- Karakteristike i struktura
- Klasifikacija
- Stereokemija
- Značajke
- biosinteza
- Metabolizam
- Hrana bogata serinom
- Srodne bolesti
- Reference
Serin je jedan od 22 bazičnih aminokiselina, iako to nije klasificiran kao esencijalne amino kiseline ljudi i životinja, s obzirom da se sintetizira u ljudskom tijelu.
Prema nomenklaturi s tri slova, serin je u literaturi opisan kao Ser (S u kodu s jednim slovom). Ta aminokiselina sudjeluje u velikom broju metaboličkih putova i ima polarne karakteristike, ali nema naboja pri neutralnom pH.
Prikaz strukture aminokiselina Serin (Izvor: Paginazero na njoj.wikipedia putem Wikimedia Commonsa)
Mnogi enzimi važni za stanice imaju obilnu koncentraciju serinskih ostataka na svojim aktivnim mjestima, zbog čega ova aminokiselina ima višestruke fiziološke i metaboličke posljedice.
Serin, među mnogim svojim funkcijama, sudjeluje kao molekula prekursora i skela u biosintezi drugih aminokiselina poput glicina i cisteina i dio je strukture sfingolipida prisutnih u staničnim membranama.
Brzina sinteze serina varira u svakom organu i, osim toga, mijenja se prema stupnju razvoja u kojem se nalazi pojedinac.
Znanstvenici su predložili da se koncentracija L-serina u moždanom tkivu povećava s godinama, budući da se propusnost krvno-moždane barijere u mozgu odraslih smanjuje, što može uzrokovati ozbiljne moždane poremećaje.
Poznato je da je L-serin od vitalne važnosti za biosintezu neurotransmitera, fosfolipida i drugih složenih makromolekula, jer pruža prekursore za ove više metaboličke putove.
Razne studije su pokazale da opskrba dodacima ili koncentratima L-serina određenim tipovima bolesnika poboljšava homeostazu glukoze, funkciju mitohondrija i smanjuje smrt neurona.
Karakteristike i struktura
Sve aminokiseline imaju kao osnovnu strukturu karboksilnu skupinu i amino skupinu vezanu na isti atom ugljika; Međutim, oni se međusobno razlikuju po svojim bočnim lancima, poznatim kao R skupine, koji se mogu razlikovati u veličini, strukturi, pa čak i električnom naboju.
Serin sadrži tri atoma ugljika: središnji ugljik povezan s jedne strane na karboksilnu skupinu (COOH), a s druge, na amino skupinu (NH3 +). Ostale dvije veze središnjeg ugljika zauzete su vodikovim atomom i CH2OH skupinom (R skupina), karakterističnom za serin.
Centralni ugljik na koji su vezane amino i karboksilne skupine aminokiselina poznat je pod nazivom α-ugljik. Ostali atomi ugljika u R skupinama označeni su slovima grčke abecede.
U slučaju serina, na primjer, jedini atom ugljika u njegovoj R skupini, koji je vezan za OH grupu, poznat je pod nazivom γ-ugljik.
Klasifikacija
Serin je svrstan u skupinu neispunjenih polarnih aminokiselina. Pripadnici ove skupine su visoko topive aminokiseline u vodi, to jest hidrofilni spojevi. U serinu i treoninu, hidrofilnost je zbog njihove sposobnosti stvaranja vodikovih veza s vodom kroz svoje hidroksilne (OH) grupe.
U skupini neispunjenih polarnih aminokiselina također su grupirani cistein, asparagin i glutamin. Svi oni imaju polarnu skupinu u svom R lancu, međutim, ova grupa nije ionizibilna i pri pH blizu blizu neutralnosti poništavaju naboje, stvarajući spoj u obliku "zwitteriona".
Stereokemija
Opća asimetrija aminokiselina čini stereokemiju ovih spojeva od vitalne važnosti u metaboličkim putovima u kojima oni sudjeluju. U slučaju serina može se naći kao D- ili L-serin, pri čemu posljednji sintetizira isključivo stanice živčanog sustava poznate kao astrociti.
Α-ugljikovi aminokiseline su kiralni ugljikovi, budući da na njih su pričvršćena četiri različita supstituenta, što stvara da postoje barem dva različita stereoizomera za svaku aminokiselinu.
Stereoizomer je zrcalna slika molekule, tj. Jedna se ne može nalagati drugoj. Označeni su slovom D ili L jer eksperimentalno otopine ovih aminokiselina rotiraju ravninu polariziranog svjetla u suprotnim smjerovima.
L-serin koji se sintetizira u stanicama živčanog sustava služi kao supstrat za sintezu glicina ili D-serina. D-serin je jedan od najvažnijih elemenata za razmjenu vezikula između neurona, zbog čega neki autori predlažu da su obje izoforme serina zapravo esencijalne aminokiseline za neurone.
Značajke
OH grupa serina u njegovom R lancu čini ga dobrim nukleofilima, tako da je ključna za aktivnost mnogih enzima sa serinima na njihovim aktivnim mjestima. Serin je jedan od supstrata potrebnih za sintezu nukleotida NADPH i glutation.
L-serin je važan za razvoj i pravilno funkcioniranje središnjeg živčanog sustava. Studije su pokazale da egzogena isporuka L-serina u malim dozama hipokampalnim neuronima i Purkinje stanicama in vitro poboljšava njihov opstanak.
Različite studije stanica raka i limfocita otkrile su da su ugljikove jedinice ovisne o serinu neophodne za prekomjernu proizvodnju nukleotida, kao i za naknadnu proliferaciju stanica raka.
