ISOLEUCIN: KARAKTERISTIKA, FUNKTIONER, BIOSYNTESE, MAD - BIOLOGI - 2025

Den isoleucin (Ile, I) er en af de 22 naturligt forekommende aminosyrer som en del af proteiner. Da den menneskelige krop, ligesom hos nogle andre pattedyr, ikke kan syntetisere den, er isoleucin blandt de 9 essentielle aminosyrer, der skal fås fra kosten.

Denne aminosyre blev isoleret for første gang i 1903 af videnskabsmanden F. Ehrlich fra de nitrogenholdige bestanddele af sukkerroer eller sukkerroer. Senere separerede den samme forfatter isoleucin fra nedbrydningsprodukterne af fibrin og andre proteiner.

Kemisk struktur af aminosyren Isoleucin (Kilde: Clavecin via Wikimedia Commons)

Det er en ikke-polær aminosyre, der er til stede i en stor del af de cellulære proteiner fra levende organismer, derudover er det en del af gruppen af ​​forgrenede aminosyrer BCAA'er (fra den engelske B ranched C hain A mino A cider) sammen med leucin og valin.

Det har funktioner i etablering af den tertiære struktur af mange proteiner, og derudover deltager den i dannelsen af ​​forskellige metaboliske forstadier relateret til cellulær energimetabolisme.

egenskaber

Isoleucin er klassificeret i gruppen af ​​ikke-polære aminosyrer med R-grupper eller kæder af alifatisk art, det vil sige med hydrofobe carbonhydridkæder.

På grund af denne egenskab har aminosyrerne i denne gruppe, såsom alanin, valin og leucin, en tendens til at forblive tæt på hinanden, hvilket bidrager til stabiliseringen af ​​de proteiner, de er en del af gennem hydrofobe interaktioner.

Denne ikke-polære aminosyre vejer ca. 131 g / mol og er til stede i proteiner i en andel tæt på 6%, ofte "begravet" i midten af ​​dem (takket være dens hydrofobe egenskaber).

Struktur

Isoleucin er en a-aminosyre, der ligesom de andre aminosyrer har et centralt carbonatom kaldet α carbon (som er chiralt), hvortil fire forskellige grupper er bundet: et hydrogenatom, en aminogruppe (-NH2), en carboxylgruppe (-COOH) og en sidekæde eller R-gruppe.

R-gruppen af ​​isoleucin består af et enkelt forgrenet carbonhydrid med 4 carbonatomer (-CH3-CH2-CH (CH3)), i hvis kæde der også er et chiralt carbonatom.

På grund af denne egenskab har isoleucin fire mulige former: to af dem er de optiske isomerer kendt som L-isoleucin og D-isoleucin, og de andre to er diastereoisomerer af L-isoleucin. Den dominerende form i proteiner er L-isoleucin.

Den molekylære formel for isoleucin er C6H13NO2, og dens kemiske navn er a-amino-ß-methyl-ß-ethylpropionsyre eller 2-amino-3-methyl-pentatonsyre.

Funktioner

Isoleucin har flere fysiologiske funktioner hos dyr, herunder

- Sårheling

- Afgiftning af nitrogenaffald

- Stimulering af immunfunktioner og

- Fremme af sekretion af forskellige hormoner.

Det betragtes som en glukogen aminosyre, da den tjener som et forstadiemolekyle til syntese af mellemprodukter i citronsyrecyklus (Krebs-cyklus), der senere bidrager til dannelsen af ​​glukose i leveren.

Af denne grund antages isoleucin at deltage i reguleringen af ​​plasmaglukoseniveauer, hvilket har vigtige konsekvenser fra kroppens energisynspunkt.

Isoleucin bidrager til synteseveje af glutamin og alanin og arbejder til fordel for balancen mellem forgrenede aminosyrer.

I den kliniske indstilling påpeger nogle forfattere, at en stigning i koncentrationen af ​​isoleucin, leucin, tyrosin og valin kan være karakteristiske markører for celler, der er påvirket af tumorer, efterfulgt af en stigning i niveauerne af glutamin.

Andre funktioner

Forskellige videnskabelige undersøgelser har vist, at isoleucin er nødvendigt for syntese af hæmoglobin, det protein, der er ansvarlig for at transportere ilt i mange dyrs blod.

Derudover aktiverer denne aminosyre indtræden af ​​næringsstoffer i cellerne; Nogle undersøgelser afslører, at det under langvarig faste er i stand til at erstatte glukose som en energikilde, og derudover er det en ketogen aminosyre.

