LEUCIN: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, FUNKCIJE, BIOSINTEZA - BIOLOGIJA - 2025

Leucin je jedna od 22 aminokiselina koje čine proteina u živim organizmima. Pripada jednoj od 9 esencijalnih aminokiselina koje tijelo ne sintetizira i mora se konzumirati s hranom koja se unosi u prehranu.

Leucin je 1818. godine prvi opisao francuski kemičar i ljekarnik JL Proust, koji ga je nazvao "slučajnim oksidom". Kasnije su ga Erlenmeyer i Kunlin pripremili iz a-benzoilamido-p-izopropilarilanske kiseline, čija je molekularna formula C6H13NO2.

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

Leucin je bio ključan tijekom otkrića smjera prevođenja proteina, jer je njegova hidrofobna struktura omogućila biokemičaru Howardu Dintzisu da radioaktivno označi vodik ugljik 3 i promatra smjer u kojem su aminokiseline ugrađene u sintezu peptida hemoglobin.

Proteini poznati kao leucinski "zatvarači" ili "zatvarači", uz "cinkove prste", najvažniji su faktori transkripcije u eukariotskim organizmima. Leucinske patentne zatvarače karakteriziraju hidrofobne interakcije s DNK-om.

Općenito, bjelančevine bogate leucinom ili sastavljene od aminokiselina razgranatog lanca ne metaboliziraju se u jetri, umjesto toga odlaze izravno u mišiće gdje se brzo koriste za sintezu proteina i proizvodnju energije.

Leucin je aminokiselina razgranatog lanca koja je potrebna za biosintezu proteina i aminokiselina u mlijeku koji se sintetiziraju u mliječnim žlijezdama. Velike količine ove aminokiseline mogu se naći u slobodnom obliku u majčinom mlijeku.

Među svim aminokiselinama koje čine proteine, leucin i arginin su najzastupljeniji i obje su otkrivene u proteinima svih kraljevstava koja čine stablo života.

karakteristike

Leucin je poznat kao esencijalna aminokiselina razgranatog lanca, a tipičnu strukturu dijeli s ostalim aminokiselinama. Međutim, on se razlikuje po tome što njegov bočni lanac ili R skupina ima dva linearno vezana ugljika, a posljednji je vezan na atom vodika i dvije metilne skupine.

Spada u skupinu neispunjenih polarnih aminokiselina, supstituenti ili R skupine tih aminokiselina su hidrofobne i nepolarne. Ove aminokiseline su uglavnom odgovorne za hidrofobne interakcije unutar i proteina te imaju tendenciju stabiliziranja strukture proteina.

Sve aminokiseline koje imaju središnji ugljik koji je hiralni (α-ugljik), to jest s četiri različita supstituenta, u prirodi se mogu naći u dva različita oblika; tako postoje D- i L-leucin, koji je tipičan za proteinske strukture.

Oba oblika svake aminokiseline imaju različita svojstva, sudjeluju u različitim metaboličkim putovima i mogu čak izmijeniti karakteristike struktura čiji su dio.

Na primjer, leucin u obliku L-leucina ima blago gorak okus, dok je u obliku D-leucina vrlo slatkast.

L-oblik bilo koje aminokiseline lakše se metabolizira u tijelu sisavaca. L-leucin se lako razgrađuje i koristi za izgradnju i zaštitu proteina.

Struktura

Leucin se sastoji od 6 atoma ugljika. Središnji ugljik, uobičajen u svim aminokiselinama, vezan je za karboksilnu skupinu (COOH), amino skupinu (NH2), atom vodika (H) i bočni lanac ili R skupinu sastavljenu od 4 atoma ugljika.

Atomi ugljika unutar aminokiselina mogu se prepoznati grčkim slovima. Numeriranje počinje od ugljika karboksilne kiseline (COOH), dok napomena grčkim slovom počinje od središnjeg ugljika.

Leucin ima supstituentnu skupinu u svom R lancu izobutilnu ili 2-metilpropil skupinu koja nastaje gubitkom atoma vodika, s tvorbom alkil radikala; Te se skupine pojavljuju kao grane u strukturi aminokiselina.

Značajke

Leucin je aminokiselina koja može poslužiti kao ketogeni prekursor za ostale spojeve uključene u ciklus limunske kiseline. Ta aminokiselina predstavlja važan izvor za sintezu acetil-CoA ili acetoacetil-CoA, koji su dio putova stvaranja ketonskih tijela u stanicama jetre.

Zna se da je leucin ključan u signalnim putovima inzulina, da sudjeluje u pokretanju sinteze proteina i da sprečava gubitak proteina razgradnjom.

