači da je nedostatak izoleucina najočitiji u ranim fazama razvoja.

Reference

1. Aders Plimmer, R. (1908). Kemijski ustav proteina. Dio I. London, Velika Britanija: Longmans, Green i CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). Kemijski ustav proteina. II dio. London, Velika Britanija: Longmans, Green i CO.
3. Barret, G., i Elmore, D. (2004). Aminokiseline i peptidi. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Vodič liječnika za laboratorijsku dijagnozu metaboličkih bolesti (2. izd.).
5. Bradford, H. (1931). Povijest otkrića aminokiselina. II. Pregled aminokiselina opisan od 1931. kao sastavne dijelove izvornih proteina. Napredci u kemiji proteina, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Različiti učinci leucina ili mješavine aminokiselina razgranatog lanca (leucina, izoleucin i valin) na otpornost na umor i razgradnju mišića i jetre-glikogena u obučenih štakora. Prehrana, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., i Harvey, R. (2003). Aminokiseline Aminokiseline. U Lippincottovim ilustriranim kritikama: Biochemistry (3. izd., Str. 1–12). Lippincott.
8. Chandran, K., i Damodaran, M. (1951). Aminokiseline i proteini u stvaranju hemoglobina 2. Izoleucin. Biochemical Journal, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). Dopuna lizina, treonina, metionina i izoleucin iz ječma mira za uzgoj svinja. Pas. J. Anim. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Smanjena koncentracija izoleucina u plazmi nakon krvarenja u gornjim probavnim sustavima u ljudi. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Aminokiseline, proteini i biokemija raka (Vol. 241). London: Academic Press, Inc.
12. Encyclopaedia Britannica. (2012). Preuzeto 30. kolovoza 2019. s
13. Gelfand, R., Hendler, R., i Sherwin, R. (1979). Dijetalni ugljikohidrati i metabolizam unesenog proteina. Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Biokemija prehrambenih proteina. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., i Gibson, KM (2014). Poremećaji metabolizma leucina, izoleucina i valina. U N. Blau (Ed.), Liječnikov vodič za dijagnozu, liječenje i praćenje nasljednih metaboličkih bolesti (str. 103–141).
16. Korman, SH (2006). Urođene pogreške razgradnje izolevcina: pregled. Molekularna genetika i metabolizam, 89 (4), 289-299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Učinak izolevcina na kožu i elektroencefalogram u pelargi. Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, & Kirk, K. (2007). Transport esencijalnih hranjivih sastojaka u eritrocitima čovjeka zaraženih parazitom malarije Plasmodium falciparum. Krv, 109 (5), 2217–2224.
19. Nacionalni centar za biotehnološke informacije. PubChem baza podataka. l-Izoleucin, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (pristupljeno 31. kolovoza 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., i Gannon, MC (2008). Učinak oralno primijenjenog izoleucina sa i bez glukoze na koncentracije inzulina, glukagona i glukoze kod osoba s dijabetesom. Europski e-časopis za kliničku prehranu i metabolizam, 3 (4), 152–158.
21. van Berlo, CLH, van de Bogaard, AEJM, van der Heijden, MAH, van Eijk, HMH, Janssen, MA, Bost, MCF, & Soeters, PB (1989). Je li povećano oslobađanje amonijaka nakon krvarenja u probavnom traktu posljedica potpune odsutnosti izoleucina u hemoglobinu? Studija na svinjama. Hepatologija, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Povijest otkrića aminokiselina. Kemijski pregledi, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Aminokiseline razgranatog lanca i sinteza proteina u mišićima kod ljudi: mit ili stvarnost? Časopis Međunarodnog društva za sportsku prehranu, 14 (1), 1–7.
24. Wu, G. (2009). Aminokiseline: metabolizam, funkcije i ishrana. Aminokiseline, 37 (1), 1–17.