Ketogene aminosyrer er dem, hvis kulstofskeletter kan opbevares som fedtsyrer eller kulhydrater, og de fungerer således i energireserven.

Isoleucin og de andre forgrenede aminosyrer (ud over vækstfaktorer og miljøbetingelser) arbejder med aktiveringen af ​​Rapamycin-mål-signalvejen, mTOR (m echanistic T arget of R apamycin).

Denne vej er en vigtig signalveje i eukaryoter, der er i stand til at kontrollere cellevækst og metabolisme såvel som proteinsynteser og autofagi-hændelser. Derudover kontrollerer det udviklingen i aldring og nogle patologier såsom kræft eller diabetes.

biosyntese

Mennesker og andre dyr er ikke i stand til at syntetisere isoleucin, men dette er en del af cellulære proteiner takket være det erhvervet fra den mad, vi spiser dagligt.

Planter, svampe og de fleste mikroorganismer er i stand til at syntetisere denne aminosyre fra noget komplekse ruter, der generelt er forbundet med dem fra andre aminosyrer, der også anses for nødvendige for mennesker.

Der er for eksempel veje til produktion af isoleucin, lysin, methionin og threonin fra aspartat.

Specielt i bakterier produceres isoleucin fra aminosyren threonin, via pyruvat, gennem en vej, der involverer kondensation af 2 af pyruvatkulhydraterne med et a-ketobutyratmolekyle afledt af threonin.

Reaktionen begynder med virkningen af ​​enzymet threonin-dehydratase, der katalyserer dehydrering af threonin til frembringelse af a-ketobutyrat og ammonium (NH3). Derefter bidrager de samme enzymer, der deltager i biosyntesen af ​​valin, til trinnene i

- Transaminering

- Oxidativ dekarboxylering af de tilsvarende ketoacider og

- Dehydrogenering.

I denne type mikroorganismer er syntesen af ​​aminosyrer såsom lysin, methionin, threonin og isoleucin stærkt koordineret og reguleret, især ved negativ feedback, hvor produkterne fra reaktionerne hæmmer aktiviteten af ​​de involverede enzymer.

På trods af det faktum, at isoleucin, ligesom leucin og valin, er essentielle aminosyrer for mennesker, kan aminotransferaseenzymerne, der findes i kropsvæv, reversibelt omdanne dem til deres tilsvarende a-keto-syrer, som til sidst kan erstatte dem i kosten.

nedbrydning

Ligesom mange af de aminosyrer, der er kendt i naturen, kan isoleucin nedbrydes til at danne formidlere af forskellige metabolske veje, blandt hvilke Krebs-cyklussen skiller sig ud (hvilket giver den største mængde coenzymer, der fungerer til produktion af energi eller til biosyntese af andre forbindelser).

Isoleucin, tryptophan, lysin, phenylalanin, tyrosin, threonin og leucin kan alle bruges til at fremstille acetyl-CoA, et nøglemetabolsk mellemprodukt til flere cellulære reaktioner.

I modsætning til andre aminosyrer nedbrydes forgrenede aminosyrer (leucin, isoleucin og valin) ikke i leveren, men oxideres som brændstoffer i muskel, hjerne, nyrer og fedtvæv.

Disse organer og væv kan bruge disse aminosyrer takket være tilstedeværelsen af ​​et aminotransferase-enzym, der er i stand til at virke på alle tre og producere deres tilsvarende a-keto-aminosyrer.

Når disse oxiderede aminosyrederivater er produceret, katalyserer α-keto-syre-dehydrogenase-enzymkomplekset deres oxidative decarboxylering, hvor det frigiver et kuldioxid-molekyle og producerer et acyl-CoA-derivat af de pågældende aminosyrer.

Patologier relateret til isoleucin metabolisme

Defekter i metabolismen af ​​isoleucin og andre aminosyrer kan forårsage en række mærkelige og komplekse patologier, såsom for eksempel sygdommen "Maple Syrup Urine" (urin med lugten af ​​ahornsirup) eller forgrenet ketoaciduri.

Som navnet antyder, er denne sygdom karakteriseret ved den karakteristiske aroma i urinen hos patienter, der lider af den, såvel som opkast, anfald, mental retardering og for tidlig død.

Det har specifikt at gøre med fejl i enzymkomplekset a-ketoacid dehydrogenase, hvormed forgrenede aminosyrer, såsom isoleucin og dets oxiderede derivater, udskilles i urinen.