Obično se unutarnja struktura proteina sastoji od hidrofobnih aminokiselina kao što su leucin, valin, izoleucin i metionin. Takve strukture se obično čuvaju za enzime uobičajene među živim organizmima, kao u slučaju citokroma C.

Leucin može aktivirati metaboličke putove u stanicama mliječnih žlijezda kako bi potaknuo sintezu laktoze, lipida i proteina koji služe kao signalne molekule u regulaciji energetske homeostaze mladih kod sisavaca.

Domene bogate leucinom su bitni dio specifičnih proteina koji se vežu na DNK, a koji su općenito strukturni dimeri u super namotanom obliku i poznati su kao "leucinski proteini na zatvaraču".

Ovi proteini kao karakterističnu karakteristiku imaju pravilan obrazac ponavljanih leucina zajedno s drugim hidrofobnim aminokiselinama koje su odgovorne za regulaciju vezanja transkripcijskih faktora na DNK i između različitih faktora transkripcije.

Leucinski proteini na zatvaraču mogu formirati homo- ili heterodimere koji im omogućuju da se vežu na određene dijelove transkripcijskih faktora radi regulacije uparivanja i njihove interakcije s molekulama DNK koje oni reguliraju.

biosinteza

Sve aminokiseline razgranatog lanca, uključujući leucin, uglavnom se sintetiziraju u biljkama i bakterijama. U cvjetnim biljkama dolazi do značajnog povećanja proizvodnje leucina, budući da je važan prethodnik svih spojeva odgovornih za aromu cvijeća i plodova.

Jedan od faktora kojem se pripisuje veliko obilje leucina u različitim bakterijskim peptidima je i to što je 6 različitih kodona genetskog koda kod leucina (UUA-UUG-CUU-CUC-CUA-CUG), isto je istinito za arginin.

Leucin se sintetizira u bakterijama putem u pet koraka koji koristi keto kiselinu vezanu za valin kao početnu točku.

Taj je postupak alosterično reguliran, tako da kada postoji višak leucina unutar stanice, on inhibira enzime koji sudjeluju u putu i zaustavlja sintezu.

Biosintetski put

Biosinteza leucina u bakterijama započinje pretvorbom derivata keto kiseline valina, 3-metil-2-oksobutanoata u (2S) -2-izopropilmalat, zahvaljujući djelovanju enzima 2-izopropilmalto sintaze, koji u tu svrhu koristi acetil-Coa i vodu.

(2S) -2-izopropil malat gubi molekulu vode i pretvara se u 2-izopropilmaleat 3-izopropil malat dehidratatazom. Nakon toga, isti enzim dodaje drugu molekulu vode i transformira 2-izopropilmaleat u (2R-3S) -3-izopropilmalat.

Ovaj posljednji spoj podvrgava se reakciji oksidoredukcije koja zaslužuje sudjelovanje molekule NAD +, pri čemu nastaje (2S) -2-izopropil-3-oksosukcinat, što je moguće uz sudjelovanje enzima 3- izopropil malat dehidrogenaza.

(2S) -2-izopropil-3-oksosukcinat spontano gubi ugljikov atom u obliku CO2, stvarajući 4-metil-2-oksopentanoat koji, djelovanjem aminokiseline razgranatog lanca, transaminaze (posebno leucin transaminaza) a istodobnim oslobađanjem L-glutamata i 2-oksoglutarata nastaje L-leucin.

degradacija

Glavna uloga leucina je da djeluje kao signal koji ćeliji govori da ima dovoljno aminokiselina i energije za započinjanje sinteze mišićnih proteina.

Raspad aminokiselina razgranatog lanca, poput leucina, započinje transaminacijom. Taj i dva sljedeća enzimska koraka kataliziraju ista tri enzima u slučaju leucina, izoleucina i valina.

Transaminacijom triju aminokiselina nastaju njihovi derivati ​​α-keto kiseline, koji su podvrgnuti oksidacijskoj dekarboksiliji da bi se dobili acil-CoA tioesteri koji su α, β-dehidrirani da bi se dobilo α, β-nezasićeni acil-CoA tioesteri.

Tijekom katabolizma leucina, odgovarajući α, β-nezasićeni acil-CoA tioester se koristi za proizvodnju acetoacetata (acetooctene kiseline) i acetil-CoA kroz put koji uključuje metabolit 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA. (HMG-CoA), koji je intermedijar u biosintezi kolesterola i drugih izoprenoida.

Katabolički put leucina

Od stvaranja α, β-nezasićenog acil-CoA tioestera dobivenog iz leucina, katabolički putevi ove aminokiseline te za valin i izoleucin značajno se razlikuju.

Α, β-nezasićeni acil-CoA tioester leucina obrađuje se nizvodno s tri različita enzima poznata kao (1) 3-metilkrotonil-CoA karboksilaza, (2) 3-metilglutakonil-CoA hidrataza i (3) 3-hidroksi -3-metilglutaril-CoA liza.