Selenocistein je jedna od 22 osnovne aminokiseline i dobiva se samo kao derivat serina. Ta je aminokiselina primijećena samo u nekim proteinima, ona sadrži selen umjesto sumpora vezanog za cistein i sintetizira se počevši od esterificiranog serina.
biosinteza
Serin je neesencijalna aminokiselina, jer ga sintetizira u ljudskom tijelu. Međutim, ona se iz prehrane može prevladati iz različitih izvora, uglavnom proteina i fosfolipida.
Serin se sintetizira u svom L obliku pretvorbom molekule glicina, reakcijom posredovanom enzimom hidroksimetil-transferaze.
Poznato je da je glavno mjesto sinteze L-serina u astrocitima, a ne u neuronima. U tim ćelijama sinteza se odvija putem fosforilacije u kojem sudjeluje 3-fosfoglicerat, glikolitički intermedijar.
Na taj način djeluju tri enzima: 3-fosfoglicerat dehidrogenaza, fosfoserin-transferaza i fosfoserin-fosfataza.
Ostali važni organi kada je u pitanju sinteza serina su jetra, bubrezi, testisi i slezine. Enzimi koji sintetiziraju serin drugim putevima osim fosforilacije nalaze se samo u jetri i bubrezima.
Jedan od prvih poznatih putova sinteze serina bio je katabolički put uključen u glukoneogenezu, gdje se L-serin dobija kao sekundarni metabolit. Međutim, doprinos ove rute proizvodnji tjelesnih serina je nizak.
Metabolizam
Trenutno je poznato da se serin može dobiti iz metabolizma ugljikohidrata u jetri, gdje nastaju D-glicerinska kiselina, 3-fosfoglicerna kiselina i 3-fosfohidroksipiruvična kiselina. Zahvaljujući procesu transaminacije između 3-hidroksi-piruične kiseline i alanina, proizvodi se serin.
Eksperimenti provedeni na štakorima koji radioaktivno obilježavaju ugljik 4 glukoze zaključili su da je taj ugljik učinkovito ugrađen u skelete ugljika serina, što sugerira da navedena aminokiselina ima prekursor s tri ugljika vjerojatno iz piruvata.
U bakterijama je enzim L-serin-deaminaza glavni enzim koji je zadužen za metabolizaciju serina: L-serin pretvara u piruvat. Za ovaj enzim je poznato da je prisutan i aktivan u kulturama E. coli koje se uzgajaju u minimalnom mediju s glukozom.
Nije sigurno što je prava funkcija L-serin-deaminaze u tim mikroorganizmima, budući da je njena ekspresija inducirana mutacijskim efektorima koji oštećuju DNK ultraljubičastim zračenjem, prisutnošću nalidiksične kiseline, mitomicina i drugih. iz čega proizlazi da mora imati važne fiziološke implikacije.
Hrana bogata serinom
Sva hrana s visokom koncentracijom proteina bogata je serinom, uglavnom jaja, meso i riba. Međutim, ovo je nebitna aminokiselina, pa je nije nužno uzimati gutati jer je tijelo sposobno samostalno je sintetizirati.
Neki ljudi pate od rijetkog poremećaja, budući da imaju fenotip s manjkom mehanizama sinteze serina i glicina, stoga moraju unositi koncentrirane dodatke hrani za obje aminokiseline.
Osim toga, komercijalni brendovi specijalizirani za prodaju vitaminskih dodataka (Lamberts, Now Sport i HoloMega) nude fosfatidilserin i L-serinske koncentrate za povećanje proizvodnje mišićne mase kod visoko konkurentnih sportaša i dizača utega.
Srodne bolesti
Neispravnost enzima koji sudjeluju u biosintezi serina može uzrokovati ozbiljne patologije. Smanjivanjem koncentracije serina u krvnoj plazmi i cerebrospinalnoj tekućini može izazvati hipertoniju, psihomotornu retardaciju, mikrocefaliju, epilepsiju i složene poremećaje središnjeg živčanog sustava.
Trenutno je otkriveno da je nedostatak serina uključen u razvoj dijabetes melitusa, budući da je L-serin neophodan za sintezu inzulina i njegovih receptora.
Bebe s oštećenjima biosinteze serina su neurološki nenormalne pri rođenju, imaju intrauterino usporavanje rasta, prirođenu mikrocefaliju, kataraktu, napadaje i ozbiljno odlaganje neurorazvoja.
Reference
- Elsila, JE, Dworkin, JP, Bernstein, MP, Martin, MP, & Sandford, SA (2007). Mehanizmi stvaranja aminokiselina u međuzvjezdanim analogima leda. Astrofizički časopis, 660 (1), 911.
- Ichord, RN, & Bearden, DR (2017). Perinatalne metaboličke encefalopatije. U Swaimanovoj dječjoj neurologiji (str. 171-177). Elsevier.
- Mothet, JP, Roditelj, AT, Wolosker, H., Brady, RO, Linden, DJ, Ferris, CD,… & Snyder, SH (2000). D-serin je endogeni ligand za glicinsko mjesto N-metil-D-aspartat receptora. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti, 97 (9), 4926-4931
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
- Rodríguez, AE, Ducker, GS, Billingham, LK, Martinez, Kalifornija, Mainolfi, N., Suri, V.,… i Chandel, NS (2019). Metabolizam serina podržava proizvodnju makrofaga IL-1β. Stanični metabolizam, 29 (4), 1003-1011.
- Tabatabaie, L., Klomp, LW, Berger, R., i De Koning, TJ (2010). Sinteza L-serina u središnjem živčanom sustavu: pregled poremećaja nedostatka serina. Molekularna genetika i metabolizam, 99 (3), 256-262.