Alt i alt er patologier, der er relateret til katabolismen af ​​forgrenede aminosyrer, såsom isoleucin, kendt som organiske acidurias, selvom de, der er direkte relateret til denne aminosyre, er ret sjældne.

Fødevarer rig på isoleucin

Denne aminosyre er rigelig i muskler fra dyr, hvorfor kød af animalsk oprindelse, såsom oksekød, svinekød, fisk og andre lignende, såsom lam, kylling, kalkun, hjort, blandt andre, er rige på det.

Det findes også i mejeriprodukter og deres derivater, såsom ost. Det er i æg og også i forskellige typer frø og nødder, som en væsentlig del af de proteiner, der udgør dem.

Det er rigeligt i sojabønner og ærter såvel som i gærekstrakter, der bruges til forskellige fødevareformål.

Plasmakoncentrationerne af isoleucin for et voksent menneske er mellem 30 og 108 μmol / l, for børn og unge mellem 2 og 18 år er det mellem 22 og 107 μmol / l og for spædbørn mellem 0 og 2 år er de ca. mellem 26 og 86 μmol / l.

Disse data antyder, at forbrug af fødevarer, der er rig på denne og andre beslægtede aminosyrer, er nødvendigt for at opretholde mange af de fysiologiske funktioner i organismen, da mennesker ikke er i stand til at syntetisere den de novo.

Fordele ved dens indtag

Isoleucin-kosttilskud indeholder normalt andre essentielle forgrenede aminosyrer, såsom valin eller leucin eller andre.

Blandt de mest almindelige eksempler på isoleucinforbrug er ernæringstilskud, der anvendes af atleter til at øge procentdelen af ​​muskelmasse eller proteinsyntese. De videnskabelige baser, hvorpå denne praksis understøttes, diskuteres dog konstant, og deres resultater er ikke helt garanteret.

Isoleucin bruges imidlertid til at modvirke de metaboliske virkninger af vitaminmangel (pellagra), der er karakteristisk for patienter, der har diæter rig på sorghum og majs, som er fødevarer med meget leucin, som kan påvirke metabolismen af ​​tryptophan og af nikotinsyre hos mennesker.

Virkningerne af pellagra i eksperimentelle rotter involverer for eksempel vækstforsinkelser, som overvindes med isoleucin-supplementering.

- I dyreproduktionsindustrien

Inden for dyreproduktion er aminosyrer, såsom lysin, threonin, methionin og isoleucin, blevet anvendt i pilotforsøg til fodring af svin, der dyrkes under kontrollerede forhold.

Isoleucin synes især at have virkninger på kvælstofassimilering, skønt det ikke bidrager til vægtøgning hos disse husdyr.

- Under nogle kliniske tilstande

Nogle publikationer antyder, at isoleucin er i stand til at sænke glukoseniveauet i plasma, så det anbefales at indtage det hos patienter, der lider af forstyrrelser såsom diabetes eller lave satser på insulinproduktion.

Virale infektioner

Isoleucintilskud har vist sig nyttigt hos patienter inficeret med rotavirus, der forårsager sygdomme såsom gastroenteritis og diarré hos små børn og andre unge dyr.

Nylige undersøgelser konkluderer, at forbrug af denne aminosyre af forsøgsdyr med de førnævnte karakteristika (inficeret med rotavirus) hjælper med i væksten og ydeevnen af ​​det medfødte immunsystem takket være aktiveringen af ​​PRR-signalveje eller receptorer med anerkendelse af mønstre.

Mangelforstyrrelser

Isoleucinmangel kan føre til problemer med syn, hud (såsom dermatitis) og tarme (tydeligt som diarré og andre gastrointestinale manifestationer).

Da det er en essentiel aminosyre til dannelse og syntese af hæmoglobin såvel som til regenerering af erythrocytter (blodceller), kan alvorlige isoleucinmangel have alvorlige fysiologiske konsekvenser, især relateret til anæmi og andre hæmatologiske sygdomme..

Dette er blevet demonstreret eksperimentelt i "normale" gnavere, som har fået diæter, der er dårlige i denne isoleucin, hvilket ender med udviklingen af ​​signifikante anæmiske tilstande.

Isoleucin deltager imidlertid kun i dannelsen af ​​hæmoglobin hos spædbørn, da proteinet fra det voksne menneske ikke har betydelige mængder af en sådan aminosyre; dette betyder, at isoleucinmangel er mest tydelig i de tidlige stadier af udviklingen.