U bakterijama ovi su enzimi odgovorni za pretvorbu 3-metilkrotonil-CoA (izvedenog iz leucina) u 3-metilglutakonil-CoA, 3-hidroksi-3-metilglutaril-CoA, te acetoacetat i acetil-CoA.

Leucin koji je dostupan u krvi koristi se za sintezu mišićnih / miofibrilarnih proteina (MPS). To djeluje kao aktivirajući faktor u ovom procesu. Također, izravno utječe na inzulin, utječući na opskrbu inzulinom.

Hrana bogata leucinom

Konzumiranje proteina bogatih aminokiselinama bitno je za staničnu fiziologiju živih organizama, a leucin nije iznimka među esencijalnim aminokiselinama.

Proteini dobiveni iz surutke smatraju se najbogatijima ostacima L-leucina. Međutim, sva visoko proteinska hrana kao što su riba, piletina, jaja i crveno meso pružaju tijelu velike količine leucina.

Kukuruzne koštice imaju nedostatak aminokiselina lizina i triptofana, imaju vrlo krute tercijarne strukture za probavu i s nutricionističkog stanovišta imaju malu vrijednost, međutim, imaju visoku razinu leucina i izoleucina.

Plodovi mahunarki bogati su gotovo svim esencijalnim aminokiselinama: lizinom, treoninom, izoleucinom, leucinom, fenilalaninom i valinom, ali malo su metionina i cisteina.

Leucin se ekstrahira, pročišćava i koncentrira u tabletama kao dodatak hrani za sportaše visokog nivoa i prodaje se kao lijek. Glavni izvor izolacije ove aminokiseline odgovara odmrznuto sojino brašno.

Postoji dodatak prehrani koji sportaši koriste za regeneraciju mišića i poznat je kao BCAA (Amino Acides Branched Chain Amino Acids). To osigurava visoke koncentracije aminokiselina razgranatog lanca: leucina, valina i izoleucina.

Prednosti njegovog unosa

Hrana bogata leucinom pomaže u kontroli pretilosti i drugih metaboličkih bolesti. Mnogi nutricionisti ističu da hrana bogata leucinom i dodaci hrani na bazi ove aminokiseline doprinose regulaciji apetita i tjeskobe kod odraslih.

Svi proteini bogati leucinom potiču sintezu mišićnih proteina; Pokazano je da porast udjela leucina koji je progutao u odnosu na ostale esencijalne aminokiseline može preokrenuti slabljenje sinteze proteina u muskulaturi starijih bolesnika.

Čak i ljudi s teškim makularnim poremećajima koji su paralizirani mogu zaustaviti gubitak mišićne mase i snage pravilnim oralnim dodavanjem leucina, uz primjenu sistemskih vježbi mišićnog otpora.

Leucin, valin i izoleucin osnovni su dijelovi mase koja čini skeletni mišić kralježnjaka, pa je njihova prisutnost vitalna za sintezu novih proteina ili za popravak postojećih.

Poremećaji nedostatka

Manjak ili malformacije enzimskog kompleksa α-keto kiseline dehidrogenaze, koji je odgovoran za metabolizaciju leucina, valina i izolevcina kod ljudi, mogu uzrokovati ozbiljne mentalne poremećaje.

Nadalje, postoji patološko stanje povezano s metabolizmom aminokiselina razgranatog lanca, koje se naziva "bolest javorovog mokraćnog sirupa".

Do danas nije dokazano postojanje štetnih učinaka u prekomjernoj konzumaciji leucina. Međutim, preporučuje se maksimalna doza od 550 mg / kg dnevno, jer nije bilo dugoročnih studija vezanih za prekomjerno izlaganje tkiva ovoj aminokiselini.

Reference

1. Álava, MDC, Camacho, ME, i Delgadillo, J. (2012). Zdravlje mišića i prevencija sarkopenije: učinak proteina, leucina i ß-hidroksi-ß-metilbutirata. Časopis za metabolizam kostiju i minerala, 10 (2), 98-102.
2. Fennema, OR (1993). Hemija hrane (br. 664: 543). Acribia.
3. Massey, LK, Sokatch, JR, & Conrad, RS (1976). Katabolizam aminokiselina razgranatog lanca u bakterijama. Bakteriološki pregledi, 40 (1), 42.
4. Mathews, CK, & Ahern, KG (2002). Biokemija. Pearson Education.
5. Mero, A. (1999). Nadoknada leucina i intenzivni trening. Medicina sporta, 27 (6), 347-358.
6. Munro, HN (ur.). (2012). Metabolizam proteina sisavaca (Vol. 4). Elsevier
7. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.