Referencer

1. Aders Plimmer, R. (1908). Proteins kemiske sammensætning. Del I. London, UK: Longmans, Green og CO.
2. Aders Plimmer, R. (1908). Proteins kemiske sammensætning. Del II. London, UK: Longmans, Green og CO.
3. Barret, G., & Elmore, D. (2004). Aminosyrer og peptider. Cambridge: Cambridge University Press.
4. Blau, N., Duran, M., Blaskovics, M., & Gibson, K. (1996). Lægevejledning til laboratoriediagnostik af metabolske sygdomme (2. udgave).
5. Bradford, H. (1931). Historien om opdagelsen af ​​aminosyrerne. II. En gennemgang af aminosyrer beskrevet siden 1931 som komponenter af indfødte proteiner. Fremskridt inden for proteinkemi, 81–171.
6. Campos-Ferraz, PL, Bozza, T., Nicastro, H., & Lancha, AH (2013). Karakteristiske effekter af leucin eller en blanding af de forgrenede aminosyrer (leucin, isoleucin og valin) tilskud på modstand mod træthed og muskel- og lever-glycogen nedbrydning hos træne rotter. Ernæring, 29 (11–12), 1388–1394.
7. Champe, P., & Harvey, R. (2003). Aminosyrer Aminosyrer. I Lippincott's Illustrated Reviews: Biochemistry (3. udg., S. 1–12). Lippincott.
8. Chandran, K., & Damodaran, M. (1951). Aminosyrer og proteiner i hæmoglobinformation 2. Isoleucin. Biochemical Journal, 49, 393-398.
9. Chung, AS, & Beames, RM (1974). Lysine, Threonine, Methionine og Isoleucine Supplementering af Peace River Barley til dyrkning af svin. Hund. J. Anim. Sci., 436, 429-436.
10. Dejong, C., Meijerink, W., van Berlo, C., Deutz, N., & Soeters, P. (1996). Nedsat plasmakoncentration af isoleucin efter øvre gastrointestinal blødning hos mennesker. Gut, 39, 13-17.
11. Edsall, J. (1960). Aminosyrer, proteiner og kræftbiokemi (bind 241). London: Academic Press, Inc.
12. Encyclopaedia Britannica. (2012). Hentet 30. august 2019 fra
13. Gelfand, R., Hendler, R., & Sherwin, R. (1979). Diætkulhydrat og metabolisme af indlagt protein. Lancet, 65–68.
14. Hudson, B. (1992). Biokemi af madproteiner. Springer-Science + Business Media, BV
15. Knerr, I., Vockley, J., & Gibson, KM (2014). Forstyrrelser i Leucine, Isoleucine og Valine metabolisme. I N. Blau (red.), Lægevejledning til diagnosticering, behandling og opfølgning af arvelige metaboliske sygdomme (s. 103–141).
16. Korman, SH (2006). Fødte fejl ved isoleucin nedbrydning: En gennemgang. Molecular Genetics and Metabolism, 89 (4), 289-299.
17. Krishnaswamy, K., & Gopalan, C. (1971). Effekt af Isoleucin på hud og elektroencefalogram i Pellagra. The Lancet, 1167–1169.
18. Martin, RE, & Kirk, K. (2007). Transport af det essentielle næringsstofisoleucin i humane erytrocytter inficeret med malariaparasitten Plasmodium falciparum. Blod, 109 (5), 2217–2224.
19. National Center for Biotechnology Information. PubChem-database. l-Isoleucine, CID = 6306, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/l-Isoleucine (adgang til 31. august 2019)
20. Nuttall, FQ, Schweim, K., & Gannon, MC (2008). Effekt af oralt indgivet isoleucin med og uden glukose på insulin-, glukagon- og glukosekoncentrationer hos ikke-diabetiske personer. Den europæiske e-tidsskrift for klinisk ernæring og metabolisme, 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). Er øget frigørelse af ammoniak efter blødning i fordøjelseskanalen konsekvensen af ​​fuldstændig fravær af isoleucin i hæmoglobin? En undersøgelse i svin. Hepatologi, 10 (3), 315–323.
22. Vickery, HB, & Schmidt, CLA (1931). Historien om opdagelsen af ​​aminosyrerne. Chemical Reviews, 9 (2), 169-318.
23. Wolfe, RR (2017). Forgrenede aminosyrer og muskelsproteinsyntese hos mennesker: myte eller virkelighed? Tidsskrift for International Society of Sports Nutrition, 14 (1), 1–7.
24. Wu, G. (2009). Aminosyrer: Metabolisme, funktioner og ernæring. Aminosyrer, 37 (1), 1–17.